La théorie des cordes et les structures cachées de l'univers - Clifford Johnson

Voir la leçon complète : http://ed.ted.com/lessons/string-theory-and-the-hidden-structures-of-the-universe-clifford-johnson

De quoi est-ce que tout est fait? Jusqu'à présent, nous pouvons tout décomposer dans l'univers jusqu'à quelques très petites particules élémentaires. Mais elles s'intègrent dans d'étranges modèles qu'on ne comprend pas. Certains scientifiques pensent que c'est parce que nous pouvons aller plus loin - peut-être jusqu'à de simples cordes vibrantes ! A TEDYouth 2012 Clifford Johnson décrit ces idées, avec le concept de la théorie des cordes.

Je travaille à essayer de comprendre

comment l'univers fonctionne
au niveau très basique,

au niveau le plus élémentaire
qu'on puisse trouver.

Alors, quand vous essayez,
dans votre vie quotidienne

de déterminer comment
quelque chose fonctionne,

ce que vous faites réellement,
c'est que vous recherchez

ce que j'appelle
des structures cachées.

Par exemple, vous prenez quelque chose
comme votre téléphone cellulaire,

votre smartphone.

C'est un objet complexe,

et vous vous demandez peut-être
comment il fonctionne.

Eh bien, ce que vous pouvez faire,

c'est le démonter pour voir dedans.

La garantie sera annulée, mais ça va.

Vous regarderez dedans
et ce que vous trouverez,

c'est qu'il est fait
de petits composants électroniques.

Et ces composants électroniques
se déplacent en fait

un certain type de particule
que nous connaissons

sous le nom l'électron,

et c'est de là que vient le nom
« électronique ».

Donc, si vous connaissez les règles

pour assembler ces choses,

vous pouvez vraiment
fabriquer votre smartphone

ou vous pourriez fabriquer aussi bien
d'autres appareils électroniques.

Donc, il y a des gens comme moi

dont c'est le métier d'essayer
de faire ce genre de chose

pas seulement pour un téléphone portable
ou ses composants,

mais se demander de quoi
est faite votre main,

ou la chaise sur laquelle vous êtes assis,

ou la planète Terre,

le soleil,

les étoiles,

l'univers tout entier.

Donc, à l'aide de divers types d'instruments,

d'observations

et d'expériences,

nous avons été en mesure de sonder
de plus en plus profondément au cours des années,

et nous savons maintenant que la matière
dont nous sommes faits

et que nous voyons autour de nous

est en fait composée
de minuscules particules primaires.

Et les particules élémentaires
interagissent les uns avec les autres

par le biais les forces de la nature,

mais nous avons aussi découvert

que ces forces de la nature
fonctionnent

en échangeant aussi
des particules élémentaires.

Ce sont en fait des particules de force
qui sont échangées

par les particules de matière.

Vous avez peut-être entendu cette année

qu'il y avait de grandes nouvelles,

une annonce majeure
dans cette histoire,

le grand collisionneur de hadrons,
le LHC,

une énorme expérience en Europe,

a découvert un boson de Higgs,

et la fonction de cette particule
est d'interagir

avec les diverses particules élémentaires

et de leur donner les masses
que nous observons.

Alors, cette photo fascinante
est analogue

à celle je vous ai montrée
pour le téléphone portable.

Nous avons les composants

et nous avons des règles
de la théorie de la particule,

comme on l'appelle,

selon laquelle tout cela fonctionne

et donne lieu à des choses différentes.

Nous pensons réellement
que nous avons à peine

gratté la surface de la découverte
de ce monde quantique,

la structure cachée de notre monde.

Laissez-moi vous donner
trois exemples

d'énigmes sur lesquelles
nous travaillons toujours.

J'ai donc rassemblé les particules

dans les modèles
qu'elles ont tendance à former,

mais nous ne savons pas
d'où viennent ces modèles.

Nous savons
comment décrire les particules,

mais nous ne savons pas
d'où viennent les modèles.

Quand vous voyez
des modèles en science,

vous recherchez une structure cachée,

c'est une des choses.

En outre, nous savons maintenant
qu'il y a une énorme quantité

de matière là-bas,

bien plus que juste les choses
dont je parlais.

On l'appelle la matière noire.

Nous ne savons pas ce que c'est,

et nous aimerions
être en mesure de le faire

et d'expérimenter avec
et comprendre ce que c'est.

L'autre chose dont je voudrais parler

c'est le fait que la force de gravité,

peut-être la force qui nous est
la plus familière,

quand on arrive au niveau quantique,

en fait, elle ne fonctionne pas

selon les règles de la théorie des particules.

Donc, étant donné que la gravité
dépend en fait de la forme

de l'espace et du temps
comme Einstein nous l'a appris,

en calculant l'histoire de quantique de la gravité,

que nous appelons la gravité quantique,

nous espérons aboutir à
des groupes de questions comme :

y a-t-il des particules d'espace
et de temps

et comment s'imbriquent-elles ?

Quelles sont les règles ?

Donc, cela nous amène à des choses

comme étudier où tout a commencé,

il y a 13,7 milliards d'années,

le Big Bang.

Nous connaissons la matière et l'énergie

car nous comprenons
qu'il a été créé,

mais aussi, l'espace
et le temps lui-même.

Donc, voilà le genre de choses

nous étudions dans cette quête.

Aussi, nous avons des choses
autour de nous aujourd'hui,

comme les trous noirs,

qui sont des indices très importants.

Ce sont en fait
des trous dans l'espace

que nous aimerions comprendre.

En outre, l'énergie sombre
découverte récemment,

qui est la tendance de l'espace

dans tout l'univers à
accélérer son expansion.

Les scientifiques travaillent
donc sur ce genre de choses,

en essayant de comprendre
ce que nous pensons être le cas maintenant,

qu'il y a non seulement
des structures cachées

de matière et d'énergie,

mais aussi l'espace et le temps.

La question est donc :
quelles sont les règles ?

Et il existe de nombreuses approches

et vous avez peut-être
entendu parler de l'une d'elles,

appelée la théorie des cordes.

C'est une des nombreuses approches

et nous ne savons pas encore
si elle est juste,

nous n'avons pas terminé
de développer la théorie,

mais elle nous a donné quelques indices
vraiment enthousiasmants et alléchants.

Je voudrais vous parler
de quelques uns d'entre eux.

L'un d'eux est tout simplement de supprimer

l'idée de chercher
une particule quantique minuscule,

et de chercher plutôt un objet étendu,

une corde qui peut vibrer.

Ça vous donne en fait
des possibilités intéressantes

parce que, par exemple, ça nous dirait

si cette ossature cachée nous a échappée

parce qu'on ne regardait pas d'assez près,

on ne se rendrait pas compte
que de nombreux types différents de particules

ne sont que des vibrations différentes
de la même corde,

ce qui est une possibilité
tout à fait fascinante

et une énorme simplification.

C'est une des idées.

L'autre chose qui est vraiment passionnante
dans la théorie des cordes

c'est qu'une de ces particules qu'elle décrit

est en fait la quantité manquante de gravité

que nous avons essayé de comprendre.

Et puis l'autre chose est que
les cordes,

au lieu d'une qui veuille
se déplacer dans les dimensions,

les trois dimensions spatiales
que nous connaissons,

semblent vouloir se déplacer
dans les dimensions supérieures.

Alors on se dit,

qu'est-ce que cela signifierait
pour notre monde,

si ça avait quelque chose
à voir avec notre monde,

et qu'on ne le sache pas encore.

Voici un moyen qui induirait notre monde.

Vous auriez notre monde,

et puis une des structures cachées

serait des morceaux cachés
dans l'espace-temps

qui ne sont pas visibles,
ces dimensions supplémentaires.

Alors les particules diverses
que nous voyons dans le monde

seraient les vibrations des cordes

et ces modèles que nous avons vu
et que nous ne pouvons pas expliquer

viennent du fait que les cordes peuvent sonder

et sentir la forme de ces dimensions internes.

Alors, une des choses est,

peut-on réellement tester ça ?

Il s'agit d'une belle idée,
mais comment confronter cela

aux observations et aux expériences réelles

parce que nous faisons des sciences ici ?

Et c'est la difficulté.

Nous pensons que l'énergie
dont vous avez besoin

pour sonder les échelles minuscules

pour voir les cordes si elles sont là,

est plus que ce que nous pouvons espérer
obtenir bientôt.

Mais ce que nous pouvons faire,
c'est chercher

les conséquences de ces structures cachées,

nous pouvons chercher comment
ces choses se présentent en physique

auxquelles nous pouvons accéder.

Donc, c'est pour cela que
nous étudions les choses comme

la matière noire,

les trous noirs,

l'énergie sombre,

et nous regardons également
les restes de l'univers primordial,

le bruit de fond cosmique
qui est en satellite.

Et, surtout, nous cherchons des indices

de divers types d'expériences
de physique des particules,

comme le LHC.

Une dernière chose,

c'est qu'il se passe une chose nouvelle.

La théorie des cordes pourra peut-être
s'avérer utile

dans d'autres domaines de la physique.

Il existe de nouveaux types d'expériences

qui commencent par notre ami l'électron,

et qui montrent que
dans certaines circonstances,

les électrons interagissent de manière

qu'ils produisent
de nouveaux types

de comportements bizarres.

Et il y a des modèles qui montrent

que la théorie des cordes
est effectivement la meilleure façon.

Dans certaines circonstances,

en utilisant les règles
de la théorie des cordes,

vous pouvez vraiment expliquer
ce genre de comportement.

Donc cela nous donne
une possibilité passionnante,

vous pouvez faire de vraies expériences

avec ces électrons

qui nous aideront à façonner les règles

de la théorie des cordes.

Et vous pourriez dire,

« Eh bien, OK, ça va nous donner

peut-être un nouveau genre d'électronique

avec laquelle on pourra faire
un meilleur téléphone portable.»

Mais ces règles

seront peut-être les mêmes règles
que nous recherchons

pour voir si la théorie des cordes
peut nous aider

à répondre à ces grandes questions.

Au final,

les structures cachées de l'univers
que nous recherchons,

seront un jour, peut être, sous notre nez.

Merci.