élémentaires et de leurs interactions. Au cours
des décennies 1930-1950, s’est élaboré un cadre
théorique d’une grande complexité, tant du
point de vue des concepts que des techniques
mathématiques mises en œuvre, appelé la théorie quantique des champs. C’est dans ce cadre,
et avec la mise en évidence de nouvelles particules grâce aux accélérateurs de particules, que
les physiciens ont découvert que le monde des
particules élémentaires manifeste un certain
nombre de symétries. La théorie des groupes,
une importante branche des mathématiques
fondée au XIX
e siècle, a joué et continue à jouer
un rôle capital dans l’élucidation de ces symétries (abstraites pour la plupart). C’est grâce à
elle que, à plusieurs reprises, les théoriciens ont
pu prédire l’existence de certaines particules,
quelques années avant qu’elles ne soient découvertes par les expérimentateurs.
Dans les années 1970-1980, la théorie des
particules élémentaires était parvenue au point
où elle était capable de décrire de manière
satisfaisante et unifiée toutes les particules
connues et presque toutes leurs interactions.
Pourquoi « presque »? On connaît quatre interactions fondamentales — la force gravitationnelle, la force électromagnétique et deux
forces agissant à l’échelle nucléaire, l’interaction faible et l’interaction forte ; or les physiciens n’ont pas réussi à faire entrer la force
gravitationnelle dans leur théorie, appelée le
Modèle standard de la physique des particules.
Concilier la gravitation avec
la physique quantique : un défi
fondamental qui semble à la portée
de la théorie des cordes
Que signifie cette exception ? La gravitation semble correctement décrite par la relativité générale d’Einstein, mais la théorie
d’Einstein n’est pas une théorie quantique,
c’est-à-dire qu’elle n’intègre pas les principes
(assez étranges, soit dit en passant) de la physique quantique. Or on ne voit pas du tout
pourquoi, alors que toute la nature obéit aux
lois quantiques, la gravitation en serait dispensée. D’où l’obstination des physiciens
théoriciens de faire rentrer la gravitation dans
le bercail quantique. Malgré plusieurs décennies d’efforts, ils n’y sont pas arrivés.
Cependant, depuis le milieu des années
1980, beaucoup d’entre eux croient que l’on
tient le bon bout. En effet, c’est à cette époque
qu’une nouvelle théorie encore inachevée mais
prometteuse, appelée théorie des cordes, a
gagné suffisamment de cohérence pour qu’on
l’envisage sérieusement. Le contexte exact et
les raisons précises qui ont poussé les théoriciens dans cette direction sont beaucoup trop
techniques pour qu’on les explique ici. Il est
également impossible d’expliquer de façon
simple en quoi consiste la théorie des cordes.
Disons juste, de façon très approximative,
qu’elle suppose que les objets physiques fondamentaux ne sont pas des particules assimilées à des points (« philosophie » des théories
72
L’explosion des mathématiques
Une corde fermée vibre de façon à présenter un nombre entier de crêtes
et de creux. Les différentes particules subatomiques (électrons, photons, etc.) correspondraient aux différents modes de vibration de minuscules cordes fondamentales.
des décennies 1930-1950, s’est élaboré un cadre
théorique d’une grande complexité, tant du
point de vue des concepts que des techniques
mathématiques mises en œuvre, appelé la théorie quantique des champs. C’est dans ce cadre,
et avec la mise en évidence de nouvelles particules grâce aux accélérateurs de particules, que
les physiciens ont découvert que le monde des
particules élémentaires manifeste un certain
nombre de symétries. La théorie des groupes,
une importante branche des mathématiques
fondée au XIX
e siècle, a joué et continue à jouer
un rôle capital dans l’élucidation de ces symétries (abstraites pour la plupart). C’est grâce à
elle que, à plusieurs reprises, les théoriciens ont
pu prédire l’existence de certaines particules,
quelques années avant qu’elles ne soient découvertes par les expérimentateurs.
Dans les années 1970-1980, la théorie des
particules élémentaires était parvenue au point
où elle était capable de décrire de manière
satisfaisante et unifiée toutes les particules
connues et presque toutes leurs interactions.
Pourquoi « presque »? On connaît quatre interactions fondamentales — la force gravitationnelle, la force électromagnétique et deux
forces agissant à l’échelle nucléaire, l’interaction faible et l’interaction forte ; or les physiciens n’ont pas réussi à faire entrer la force
gravitationnelle dans leur théorie, appelée le
Modèle standard de la physique des particules.
Concilier la gravitation avec
la physique quantique : un défi
fondamental qui semble à la portée
de la théorie des cordes
Que signifie cette exception ? La gravitation semble correctement décrite par la relativité générale d’Einstein, mais la théorie
d’Einstein n’est pas une théorie quantique,
c’est-à-dire qu’elle n’intègre pas les principes
(assez étranges, soit dit en passant) de la physique quantique. Or on ne voit pas du tout
pourquoi, alors que toute la nature obéit aux
lois quantiques, la gravitation en serait dispensée. D’où l’obstination des physiciens
théoriciens de faire rentrer la gravitation dans
le bercail quantique. Malgré plusieurs décennies d’efforts, ils n’y sont pas arrivés.
Cependant, depuis le milieu des années
1980, beaucoup d’entre eux croient que l’on
tient le bon bout. En effet, c’est à cette époque
qu’une nouvelle théorie encore inachevée mais
prometteuse, appelée théorie des cordes, a
gagné suffisamment de cohérence pour qu’on
l’envisage sérieusement. Le contexte exact et
les raisons précises qui ont poussé les théoriciens dans cette direction sont beaucoup trop
techniques pour qu’on les explique ici. Il est
également impossible d’expliquer de façon
simple en quoi consiste la théorie des cordes.
Disons juste, de façon très approximative,
qu’elle suppose que les objets physiques fondamentaux ne sont pas des particules assimilées à des points (« philosophie » des théories
72
L’explosion des mathématiques
Une corde fermée vibre de façon à présenter un nombre entier de crêtes
et de creux. Les différentes particules subatomiques (électrons, photons, etc.) correspondraient aux différents modes de vibration de minuscules cordes fondamentales.