La mère de toutes les théories des cordes a réussi un test qu'aucune théorie de la gravité quantique n'a encore réussi.
La théorie M rassemble en une seule structure mathématique les cinq versions cohérentes de la théorie des cordes (ainsi qu'une description des particules appelée supergravité ). Dans diverses conditions physiques, elle ressemble à chacune de ces théories.C'est difficile d'être la «théorie de tout». La télévision a une tâche difficile - pousser la gravité dans les lois quantiques de la nature de telle manière que, à grande échelle, la gravité ressemble à la courbure du tissu espace-temps, qu'Albert Einstein a décrit dans sa théorie générale de la relativité. D'une certaine manière, la courbure de l'espace-temps apparaît comme un dénominateur commun des unités quantifiées d'énergie gravitationnelle - des particules appelées
gravitons . Mais des tentatives naïves pour calculer l'interaction des gravitons conduisent à des infinis dénués de sens, ce qui suggère la nécessité d'une compréhension plus approfondie de la gravité.
La théorie des cordes, ou, techniquement plus correctement, la m-théorie, est souvent décrite comme le principal candidat à la télévision dans notre univers. Mais elle n'a aucune preuve empirique, car il n'y a aucune autre idée alternative sur la façon dont la gravité peut se combiner avec toutes les autres forces fondamentales. Pourquoi les m-théories donnent-elles un avantage sur les autres?
Cette théorie, comme vous le savez, prétend que les gravitons, comme les électrons, les photons et tout le reste, ne sont pas des particules ponctuelles, mais de minuscules gommes d'énergie insaisissables, ou "cordes" qui vibrent de différentes manières. L'intérêt pour la théorie des cordes a fortement augmenté au milieu des années 80, lorsque les physiciens ont réalisé qu'elle donnait une description mathématiquement cohérente de la gravité quantique. Mais cinq versions bien connues de la théorie étaient «perturbatrices», c'est-à-dire qu'elles ont cessé de fonctionner dans certaines conditions. Les théoriciens pourraient calculer ce qui se passe lorsque deux cordes de gravitons entrent en collision à des énergies élevées, mais sont impuissantes avant que la fusion des gravitons soit si extrême qu'elle donne naissance à un trou noir.
Puis en 1995, le physicien Edward Witten a découvert la mère de toutes les théories des cordes. Il a trouvé divers signes que les théories des cordes de perturbation s'inscrivent dans une théorie cohérente de non-perturbation, qu'il a appelée la «théorie M». La théorie M dans divers contextes physiques ressemble à l'une des théories des cordes, mais elle n'a aucune restriction sur les conditions - et c'est une exigence importante pour la théorie de tout. Ou du moins, c'est ce que les calculs de Whitten ont dit. "Whitten aurait pu argumenter sans écrire les équations de la théorie M, ce qui est impressionnant en soi, mais laisse de nombreuses questions sans réponse", a expliqué David Simmons-Duffin, physicien théoricien au California Institute of Technology.
Une autre explosion de recherches a eu lieu deux ans plus tard lorsque le physicien
Juan Maldacena a découvert la correspondance AdS / CFT: la mise en œuvre du principe holographique combinant la gravité dans l'espace-temps connu sous le nom d '«espace anti-de Sitter» (AdS) avec une description quantique des particules ( théorie des champs conformes, CFT) se déplaçant le long de la frontière de cette région. AdS / CFT donne une définition complète de la théorie M pour un cas particulier de la géométrie spatio-temporelle AdS, remplie d'énergie négative, ce qui la fait se plier différemment de notre univers. Pour de tels mondes fictifs, les physiciens peuvent décrire des processus à n'importe quelle énergie, y compris la formation et l'évaporation de trous noirs. Les 16 000 articles mentionnés par Muldasen au cours des 20 dernières années tentent principalement de faire ces calculs afin de mieux comprendre AdS / CFT et la gravité quantique.
Cette simple séquence d'événements a conduit la plupart des experts à conclure que la théorie M est le principal candidat pour la télévision, même si sa définition exacte dans un univers comme le nôtre reste inconnue. La véracité de la théorie est une question distincte. Les cordes qu'elle propose - ainsi que des mesures pliées supplémentaires dans lesquelles ces cordes doivent vibrer - sont 10 millions de milliards de fois inférieures à la résolution d'expériences telles que le Grand collisionneur de hadrons. Et certaines caractéristiques macroscopiques de la théorie qui pouvaient déjà être vues, telles que les cordes cosmiques ou la supersymétrie, n'ont pas été trouvées.
D'autres versions de la télévision ont de nombreux problèmes techniques différents, et aucune d'entre elles n'a encore répété la cohérence mathématique de la théorie des cordes - comme calcul d'un tel processus, par exemple, comme la diffusion de gravitons les uns par les autres. Selon Simmons-Duffin, aucun des rivaux n'a pu terminer la première étape, ni la première «correction quantique» de ce calcul. Un philosophe a même soutenu que le statut de la théorie des cordes, en tant que seule théorie cohérente connue, est considéré comme une preuve de sa vérité.
Parmi les rivaux éloignés, il y a la
gravité asymptotiquement sûre , la théorie E8 [c'est aussi une «
théorie exceptionnellement simple de tout »], la
géométrie non commutative et
les systèmes de fermions causaux . La gravité asymptotiquement sûre, par exemple, suggère que la force de gravité peut changer en se déplaçant à une échelle plus petite de manière à éviter l'infini dans les calculs. Mais jusqu'à présent, personne n'a réussi à faire fonctionner cette astuce.