La théorie des cordes, parfois appelée la théorie du tout, est considérée par certains comme la théorie unificatrice du champ qu’Einstein cherchait avant sa mort. C’est la première théorie mathématiquement solide qui réconcilie le monde de l’infiniment petit avec le monde connu dans son ensemble. Il unit la théorie de la relativité d’Einstein à la physique quantique et offre une explication potentielle du Big Bang.
Avant la théorie des cordes, les particules subatomiques étaient envisagées comme de minuscules boules ou points d’énergie. Cette théorie part du principe que les plus petits morceaux subatomiques qui composent les éléments des atomes se comportent en réalité comme des cordes vibrantes. Les cordes sont si petites que le physicien Brian Greene a fait l’analogie avec le fait que, si un seul atome était agrandi pour occuper l’empreinte de notre système solaire, une corde ne serait toujours pas plus grosse qu’un arbre.
Parce que ces minuscules cordes vibrantes sont responsables des propriétés de toute matière, le cosmos a été comparé à une symphonie cosmique de supercordes. Bien que poétiquement attrayante, la force de la théorie des cordes est qu’elle rend compte des quatre forces connues dans une théorie élégante. Ces forces fondamentales sont la gravité, les forces nucléaires fortes et faibles ; et électromagnétisme.
L’un des éléments surprenants de cette théorie est qu’elle nécessite des dimensions supplémentaires pour être exempte d’anomalies mathématiques. Les scientifiques ont ajouté six dimensions supplémentaires, initialement, pour un total de dix. Les six dimensions devaient être contenues dans de minuscules formations recroquevillées à chaque point de notre espace tridimensionnel.
Il y avait cependant un problème : les théoriciens des cordes ont proposé plusieurs théories qui semblaient toutes correctes. En fin de compte, les scientifiques ont découvert que l’ajout d’une 11e dimension expliquait mathématiquement toutes les théories apparemment différentes comme des aspects différents de la même. La seule théorie qui les régit tous est connue sous le nom de théorie M.
La 11e dimension de la théorie des cordes prédit un nouveau type de corde, étirée infiniment longtemps pour créer ce qu’on appelle une membrane flottante, ou brane. Selon cette théorie, il existe des branes infinies qui soutiennent chacune un univers séparé mais parallèle. Dans ce quartier follement exotique, la force de gravité problématique a également été expliquée.
Alors que le modèle standard de la physique avait déjà réuni trois des forces connues, la gravité restait insaisissable. Une partie du problème était que la gravité était une force si faible par rapport aux autres. La théorie des cordes prédit mathématiquement que la gravité est faible parce qu’elle ne fuit ici que d’un univers parallèle.
C’est possible, expliquent les théoriciens des cordes, car les cordes peuvent être ouvertes ou fermées. Les chaînes ouvertes ont une extrémité attachée à la brane sur laquelle elles résident, gardant la matière contenue dans cette brane. On pense que les corps humains sont faits de cordes ouvertes, ce qui explique pourquoi les gens ne peuvent pas atteindre ou interagir avec d’autres dimensions. Les cordes fermées, cependant, sont comme de minuscules anneaux, non attachés à leur brane, capables de fuir loin de celle-ci.
On pense que la gravité est transférée via des particules hypothétiques sans masse appelées gravitons. Si les gravitons étaient fabriqués à partir de cordes fermées, ont théorisé les scientifiques, la gravité pourrait s’échapper de notre brane. Cela sonnait bien, mais cela n’a pas fonctionné mathématiquement. L’hypothèse inverse a cependant fonctionné : la gravité semble fuir vers notre brane à partir d’un univers parallèle. Fantastiquement, cette notion est mathématiquement solide.
La théorie des cordes offre également une explication possible du Big Bang. Cela avait longtemps dérangé les scientifiques que même s’ils pouvaient retracer les étapes du Big Bang jusqu’à la singularité, la cause initiale de l’événement était sans explication. Maintenant, les théoriciens des cordes pensent que la collision de deux branes aurait pu causer l’événement.
Le plus grand défi à la théorie est qu’une grande partie n’est pas prouvable. Les scientifiques ne peuvent pas tester d’autres dimensions, étudier les gravitons en migration ou jeter un coup d’œil entre les rideaux de branes flottantes pour assister à un événement Big Bang. Pour cette raison, la théorie des cordes a de nombreux détracteurs et critiques. Certains scientifiques pensent que sans la capacité de prouver la théorie, ce n’est pas du tout de la vraie science. Néanmoins, les promoteurs semblent confiants que des preuves de toutes sortes viendront avec les progrès technologiques et le temps.