Je pense qu’il n’est pas inutile de reprendre certains détails clés de la théorie que vous n’avez peut-être pas relevés ou jugés pertinents dans les autres articles et qui la rendent si attirante malgré les attaques de quelques uns.

Nous allons insister sur ce qui différencie la théorie des supercordes du modèle Standard des particules élémentaires et de la théorie de la relativité, en utilisant des concepts les plus simples possibles. C’est une version condensée bien sûr et inachevée de la théorie car la quantification des champs est loin d’être terminée.

Corde et harmonie

Ainsi que nous l’avons évoqué, d’emblée les théoriciens nous disent que tout ce qui existe dans l’univers au niveau atomique, ce que nous appelons les particules et les interactions qui les unissent sont en réalité constituées… de cordes. Et encore, pas de n’importe quel type de corde mais des supercordes à 2 dimensions d’espace.

A l’inverse des particules qui représentent des champ plus ou moins intenses, disons « ponctuels » pour simplifier, les cordes sont des objets bidimensionnels en vibration plus ou moins rapide que l’on peut rapprocher des ondes dont elles partagent certaines propriétés.

A l’image des ondes, toutes les cordes se ressemblent et ne se différencient que par le niveau d’énergie. Einstein nous a justement démontré qu’il existe une équivalence entre masse et énergie. Appliqué aux cordes, on en déduit que c’est leur mode de vibration, de résonance qui détermine la masse des particules. Une corde de faible énergie par exemple génère une particule de faible masse tandis qu’une corde de très haute énergie génère une particule très massive.

Si nous attachons l’extrémité d’une corde et secouons le segment libre, la corde va se mettre à osciller sur certains modes et aucun autre ; il s’agit de ses modes de vibration propre ou encore de résonances, ce qu’on appelle ses harmoniques. C’est un phénomène bien connu que l’on retrouve dans les instruments à cordes tel le violon.

Les supercordes s’appliquent à la totalité des objets formant la matière. Ici aussi, on peut prendre l’image du son émis par un instrument : le son du violon, de l’orgue ou du haut-parleur est amplifié par la caisse de résonance de l’instrument. Dans une supercorde, c’est la fréquence de résonance qui génère non pas le son spécifique de l’instrument, mais les différentes particules.

Lorsque l’onde fondamentale se propageant sur une corde bute sur un nœud, elle est contrainte de faire demi-tour et elle est amplifiée par l’onde qui vient à sa rencontre. En d’autres termes le signal est amplifié. A l’inverse, si la fréquence change légèrement, il se crée un déphasage et l’onde de retour peut soit amplifier soit annuler certaines amplitudes. Les annulations correspondent à des diminutions d’énergie, les sommations à des augmentations d’énergie. Il en est de même pour une supercorde.

Ainsi que nous l’avons évoqué dans le chapitre consacré à la théorie de Bohr, comme tous les objets en vibration, les ondes présentent une fréquence de résonance fondamentale, ce qu’on appelle la première harmonique. Cette fréquence dépend du degré de liberté de l’onde et correspond à un niveau d’énergie représentant sa fréquence naturelle de vibration. Tous les objets générant des vibations présentent ce type de propriété y compris le son émis par le moteur de votre voiture à certains régimes.

Les harmoniques prennent des valeurs entières ou demi-entières à l’image des modes de vibration de n’importe quelle onde. Ainsi l’onde fondamentale correspond à une demi longueur d’onde, la seconde harmonique correspond à une longueur d’onde entière, la troisième harmonique à une onde et demi et ainsi de suite. Appliqué aux supercordes, les longueurs d’ondes sont liées à leur vitesse de déplacement et vont en théorie jusqu’à l’infini, raison pour laquelle on considère que les supercordes peuvent être aussi étendues que l’univers tout en présentant une épaisseur à l’échelle de Planck.

Si les supercordes s’appliquent de la même manière aux fermions et aux bosons, certains vecteurs d’interactions sont excessivement massifs (le graviton ou le gluon aurait une masse >10¹² Mev/c²) alors que d’autres n’ont pas de masse de repos (photon).

Les supercordes s’appliquent à toutes les interactions, qu’il s’agisse des photons (force électromagnétique), des gravitons (gravitation), des gluons (force forte) ou des bosons de jauge (force faible). Ici aussi les cordes interagissent en fonction de leur fréquence de résonance, bref de leur niveau d’énergie pour générer les différentes particules.

Une topologie variable

Nous avons dit qu’en fonction de la fréquence à laquelle elle vibrait, une supercorde donnait naissance aux différentes particules élémentaires que nous connaissons, du quark aux électrons en passant par les photons.

Mais la réalité est plus étonnante encore. Car en remplaçant les particules par des cordes, on ne change pas seulement leur aspect physique mais également toute la physique. Il faut imaginer qu’une corde transforme une particule en un objet étendu dans l’espace-temps tout en continuant d’obéir aux sacro-saintes relations d’incertitudes de Heisenberg. Sans bien s’en rendre compte car peu de scientifiques insistent sur cette propriété bien qu’ils en parlent tous, cette conséquence est la plus étonnante.

Quand on dit qu’une corde obéit aux relations d’incertitudes, il faut comprendre que non seulement la précision conjuguée des mesures est affectée d’un flou quantique ordinaire mais même l’espace-temps devient flou… En d’autres termes, les théoriciens nous proposent une véritable révolution conceptuelle : avec les supercordes tout l’univers d’Einstein et d’Heisenberg subit une profonde mutation.

Après la révolution conceptuelle instiguée par les idées de Newton puis celles d’Einstein, voici qu’on nous demande à présent de ne plus croire à nos modèles Standards réputés conformes à la réalité ! Oui, mais la réalité des mathématiques...

En particulier, on nous demande de revoir la structure de l’espace-temps imaginée par Einstein. Que dites-vous ? Exactement. Je repète : la théorie des supercordes impose une modification de la théorie de la relativité générale, l’espace-temps subissant les lois quantiques et perdant son caractère bien déterminé. A l’échelle de Planck l’espace et le temps perdent leur caractère continu et se disloquent ! Ca c’est ce que disent les équations, la réalité des mathématiques. Les scientifiques doivent à présent transposer cette idée dans la réalité.

& La suite de cette passionnante aventure est décrite dans mon livre :

Retour à la Physique Quantique