Visualiser Onze Dimensions | Thad Roberts | TEDxBoulder

Dans cette conférence, Thad Roberts nous présente une théorie qui pourrait se montrer clé dans la simplification des nombreuses complexités de la mécanique quantique, de l'espace et du temps.

Est-ce que quelqu'un ici s'intéresse
aux autres dimensions ?

(Applaudissements)

Bien.

Je vous remercie tous pour votre temps...
et votre espace.

(Rires)

Bon, je suis content
que cette blague ait marché ici.

Bien.

Imaginez un monde dans lequel
les habitants vivent et meurent

en croyant seulement en l'existence
de deux dimensions spatiales.

Un plan.

Ces Flatlandais vont voir
des choses étranges se produire ;

des choses impossibles à expliquer
dans le cadre de leur géométrie.

Imaginez
que des scientifiques Flatlandais

observent ce qui suit :

Un jeu de lumières colorées
qui semblent apparaître au hasard

à différents endroits
le long de l'horizon.

Quels que soient leurs efforts
pour tenter de donner sens à ces lumières,

ils ne peuvent pas trouver une théorie
qui pourra les expliquer.

Certains parmi les scientifiques
les plus malins

pourraient décrire les flashs
de manière probabiliste.

Par exemple, toutes les 4 secondes,

il y a 11 % de chances qu'un flash rouge
se produise quelque part sur la ligne.

Mais aucun Flatlandais ne sera en mesure
de déterminer exactement ni quand ni où

la prochaine lumière rouge sera vue.

En conséquence, ils commencent à se dire

que le monde est en un sens indéterminé,

que la raison pour laquelle ces lumières
ne peuvent être expliquées,

est qu'à un niveau fondamental,
la nature n'a pas de sens.

Ont-ils raison ?
Est-ce que parce qu'ils ont été contraints

de décrire ces lumières
de manière probabiliste,

cela signifie vraiment
que le monde est indéterminé ?

La leçon qu'on peut tirer de Flatland

est que si on ne considère qu'une partie
de la géométrie totale de la nature,

des événements déterministes

peuvent paraître
fondamentalement indéterministes.

Cependant,
quand nous étendons notre vision

et pouvons accéder
à la géométrie complète du système,

l'indétermination disparaît.

Comme vous pouvez le voir,
nous pouvons déterminer exactement quand

et où le prochain flash
sera visible sur cette ligne.

Nous sommes ici ce soir

pour envisager la possibilité
que nous sommes comme les Flatlandais.

En effet, il s'avère que notre monde
est criblé de mystères

qui ne semblent pas bien s'expliquer

dans le cadre
de nos hypothèses géométriques.

Des mystères
comme les déformations de l'espace-temps,

les trous noirs, l'effet tunnel quantique,

les constantes de la nature,
la matière noire, l'énergie sombre, etc.

La liste est assez longue.

Comment réagissons-nous à ces mystères ?

Eh bien, nous avons deux choix :

nous pouvons nous cramponner
à nos hypothèses précédentes,

et inventer de nouvelles équations qui
seraient valables en dehors de la métrique

comme une vague tentative
d'expliquer ce qui se passe,

ou bien nous pourrions aller plus loin,
jeter nos vieilles hypothèses,

et construire un nouveau modèle
de la réalité.

Un qui inclurait déjà ces phénomènes.

Il est temps de franchir cette étape.

Parce que nous sommes
dans la même situation

que les Flatlandais.

La nature probabiliste
de la mécanique quantique

fait penser à nos scientifiques

qu'au fond, le monde est non déterministe.

Plus nous regarderons de près,

plus nous trouverons
que la nature n'a pas de sens.

Hmm...

Peut-être que tous ces mystères
nous disent en fait

qu'il y a quelque chose en plus,

que la nature a une géométrie
plus riche que ce que nous pensions.

Peut-être que les phénomènes
mystérieux dans notre monde

pourraient s'expliquer
par une géométrie plus riche,

avec plus de dimensions.

Cela voudrait dire que nous sommes coincés
dans notre propre version de « Flatland ».

Et si c'est le cas,
comment peut-on s'en sortir ?

Au moins sur le plan conceptuel ?

La première étape est de s'assurer

que nous savons exactement
ce qu'est une dimension.

Une bonne question pour commencer :

Qu'est-ce que qui fait que x, y et z
sont des dimensions spatiales ?

La réponse est qu'un changement
de position dans une dimension

n'implique pas un changement de position
dans les autres dimensions.

Les dimensions sont des descripteurs
indépendants de la position.

Donc z est une dimension
parce qu'un objet peut rester en x et en y

alors qu'il se déplace en z.

Ainsi, pour suggérer
qu'il y a d'autres dimensions spatiales,

il faudrait dire
qu'il est possible pour un objet

de rester en x, y et z,

tout en évoluant
dans une autre direction spatiale.

Mais où se trouvent donc
ces autres dimensions ?

Pour résoudre ce mystère,

nous devons réaliser
un ajustement fondamental

à nos hypothèses géométriques
sur l'espace.

Nous devons supposer que l'espace

est littéralement
et physiquement quantifié,

qu'il est fait d'éléments en interaction.

Si l'espace est quantifié,

il ne peut pas être infiniment divisé
en morceaux de plus en plus petits.

dès qu'on atteint
une dimension fondamentale,

on ne peut pas aller plus loin

et continuer à parler
de distances dans l'espace.

Prenons une analogie :

imaginons que nous avons
un morceau d'or pur

que nous souhaitons couper en deux
indéfiniment.

Nous pouvons poser deux questions ici :

Combien de fois pouvons-nous couper
en deux ce qui reste d'une moitié ?

Et combien de fois peut-on couper en deux
ce qui reste et avoir encore de l'or ?

Voilà deux questions
totalement différentes,

parce qu'une fois qu'on est arrivé
à un atome d'or,

on ne peut pas aller plus loin
sans transcender la définition de l'or.

Si l'espace est quantifié,
la même chose s'applique.

On ne peut pas parler
de distances dans l'espace

qui sont inférieures
à l'unité fondamentale de l'espace

pour la même raison
qu'on ne peut parler de quantités d'or

qui sont plus petites qu'un atome d'or.

La quantification de l'espace nous amène
à une nouvelle image géométrique.

Une comme ça,

où la collection de ces éléments,
ces quanta,

se réunissent pour construire
la structure de x, y et z.

Cette géométrie est à onze dimensions.

Si vous voyez ça, vous avez déjà compris.
Ce ne sera pas hors de votre portée.

On a juste besoin de comprendre
ce qui se passe.

Notez qu'il existe
trois types distincts de volumes,

et que tous les volumes
sont en trois dimensions.

La distance entre deux points de l'espace
devient égale au nombre de quanta

qui sont entre eux à ce moment-là.

Le volume à l'intérieur de chaque quantum
est interspatial,

et le volume dans lequel les quanta
se déplacent est superspatial.

Notez que le fait d'avoir une information
parfaite sur la position x, y et z,

nous permet seulement d'identifier
un quantum d'espace unique.

Notez également qu'il est maintenant
possible pour un objet

de se déplacer
de façon interspatiale ou superspatiale

sans modifier sa position en x, y et en z.

Cela signifie
qu'il y a 9 façons indépendantes

pour un objet de se déplacer.

Cela fait 9 dimensions spatiales.

Les 3 dimensions du volume x, y, z,
les 3 dimensions du volume superspatial,

et les 3 dimensions
du volume interspatial.

Nous avons ensuite le Temps
qui peut être défini

comme le nombre total de vibrations
pour chaque quantum.

Et le super-temps permet de décrire
leur mouvement dans le superespace.

OK, je sais que c'est un peu étourdissant,
ça va plus vite que je le voudrais,

parce qu'il y a tant de détails
que nous pouvons explorer.

Mais il y a un avantage important
à être capable de décrire l'espace

comme un médium
qui peut posséder une densité propre,

des déformations et des ondulations.

Nous pouvons maintenant décrire
les courbes de l'espace-temps d'Einstein

sans réduire dimensionnellement l'image.

La courbure est un changement
dans la densité de ces quanta d'espace.

Plus les quanta sont denses,
moins ils peuvent vibrer librement

ainsi, ils éprouvent moins le temps.

Et dans les régions de densité maximale,

où tous les quanta
sont complètement tassés,

comme dans les trous noirs,
ils ne font pas l'expérience du temps.

La gravité est simplement le résultat

d'un objet voyageant tout droit
à travers l'espace courbe.

Aller tout droit
à travers l'espace x, y, z

veut dire
que votre côté gauche et votre côté droit

parcourent la même distance,

interagissent
avec le même nombre de quanta.

Alors, quand un gradient
de densité existe dans l'espace,

le droit chemin est celui qui offre
une expérience spatiale égale

pour toutes les parties
d'un objet itinérant.

OK, ça, c'est très important.

Si vous avez déjà regardé
un graphe de courbure Einstein,

courbure de l'espace-temps,

vous n'avez peut-être pas remarqué
que l'une des dimensions est sans légende.

Nous avons supposé qu'on prenait
un plan de notre monde

et chaque fois qu'il y avait
une masse dans ce plan, on l'étirait.

Plus il y a de masse, plus on l'étire,

pour en montrer la courbure.

Mais quelle est cette direction
dans laquelle on l'étire ?

On s'est débarrassé de la dimension z.

On passe chaque fois dessus
dans nos livres.

Ici, on n'a pas à se débarrasser
de la dimension z.

On doit pouvoir voir la courbure
dans sa forme complète.

Et ça, c'est très important.

D'autres mystères
qui viennent de cette carte,

comme le tunnel quantique –

Vous vous souvenez de nos Flatlandais?

Eh bien, ils verront une lumière rouge
apparaître quelque part sur l'horizon

et puis elle va disparaître,

et en ce qui les concerne,
elle a disparu de l'univers.

Mais si un feu rouge réapparaît
ailleurs sur la ligne,

ils pourraient appeler cela
un effet tunnel quantique,

de la même manière que nous,
quand nous regardons un électron

qui disparaît de la structure de l'espace
et réapparaît ailleurs.

Cet ailleurs pouvant en fait se situer

au-delà de la limite
qu'il n'est pas supposé franchir.

Pouvez-vous utiliser cette image ?
Pour résoudre ce mystère ?

Voyez-vous comment
les mystères de notre monde

peuvent se transformer
en d'élégants aspects

de notre nouvelle vision géométrique ?

Tout ce que nous avons à faire
pour donner sens à ces mystères,

c'est de changer nos hypothèses
géométriques pour quantifier l'espace.

Cette image a aussi quelque chose à dire

à propos de l'origine
des constantes de la nature ;

la vitesse de la lumière,

la constante de Planck,
la constante gravitationnelle...

Comme toutes les unités de mesure,
Newton, Joule, Pascal, etc.,

peuvent être réduites à cinq combinaisons

de longueur, de masse, de temps,
d'ampérage et de température,

quantifier la structure de l'espace,

implique que ces cinq expressions

doivent également être
des unités quantifiées.

Donc, cela nous donne cinq valeurs
qui découlent de notre carte géométrique.

Conséquences naturelles de notre carte,
avec des valeurs de un.

Il y a deux autres valeurs
dans notre carte.

Des nombres qui reflètent
les limites de la courbure.

« Pi » peut être utilisé pour représenter
l'état minimal de courbure,

ou courbure zéro,

tandis qu'un nombre,
nous l'appellerons « zhe »,

peut être utilisé pour représenter
l'état maximal de courbure.

Nous avons maintenant un maximum
parce que nous avons quantifié l'espace.

On ne peut pas continuer
indéfiniment à aller plus loin.

Que représentent ces valeurs pour nous ?

Et bien, cette longue liste ici,
ce sont les constantes de la nature,

et si vous avez remarqué,
même si elles défilent assez vite,

elles sont toutes constituées
des cinq nombres

qui proviennent de notre géométrie
et des deux nombres

qui proviennent
des limites de la courbure.

C'est assez géant, soit dit en passant,
pour moi, c'est vraiment géant.

Cela signifie
que les constantes de la nature

sont issues de la géométrie de l'espace ;

elles sont les conséquences nécessaires
du modèle.

OK. C'est vraiment super
car il y a tellement de trucs dingues,

iIl est difficile de savoir exactement
ce qu'on va attraper et où.

Mais cette nouvelle carte

nous permet d'expliquer la gravité

d'une manière totalement conceptuelle,

vous avez l'image complète
dans votre tête,

les trous noirs, l'effet tunnel quantique,
les constantes de la nature,

et dans le cas où aucun de ceux-là
ne vous inspire,

ou si vous n'en avez jamais
entendu parler avant,

vous avez sûrement un peu entendu parler
de matière noire et d'énergie sombre.

Celles-là aussi
sont des conséquences géométriques.

La matière noire,
quand on observe les galaxies lointaines,

et qu'on regarde les étoiles
qui tournent autour de ces galaxies,

les étoiles sur les bords vont trop vite,

elles semblent avoir
une gravité supplémentaire.

Comment expliquer cela ? Eh bien,
on ne pouvait pas, donc on dit que

il doit y avoir une autre matière là-bas
qui crée plus de gravité,

et provoque ces effets.
Mais on ne peut pas voir cette matière-là.

Alors on l'appelle matière noire.
Et on définit la matière noire

comme quelque chose
qu'on ne peut pas voir !

Ce qui est bien, c'est une bonne étape,
c'est un bon début,

mais dans notre modèle,
on n'a pas besoin de ce genre de rupture.

On a créé une rupture, nous avons dit
que l'espace était quantifié,

mais tout le reste en est sorti.

Ici, nous disons que l'espace
est composé de parties fondamentales,

de la même façon que nous croyons
que l'air est fait de molécules.

Si c'est vrai,
alors une nécessité en découle,

il peut y avoir des changements
de densité, la gravité vient de là,

mais vous devriez également avoir
des changements de phase.

Et qu'est-ce qui stimule
un changement de phase ?

Eh bien, la température.

Quand quelque chose est assez froid,
son agencement géométrique se modifie,

et il change de phase.

Un changement de densité
dans les régions extérieures des galaxies,

va provoquer un champ gravitationnel,

parce que c'est ce que sont
les champs gravitationnels,

ce sont des changements de densité.

OK ?

On va totalement zapper tout cela.

Et maintenant on va passer
à l'énergie sombre en 15 secondes.

Quand on regarde dans le cosmos,
nous voyons que la lumière lointaine

est décalée vers le rouge, OK ?

Qu'elle perd une partie de son énergie
en voyageant vers nous

pendant des milliards d'années.

Comment expliquer
ce décalage vers le rouge ?

Aujourd'hui, on dit que cela veut dire
que l'univers est en expansion. OK ?

Toutes nos déclarations sur l'expansion
de l'univers viennent de là,

des mesures de la façon
dont le décalage vers le rouge évolue,

de cette distance à cette distance
et à cette distance.

OK ? Et c'est aussi comme ça
qu'on mesure l'expansion.

Mais il y a une autre façon d'expliquer
le décalage vers le rouge.

Pour l'expliquer autrement,
supposons que j'ai un diapason

accordé sur « Do »,

et que j'aille dans un tunnel
et qu'on entende... la note « Si ».

On peut dire que c'est parce que
je m'éloigne de vous dans le tunnel,

mais ça pourrait aussi être parce que
la pression de l'atmosphère diminue

tandis que le son
progresse vers votre oreille.

Dans ce cas, cela semble un peu farfelu

parce que la pression atmosphérique
ne diminue pas rapidement,

mais quand on parle de milliards d'années
de lumière voyageant à travers l'espace,

tout ce dont on a besoin,
c'est que les quanta eux-mêmes

aient une petite dose d'inélasticité
et le décalage vers le rouge se crée.

Bon, il y a encore beaucoup plus
à découvrir dans ce domaine,

et si vous êtes intéressés,
n'hésitez pas à consulter ce site Web

et faire tous les commentaires possibles.

On est déjà en retard
alors laissez-moi juste vous dire

que ce modèle nous donne un outil mental,

un outil qui peut étendre
la portée de notre imagination,

et peut-être même réveiller
le romantisme de la quête d'Einstein.

Merci.

(Applaudissements)