Qu'est-ce que la théorie des cordes et comment est-elle définie ?

Evelyn Maitee Marin
Ingénieur Industriel, MSc en Physique, et EdD

La théorie des cordes est une approche physique qui tente de concilier la théorie de la relativité générale et la mécanique quantique en un modèle unique qui contient et décrit toutes les forces fondamentales de nature. Dans cette théorie, les particules élémentaires ne sont pas des particules ponctuelles, comme l'indique le modèle standard de physique, mais représentent plutôt des "cordes" ou des "filaments" de dimension infinitésimale qui vibrent dans le espace-temps.

Le nom de la théorie est basé sur l'hypothèse que les particules fondamentales sont des objets unidimensionnels qui sont ressemblent à des cordes, qui oscillent à différentes fréquences, ce qui détermine la masse et le type de particule qui représenter.

Cette théorie est née vers la fin des années 1960 et a été développée par plusieurs physiciens, dont Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Schwarz et Michael Green, entre autres. Cependant, les principales publications ont commencé à être générées par Jöel Scherk et John Henry Schwarz vers 1974. Les scientifiques susmentionnés cherchaient un moyen de concilier la théorie de la relativité générale et la mécanique quantique, et est venu à l'idée que les particules élémentaires étaient en fait des cordes vibrant dans l'espace-temps plutôt que des particules ponctuel. Au cours des décennies qui ont suivi, la théorie des cordes a fait l'objet de nombreuses controverses et débats au sein de la communauté scientifique.

La base de la théorie des cordes est l'idée que toute la matière et les forces fondamentales de l'univers sont le résultat de la vibration de ces cordes.

Caractéristiques

Certaines des caractéristiques et prémisses de la théorie des cordes comprennent:

• Les particules élémentaires sont en fait des cordes unidimensionnelles qui vibrent dans l'espace-temps.

• Les caractéristiques de ces cordes (telles que leur longueur et leur tension) déterminent les propriétés des particules qu'elles génèrent.

• Les différents modes d'oscillation de ces cordes pourraient expliquer l'existence de toutes les particules élémentaires connues, dont les bosons et les fermions.

• Elle implique de multiples dimensions extra-spatiales, en plus des quatre dimensions que nous vivons dans notre réalité quotidienne.

Cette théorie, ou appelée par certains scientifiques, hypothèse, est basée sur des modèles mathématiques qui sont extrêmement complexes et sont dérivés de la mécanique quantique, de la relativité générale, de la géométrie différentielle et la topologie.

Il est important de noter que ces concepts qui sont associés à la théorie continuent de faire l'objet de recherches et, par conséquent, il est possible que les modèles mathématiques et les équations utilisées sont modifiés au fur et à mesure que de nouvelles découvertes sont faites et que de nouvelles sont faites recherche.

La théorie des cordes ne fournit pas une explication complète de l'origine de l'univers, car elle se concentre davantage sur la nature fondamentale de la réalité et des particules élémentaires. Cependant, elle est compatible dans une certaine mesure avec la théorie du Big Bang, pour expliquer des phénomènes tels que l'inflation cosmique, qui est une période d'expansion accélérée qui s'est produite dans les premiers instants de l'univers, et la formation de structures à grande échelle escalader.

Défis et critiques

La théorie des cordes a fait l'objet de nombreux critiques et détracteurs au fil des ans, et certains des arguments portent sur les aspects suivants :

• Manque de preuves empiriques: malgré des décennies de recherche, la théorie des cordes n'a toujours pas suffisamment de preuves empiriques pour confirmer sa véracité.

• complexité mathématique: Cette théorie est extrêmement complexe d'un point de vue mathématique, ce qui la rend difficile à comprendre pour la plupart des gens.

• incommensurabilité: est incommensurable avec la physique standard, ce qui signifie que des expériences ne peuvent pas être menées pour comparer et établir des relations entre les deux théories.

• multivers: sa fondation implique l'existence d'univers multiples et il est difficile pour certains d'accepter cette idée.

• Difficulté à faire des pronostics: En raison de sa complexité, la théorie des cordes est difficile à utiliser pour faire des prédictions précises sur des phénomènes physiques observables.

Ce ne sont là que quelques-unes des critiques et des inconvénients qui ont été adressés à la théorie des cordes. Malgré ces défis, la recherche dans ce domaine se poursuit et de nombreux scientifiques pensent qu'elle pourrait détenir la clé de l'unification de la physique.

Domaines d'application

La théorie des cordes est appliquée dans des domaines tels que la physique des hautes énergies, la cosmologie et la physique théorique. Cela a également des implications pour la physique des particules et la gravité quantique. De plus, il a été utilisé pour étudier la physique des trous noirs et leur entropie.

D'une part, la théorie des cordes peut résoudre certaines des questions les plus fondamentales de la physique, telles que la réconciliation entre la théorie de la relativité générale et la mécanique quantique. Sa philosophie soutient l'existence de multiples dimensions et d'univers parallèles, qui est devenu l'un des domaines de recherche les plus actifs en cosmologie théorique.

D'autre part, l'hypothèse sur laquelle repose ce modèle a également conduit à un grand nombre d'avancées en physique plus au-delà de la cosmologie, comme dans la théorie de la matière condensée et de l'information quantique, entre autres des champs.

La cosmologie est l'un des domaines où la théorie des cordes a eu une participation significative au cours des dernières décennies.