La composition de l'Univers
La matière qui nous entoure est composée d'atomes autrefois indivisibles (atomos en grec signifie insécable). Un atome était la plus petite matière de l'Univers.
Aujourd'hui l'atome se décompose en protons, neutrons, électrons. Les protons et les neutrons sont, à leur tour, formés d'éléments encore plus petits : les quarks.
Mais cela ne suffit pas ! L'Univers tout entier est construit sur un modèle standard de particules élémentaires. Ce modèle a encore des lacunes, des particules élémentaires manquent.
Les quatre forces fondamentales de l'Univers
On les appelle aussi des interactions. Ce sont:
la force gravitationnelle qui nous est la plus familière;
la force nucléaire forte responsable de la cohésion des protons et des neutrons à l'intérieur des noyaux des atomes;
la force nucléaire faible responsable de la désintégration radioactive;
la force électromagnétique qui produit la lumière, l'électricité et l'attraction magnétique.
On n'a pas réussi à unifier ces quatre forces en une seule force, cette force qui existait au départ du Big Bang et qui a donné naissance ensuite aux quatre forces.
Les deux théories qui s'affrontent
Nous fêtons cette année le centenaire de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein parue en 1915. Cette théorie étudie l'infiniment grand et massif. Selon Einstein la gravitation est une modification de l'espace-temps c'est-à-dire une modification de la courbure de l'espace et une modification du temps provoquées par le mouvement à très grande accélération d'une masse ou d'une énergie énormes.
On peut imaginer cette déformation de l'espace-temps par la figure ci-contre.
La physique quantique étudie l'infiniment petit. Dans ce monde l'espace-temps est chaotique et turbulent.
Ces deux théories de l'infiniment grand et de l'infiniment petit sont en conflit permanent, au grand désespoir d'Einstein ! C'est l'incompatibilité des ondes et des particules.
Les cordes de l'Univers
Brian Green dans son livre L'Univers élégant nous présente une théorie surprenante, que l'on a bien du mal à comprendre, la théorie des cordes, dans laquelle les espaces sont de dimensions 11 ou 16 ou 26 ou plus encore, au lieu de la dimension 4 de l'espace-temps d'Einstein.
Les cordes de l'Univers sont de minuscules élastiques, des brins d'énergie en vibration, des centaines de milliards de milliards de fois plus petits que l'atome. Ces cordes se trouveraient à l'intérieur de toutes les particules élémentaires.
Tout comme les vibrations des cordes d'un violon donnent les notes de musique, les vibrations de ces minuscules cordes donneraient les propriétés (masse, charge,...) aux particules élémentaires.
Les lacunes du modèle standard de l'Univers seraient ainsi comblées par de nouvelles particules élémentaires révélées par ces vibrations..
La symphonie cosmique
Auparavant on a pu unifier trois des quatre forces fondamentales en une seule, à l'exception de la force gravitationnelle. Dans la théorie des cordes la manière dont vibrent les minuscules cordes de l'Univers permettrait d'unifier les quatre forces fondamentales en une seule (celle du début du Big Bang).
Ces vibrations permettraient aussi de réconcilier les deux théories qui s'affrontent, les soeurs ennemies de la relativité et de la physique quantique.
Mais alors toutes ces minuscules cordes vibreraient harmonieusement ! Notre Univers serait une véritable symphonie cosmique !
Conclusion
La théorie des cordes n'a été confirmée par aucune expérience.
Ces minuscules cordes sont infiniment petites et on est encore loin de pouvoir les détecter.
Ce sont les nouveaux Graals des astrophysiciens que nous découvrirons peut-être un jour.
Après les "cordes", trouvera-t-on des éléments de l'Univers encore plus petits ? Ira-t-on encore plus loin dans l'infiniment petit ?
