En théorie des cordes, vous pouvez vous en tirer avec beaucoup moins d'univers.

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Comme le disent certains physiciens modernes, le problème avec la théorie des cordes (ci-après TS) est que trop d'Univers sont nécessaires pour son travail. Selon le TS, il existe $$ versions du monde, chacune avec ses propres lois de la physique. Mais si nous avons devant nous un tel éventail d'options d'ordre mondial, alors comment adapter la théorie pour expliquer les principes de notre réalité?

Encore une fois, comme le suggèrent la plupart des physiciens - et peut-être tous -, les Univers supplémentaires sont en fait dans un état compacté; cette hypothèse, à son tour, est prise afin d'inclure dans la théorie la constance de l'énergie sombre (ci-après TE), qui est toujours considérée comme la principale force motrice de l'expansion inflationniste du cosmos. Cependant, certains scientifiques ont le désir de détruire les dimensions "supplémentaires"; en même temps, ils déclarent que ce n'est pas un pas en arrière, mais plutôt une sérieuse percée dans l'amélioration du TS. Hélas, le reste de la communauté scientifique estime toujours que l'approche «multivers» doit être préservée, et en général, en général, ce n'est pas un tel problème.

Un débat sur un sujet aussi brûlant a eu lieu au Japon, fin juin, où des partisans de la théorie des cordes se sont réunis du monde entier lors de la conférence Strings 2018 («Strings 2018»). «Quelques nouvelles réflexions ont conduit à un débat acharné sur certaines questions», explique Ulf Danielsson, physicien à l'Université d'Uppsala, en Suède. Fondamentalement, la discussion a tourné autour de quelques articles scientifiques ( premier , deuxième ) publiés sur la ressource Web ArXiv au cours du mois dernier, qui se sont concentrés sur ce qu'on appelle un «paysage» - un ensemble incompréhensible d' univers potentiels qui sont apparus à la suite de la résolution de diverses équations qui TS décrit notre monde avec tout son contenu, y compris l'énergie sombre. Comme le soulignent les deux ouvrages, si vous faites glisser une théorie d'un «paysage» commode vers le soi-disant «marais» , alors les mathématiques commencent à boiter et à se contredire. Au fil des ans, de nombreuses décisions ont atterri directement dans le «marais», mais personne n'a encore exprimé l'idée que tous ou presque tous les résultats basés précédemment sur le principe du «paysage» devraient y aller. Comme Kamran Wafa , physicien à l'Université de Harvard, l'a déclaré lors de la conférence: "Il est tout à fait possible qu'en principe, nous ne soyons pas en mesure de trouver la bonne solution pour la théorie des cordes impliquant l'énergie sombre."

Perdu dans le multivers

La théorie des cordes a longtemps été positionnée comme une tentative de décrire le monde qui nous entoure avec une seule «théorie de tout», en y ajoutant des dimensions supplémentaires et en considérant toutes les particules comme des «cordes» miniatures à vibration continue. De nombreux adhérents de TS considèrent toujours que c'est le moyen le plus approprié pour enfin réaliser le rêve d'Albert Einstein - combiner la théorie générale de la relativité (GR) avec des effets quantiques. Par ailleurs, il convient de noter que le "paysage", qui prédit le comportement de nombreux univers, repousse souvent les physiciens. "De mon point de vue, le" paysage "tue une théorie parce qu'elle perd de sa valeur en tant que méthode de prévision", explique Paul Steinhardt, physicien à l'Université de Princeton, auteur de l'un des ouvrages susmentionnés critiquant le TS. "Littéralement, tout est permis." Steinhardt et ses collègues voient un moyen de sortir des problèmes récemment découverts avec l'ajout d'énergie sombre. "Cette histoire avec un énorme multivers est probablement mathématiquement incorrecte", ajoute Danielsson. "Ce qui est assez curieux, car la théorie devient paradoxalement plus prophétique que nous ne le pensions."

Certains théoriciens, comme Savedip Seti de l'Université de Chicago, au contraire, sont même satisfaits de ce qui se passe: «Je pense que c'est merveilleux. "Je suis sceptique sur le concept de" paysage "depuis longtemps, et c'est agréable d'entendre que le paradigme est passé du point de foi aveugle à la capacité de prouver toutes ces décisions." Mais tout le monde n'aime pas l'idée que les résultats basés sur le «paysage» devraient effectivement se trouver dans le «marais» - en particulier l'équipe de chercheurs qui a proposé une des premières versions du «paysage» en 2003, appelée KKLT par les premières lettres des noms des scientifiques créateurs. Shamit Kahru, l'un des membres du groupe KKLT de l'Université de Stanford, a exprimé des doutes sur les arguments de Wafa et du reste: «Non, bien sûr, c'est formidable de s'engager dans diverses spéculations et d'essayer de prédire comment cela affectera le résultat, mais je ne vois aucune raison, théorique ou expérimentale, pour afin de prendre au sérieux ce «jeu de devinettes». Les données initiales et la façon dont nous les regroupons en un tout - tout est parfaitement justifié. » Juan Muldacena , physicien théoricien à l'Institute for Advanced Study, New Jersey, a également déclaré qu'il continuerait d'adhérer à l'idée de l'existence d'une multitude d'univers d'énergie sombre dans le cadre de la théorie des cordes.

Oui, beaucoup de scientifiques sont très satisfaits du TS avec un multivers. "Il est clair que si l'approche utilisant le" paysage "est correcte, alors comparer notre univers avec un multivers revient à comparer le système solaire avec le reste de l'univers", explique Kahru. "Et c'est bien." Johannes Kepler a essayé de trouver la raison fondamentale pour laquelle la Terre est à une telle distance du Soleil, et pas d'une autre. Mais maintenant, nous savons que notre étoile est l'une des milliards, même dans cette galaxie, et beaucoup d'entre elles ont également des planètes, et le rayon de l'orbite de la Terre n'est qu'un nombre aléatoire, et non le résultat d'une relation mathématique profondément cachée dans le tissu de l'univers. En conséquence, si nous permettons l'existence de trillards d'autres univers, alors les paramètres du cosmos qui nous entourent ne sont qu'un ensemble de nombres arbitraires, pas plus. Et la conclusion selon laquelle ils semblent parfaitement adaptés précisément à la vie d’une personne n’est qu’une erreur de sélection; au fil du temps, l'humanité trouvera sûrement son propre genre dans ces rares coins du multivers, où les conditions conviennent aux gens. »

Accélérer l'univers

Eh bien, revenons à la question de l'énergie noire: c'est précisément son invariance qui ne correspond pas à la théorie des cordes. Et selon Wafa, c'est une grande raison de douter du concept même de TE - en particulier sous la forme qui est appelée la "constante cosmologique" . L'idée, qui a été proposée par Einstein en 1917, a reçu une seconde vie en 1998, lorsque les astronomes ont découvert que l'Univers n'est pas seulement en expansion, mais qu'il le fait avec accélération. La constante cosmologique devait devenir une forme d'énergie sous vide, stable et contrecarrant les forces de gravité. Mais, il s'est avéré que ce n'est pas le seul moyen possible de justifier l'expansion accélérée des mondes. Par exemple, il y a une hypothèse sur la «quintessence» comme une sorte d'un certain champ imprégnant tout l'univers observable et en même temps changeant. "Indépendamment du fait que les adeptes de la théorie des cordes puissent enfin le lier à une énergie sombre constante, il s'est avéré que l'idée de l'inconstance de TE semble beaucoup plus naturelle dans TS", Vafa s'amuse. "Et dans ce cas, celui qui peut mesurer le changement gagnera l'énergie noire grâce à des observations astronomiques. "

Et puisque toutes les données que les astronomes collectaient auparavant confirmaient l'idée d'une constante cosmologique, il y a maintenant une certaine marge de manœuvre. La sonde Euclid , le télescope infrarouge NASA WFIRST et l'équipement du laboratoire Simons en construction ont déjà prévu une série d'expériences pour comprendre si l'énergie sombre dans le passé était plus faible ou plus forte qu'aujourd'hui. Paul Steinhardt: «Nous n’avons même pas besoin d’attendre le démarrage de nouvelles technologies. Nous sommes déjà en affaires. "
Étonnamment, même ceux qui étaient sceptiques quant à l'hypothèse de Wafa soutiennent la recherche d'une alternative à la constante cosmologique. Par exemple, vous pouvez citer Eve Silverstein , un cosmologiste et physicien théoricien américain: «Je ne pense pas qu'il y ait lieu de se demander quels seront les résultats des observations de l'énergie noire. Mais je suis d'accord que [le champ variable de l'énergie sombre] cela simplifie grandement la création d'un modèle d'expansion accélérée de l'univers. "

La Quintessence n'est pas la seule option, soit dit en passant. Dans le contexte du travail de Wafa, Danielsson et ses collègues ont présenté une manière alternative de «se faire des amis» des piles à combustible et des véhicules. Dans leur version, notre Univers est une surface tridimensionnelle d'une certaine bulle se dilatant dans l'espace avec un grand nombre de dimensions. "Les scientifiques qui utilisent cette surface peuvent reproduire la physique avec une constante cosmologique", explique Danielsson. "Par rapport à ce que nous pensions auparavant, il s'agit d'une méthode complètement différente de substitution de l'énergie sombre dans l'équation."

Fine Theory

Sans aucun doute, la base de toutes les discussions concernant la théorie des cordes réside dans la question principale: quelle est la signification de la physique en tant que science? Pouvons-nous exiger une explication de la part de la théorie la plus cool sur chaque plus petit événement dans l'Univers qui nous entoure, ou est-ce déjà trop? Et lorsque la théorie contredit nos idées sur la structure du monde - cela vaut-il la peine de la rejeter ou de ce que nous considérons être des «connaissances» sur la nature des choses?

Oui, TS en attire beaucoup par sa «beauté» - les solutions de ses équations sont tout à fait satisfaisantes, et les explications qui lui sont proposées ne sont pas sans élégance. Mais progressivement, il y a un manque de preuves - et pire encore, il n'y a aucune certitude qu'elles seront en principe trouvées. Cependant, même l'hypothèse selon laquelle il est impossible d'inclure des piles à combustible dans le véhicule n'arrête pas les ventilateurs. «C'est tellement vaste et magnifique, et si correct dans de nombreux domaines que nous nous sommes appris à penser -« l'erreur n'est pas en théorie, je me trompe », se souvient Networks -« Mais la poursuite de la «beauté» n'est pas la meilleure façon de développer le bon général Théorie de l'Univers. " En fin de compte, comme Sabina Hossenfilder de l'Institut d'études avancées l'a écrit dans son dernier livre, Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray (Lost in Mathematics: How “Beauty“ Makes Physics the Way "), Francfort:" Les mathématiques sont pleines d'incroyables et des choses merveilleuses, et la plupart d'entre elles n'ont rien à voir avec le monde réel. "

Malgré des vues souvent opposées, les physiciens théoriciens sont néanmoins de gentils gars, unis par une soif commune - de savoir tout ce qui existe, y compris l'Univers. Kahru, qui a créé le «paysage», était le superviseur de Wafa, une critique acharnée de ses idées - mais ils sont toujours amis. "Une fois qu'il m'a demandé si j'étais prêt à jurer par ma vie que le" paysage "existe", rit Kahru. "J'ai répondu que j'étais prêt à jurer par sa vie!"

Matériel supplémentaire de Lee Billings.
Cet article a été fourni par Astrobiology Magazine , un éditeur Web parrainé par le programme d' astrobiologie de la NASA.