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Attaquée de toutes partsAttaquée de toutes parts « Les théoriciens des cordes ne font pas de prédiction, ils font des excuses », R.P. Feynman Vivacité

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Présentation au sujet: "Attaquée de toutes partsAttaquée de toutes parts « Les théoriciens des cordes ne font pas de prédiction, ils font des excuses », R.P. Feynman Vivacité"— Transcription de la présentation:

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2 Attaquée de toutes partsAttaquée de toutes parts « Les théoriciens des cordes ne font pas de prédiction, ils font des excuses », R.P. Feynman Vivacité des échanges entre cordistes et non cordistesVivacité des échanges entre cordistes et non cordistes: Echange T. Damour/L. Smolin (ex cordiste)repris par Le Monde Doù vient la polémique??

3 Caractère spéculatif de la théorie: hors de portée de lexpérience… Longueur caractéristique de la théorie (taille) inaccessible Complexité mathématique de la théorie:Complexité mathématique de la théorie: Théorie inachevée – Plusieurs types de théories de cordes: critères de classification? Pourtant… de nombreuses vertusPourtant… de nombreuses vertus Conception simple de lélémentarité: objets ultimes =cordes ouvertes ou fermées Interactions entre particules: coupures/recombinaisons de cordes Théorie de TOUT!!

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5 Théorie quantique des champs: Description des particules et de leurs interactions. Théories de Jauge Contexte: Représentation de la Nature au XXème siècle Théorie de la relativité (structure de lespace-temps et rôle des symétries) Mécanique quantique: description du comportement de la matière à faible échelle (subatomique) Modèle standard: grande unification Fusion avec la relativité générale: théorie de tout

6 Le mot fait référence à lun des pans les plus importants de la physique moderne qui comprend: *La théorie de la relativité restreinte *La théorie de la relativité générale Cest avant tout une théorie-cadre qui décrit de façon correcte les notions despace (longueurs mesurées) et de temps (durées mesurées): ces grandeurs sont relatives à lobservateur. Cest avant tout létude des phénomènes électromagnétiques (.. La lumière quoi!) qui a révélé le sens profond de lespace et du temps physiques. Elle révèle que le cadre dans lequel se déroulent les phénomènes nest plus tout à fait conforme à notre intuition directe (sensible) du monde… et cela parce que le sens commun sexerce dans un monde où les vitesses sont faibles par rapport à la vitesse de la lumière.

7 Les deux postulats de la relativité restreinte 1°. Les lois physiques sont les mêmes dans tous les référentiels en mouvement rectiligne uniforme les uns par rapport aux autres 2°. La vitesse de la lumière a toujours la même valeur dans le vide, quel que soit le référentiel. Equivalence des observateurs inertiels (points de vue) et extension de la relativité galiléenne à toute la physique Invariance de la vitesse de lumière (Exp. Michelson- Morley)

8 Nécessité dun nouveau cadre unifiant lespace et le temps: lespace-temps (Minkowski) 4D. Grande particularité: Causalité gravée dans sa géométrie non euclidienne. Lespace usuel est euclidien: le théorème de Pythagore y est valable. Il donne la distance entre 2 points D a b A B C Le chemin A-B est plus court que A-C-B A B C La trajet AB est plus long que A-C-B! Interprétation physique de la distance: La distance entre deux points A et C est = c X temps écoulé pour la particule (temps propre) espace temps

9 Relativité Générale (1915): …conduit à une théorie de la gravitation!!! Comment?Relativité Générale (1915): …conduit à une théorie géométrique de la gravitation!!! Comment? - Principe déquivalence: localement accélération (forces dinertie) = gravitation - Universalité de la chute libre Tableau de 16 nombres en chaque point de lespace- temps : définit une distance (métrique) espace temps 6 Temps de lobservateur Axes despace- temps de lobservateur:3 axes despace+1 axe de temps Unités de longueur sur les axes = Angles entre les axes

10 En relativité restreinte : Pour des observateurs inertiels, seuls les etsont différents de zéro (4 nombres), sont les mêmes pour tous ces observateurs et en tous lieu de lespace -tempsEn relativité restreinte : Pour des observateurs inertiels, seuls les etsont différents de zéro (4 nombres), sont les mêmes pour tous ces observateurs et en tous lieu de lespace -temps La configuration des axes (angles) est la même partout = Lespace de Minkowski est plat En présence de gravitation : La configuration des axes (angles) varie dun point à lautre de lespace –tempsEn présence de gravitation : La configuration des axes (angles) varie dun point à lautre de lespace –temps Lespace-temps est courbé et courbure = matière (énergie) Varie implique que la gravitation affecte lécoulement du temps

11 Londe est déterminée de façon rigoureuse et donc aussi les probabilités. On ne peut prédire que les probabilités doccurrence des événements (réalisations des phénomènes):Les phénomènes sont soumis à un déterminisme statistique. Pour concilier les notions de particule et donde: Londe est un outil de prévision probabiliste du comportement de la particule (son mouvement par ex.) Onde = Champ – Objet associant à tout point de lespace un nombre dautant plus grand que londe y est plus marquée (amplitude plus grande) Calcul de la probabilité (intensité) « Probabilité » de trouver la particule en un point : Seules sont mesurables ces probabilités: les interférences sont un révélateur des probabilités quantiques…

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13 Londe de probabilité est un champ dinformations sur le système (Etat du système)Londe de probabilité est un champ dinformations sur le système (Etat du système) En dehors de toute mesure, toutes les possibilités sont virtuellement présentes. La mesure va sélectionner une possibilité et une seule: lissue est gouvernée par le hasard. En dehors de toute mesure, toutes les possibilités sont virtuellement présentes. La mesure va sélectionner une possibilité et une seule: lissue est gouvernée par le hasard. Une propriété étonnante du monde quantique: On peut superposer les états possibles (ex: les états « chat de Schrödinger »)!!

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15 Idée fantastique de Kaluza-Klein (1930): On peut unifier la gravitation et lEM (lumière) mais en ajoutant à lespace 4D 1 dimension despace supplémentaire.Idée fantastique de Kaluza-Klein (1930): On peut unifier la gravitation et lEM (lumière) mais en ajoutant à lespace 4D 1 dimension despace supplémentaire. - Espace-temps 5D courbe (RG en 5D): LEM est une manifestation de la gravitation 5D (de sa courbure - 5ème D non observable à grande échelle: Dimension compactifiée – Espace-temps cylindrique Champ EM Espace-Temps usuel 4D Gravitation pure 5D Lumière=gravitation = Géométrie 4D usuelle + Champ dangles extradim avec les autres: différentiation gravité/EM Basse énergie Champ EM = champ dangles (4) Lié à la taille de la dimension compacte

16 Compactification A grande échelle Basse énergie Faible échelle (haute énergie) Dans Kaluza- Klein on attache un cercle à chaque point Les extradimensions fournissent-elles une méthode dunification de toutes les interactions?

17 Fin des années 60: Veneziano tente de décrire les propriétés de l interaction forte et remarque que celles-ci dérivent dune fonction spéciale la fonction beta dEuler sans pouvoir justifier ce fait En 1970, Nambu, Nielsen et Susskind découvre la physique cachée derrière cette fonction : les particules sensibles à linteraction forte apparaissent comme de petites cordes... Lapproche est diféfrente de la TQC qui traite de particules ponctuelles. Courant des années 70: Modèle de cordes réfuté par lobservation. Développement de la Chromodynamique Quantique (QCD), theorie de jauge de linteraction forte. En 74 Scherck montre que lapproche cordes permet dunifier les interactions. Prédiction dune corde fermée de spin 2 sans masse: Le lien avec la gravitation est établie. Espoir dune théorie de tout!!

18 Généralise Kaluza-Klein: Nécessité dextradimensions spatiales. espace- temps à 10D requis. Les 6 extradimensions compactifiées (non visibles à notre échelle) forment un petit espace attaché à chaque point de lespace-temps 4D: cest la variété de Calabi-Yau. Différents modes de combinaisons des extraD (sphères, tores,...)

19 Pourquoi 10 dimensions despace –temps pour unifier tout? Espace-Temps usuel 4D Dimensions compactes Contient 54 (55-1 vol.) nombres indépendants (on prend la moitié de ce tableau) Les (10) nombres sur la diagonale définissent les unités de longueur sur les axes (taille des dimensions compactes) Interaction grav.EMFaibleForte Médiateurs1138 Nbre de comp.643x48x4 (tot=54)

20 >1994: Nouvelle mutation de la théorie des supercordes qui contient des objets de dimension >1, les p-branes. Aujourdhui: la théorie des supercordes contient la gravitation quantique. Cadre cohérent décrivant lunivers à toutes les échelles et englobant la MQ et la gravitation (RG). Les particules correspondent aux modes de vibrations dune corde qui senroule autour des extraD. Pb ouvert: spectre dexcitations de la corde?? Cinq théories de cordes possibles. Dérivent toutes dune théorie inconnue, la théorie M formulée dans un espace-temps à 11D. Limite classique de M: RG classique 11D +supersymétrie. M?? La topologie de lespace compact est-elle arbitraire?

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22 Les modes de combinaison des dimensions supplémentaires sont multiples. Les lois physiques régissant notre univers dépendent de la géométrie de ces dimensions cachées. Une solution des équations de la théorie des cordes correspond à un univers possible (i.e. à une configuration possible des dimensions cachées). - Cette configuration cachée définit à grande échelle un espace-temps 4D muni dun vide dont lénergie est définie par les extradimensions compactes: cest lénergie du vide - En fait le choix de la configuration (le vide) se fait par minimisation dune énergie. A basse énergie, ce vide traduit son effet par une constante cosmologique dans les équations dEinstein.


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