La 5eme Dimension ...




Je décline toute résponsabilité quand aux dommages ou traumatismes subit par les lecteurs suite à ce qui va suivre ... Si vous sentez votre vue qui baisse ou vos genous qui flanchent arreter de lire immédiatement ... Vous vous endormez sinon !!!



Entrez dans la cinquième dimension

L'espace-temps d'Einstein est dépassé : les dernières théories se déploient dans des univers à cinq dimensions. De nouveaux horizons pour les physiciens du 3e millénaire. Lionel Bret

Gare ! La science est en train de rattraper la science-fiction. Cinquième dimension, univers parallèles, voire multi-univers quittent l'imagination des écrivains pour se retrouver en équations sur les feuilles et les ordinateurs de milliers de chercheurs dans le monde. La fièvre est encore montée d'un cran depuis que deux d'entre eux, Lisa Randall et Raman Sundrum, respectivement au Massachusetts Institute of Technology et à Stanford, ont montré l'an dernier l'existence d'une cinquième dimension d'une taille infinie comparable à nos trois dimensions spatiales. " Le travail de Randall et Sundrum donne un développement inattendu et superbe à la théorie ", s'enflamme Brian Greene, physicien à l'université de Columbia et brillant vulgarisateur de ces nouvelles théories dans L'Univers élégant (voir Sciences et Avenir n° 645). Pour toute la communauté de physiciens, un vrai paradis s'est alors ouvert : explication de la masse manquante et des trous noirs, nouvelle approche de l'évolution de l'Univers depuis le Big Bang, voire le pré-Big Bang. Plus quelques autres énigmes de la physique comme l'unification des forces.


L'Univers à ses débuts.
Les cordes enroulées bloquent
le déploiement de dimensions infinies.

Fols espoirs pour les chercheurs, certes, mais coup de massue sur notre ego. Car ajouter une dimension infinie à l'Univers revient à nous écraser comme une mouche sur une table. Nous voici en effet comme " scotchés " sur une feuille de papier avec, au-dessus de nous, la possibilité d'être observés... Pourtant, nous semblions avoir fait le tour de notre monde. Un pas sur le côté, un autre en avant, puis un petit saut, et hop ! voilà pour les trois premières dimensions qui constituent notre espace commun. Ajoutons une quatrième, le temps, et tout est dans l'ordre. Alors que faire de cinq dimensions ?

Ou même six ou sept... En fait, l'idée d'une ou plusieurs dimensions supplémentaires n'est pas neuve. Mais jusqu'à présent elle apparaissait comme une facétie de physicien, une pirouette pour franchir des obstacles. Un peu à la façon dont les mathématiciens inventèrent les nombres complexes pour travailler avec des nombres dont le carré est négatif. Pour la physique, c'est aussi pour la bonne cause puisqu'il s'agit d'unifier les quatre forces de la nature en une seule équation. Ou encore, de réconcilier les deux grandes théories du XXe siècle : la mécanique quantique pour la description du monde microscopique des atomes et des particules et la Relativité générale pour celle du monde macroscopique des planètes et des galaxies. Tout portait à croire que ces commodités de théoriciens resteraient dans les laboratoires. Et même si les dimensions supplémentaires finissaient par en sortir, nous ne les verrions pas car elles sont très petites ; pour les exprimer en mètre, il faudrait trente-cinq zéros après la virgule ! Qui plus est, elles s'enroulent sur elles-mêmes pour mieux se cacher.
Ces arguments coupaient court à toutes les fantaisies et les calculs continuaient. Premier coup de théâtre au début des années 90, lorsque Ignatio Antoniadis, de l'Ecole normale supérieure, étire les spaghet- tis de la théorie : les trente-cinq zéros ne sont plus que dix-huit. Juste assez pour que les microscopes géants que sont les accélérateurs de particules puissent les voir ! Second coup de théâtre en 1995 avec l'apparition de la théorie M d'Edward Witten. Les " spaghettis " sont remplacés par des " raviolis ", des membranes en langage officiel. L'excitation fut telle qu'on oublia vite ce que signifiait l'initiale M : Mystère, Magique, Membrane, ou Mère ? Et enfin, l'an dernier, Randal et Sundrum bousculent encore les limites avec une cinquième dimension d'une taille infinie ! Mais finalement à quoi ressemble notre univers ? D'abord nos quatre dimensions (trois d'espace et une de temps). Puis les physiciens en ajoutent sept de plus. Parmi celles-ci, une (au moins) est infinie, les autres sont enroulées sur elles-mêmes, de très petite taille. Dans ces nouveaux mondes, tout n'est pas autorisé. Seules les particules portant la force de gravitation peuvent voyager le long de ces dimensions supplémentaires. Les photons, qui portent la lumière, restent collés à notre monde familier quadridimensionnel. Raffinement supplémentaire : la cinquième dimension infinie est courbe, alors que les nôtres sont plates. Pour nous, un mètre à Lille est identique à un mètre à Marseille. Dans un espace courbe ce n'est plus vrai : l'unité de longueur dépend de l'endroit où l'on est...

Drôle de monde dont nous n'avons pas fini de percer les secrets. " Ces théories font partie de la physique du XXIe siècle mais elles sont tombées par hasard au coeur du XXe siècle ", conclut Edward Witten, un des acteurs les plus féconds de ces nouvelles théories, rappelant le chemin qui reste à parcourir.

David Larousserie




Objectif unification

Quatre forces gouvernent notre univers. La gravitation, l'électromagnétisme et deux interactions au sein des noyaux : la forte et la faible. En 1860, il y en avait même cinq avant que Maxwell ne mette l'électricité et le magnétisme dans le même sac. Depuis, l'entreprise d'unification se poursuit. Mais la gravitation résiste encore à tout mariage. De même qu'il est impossible de distinguer les constituants d'un matériau fait de bois, de fer et de roche lorsqu'il est fondu en un plasma, la théorie prévoit qu'à des énergies extrêmes (hors de portée des accélérateurs) toutes les forces ne feront qu'une. La panoplie des cordes s'est déployée à cette fin. Seulement, elle secoue la géométrie de notre univers en le parant d'une poignée de dimensions supplémentaires. En fait, la trouvaille remonte avant la théorie des cordes. Déjà, dans les années 20, les physiciens Kaluza et Klein avaient ajouté une dimension à l'Univers pour réunir en une équation la gravitation et l'électromagnétisme. Tombée dans l'oubli, leur idée révolutionnaire refait surface aujourd'hui.




Pourquoi des forces si faibles ?

Pourquoi, parmi les quatre forces fondamentales, y a-t-il des David et des Goliath ? Un simple aimant de mercerie arrache facilement une aiguille posée sur une table à l'attraction de la Terre entière. La gravitation est ainsi ridiculement faible devant la force électromagnétique (la répulsion électrique est 1036 plus grande que l'attraction gravitationnelle). Ce problème de la hiérarchie des forces turlupine les physiciens au moins autant que leur unification. Or, la solution se trouverait dans la cinquième dimension. En fait, la faiblesse de la gravité est une illusion. Une fourmi qui croise un mince piquet en fera vite le tour sans se soucier de la hauteur de l'obstacle. Pour la gravité, c'est un peu pareil : son intensité réelle est essentiellement contenue dans la cinquième dimension et nous n'en percevons qu'une projection très faible. Un tel écart entre la gravité et les autres forces s'explique quantitativement par la courbure de la cinquième dimension. Le long de celle-ci, un petit écart a d'énormes conséquences.

Sciences & Avenir N°648 (février 2001)


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