Si nous voulons trouver des dimensions supplémentaires dans notre Univers, c'est-à-dire l'existence dont la soi-disant théorie des cordes tente de nous expliquer, alors nous devrions tourner notre attention vers les ondes gravitationnelles. Parce qu'ils peuvent être la clé de leur découverte, disent les physiciens.
C'est ainsi que vous pouvez décrire brièvement l'idée d'une nouvelle hypothèse qui tente de trouver une réponse au mystère non résolu de la physique: pourquoi la gravité est-elle en fait plus faible que les autres forces fondamentales de notre univers? Selon la nouvelle hypothèse, la «fuite» de la gravité ne mène qu'à d'autres dimensions que nous n'avons pas encore découvertes.
"La possibilité d'autres dimensions est discutée depuis un certain temps et sous des points de vue complètement différents", explique Emilian Dudas de l'Ecole Polytechnique de Paris.
"Les ondes gravitationnelles, à leur tour, pourraient être la clé pour découvrir ces dimensions supplémentaires."
L'idée de quatre dimensions est maintenant largement acceptée - trois spatiales (longueur, largeur, hauteur) et une temporelle (temps). Cependant, notre connaissance du comportement de la matière aux plus petites échelles comporte de nombreuses lacunes que six dimensions supplémentaires pourraient combler. C'est l'opinion de la théorie des cordes, selon laquelle tout dans l'Univers pourrait être beaucoup plus facile à comprendre et à expliquer si nous étions d'accord avec l'idée de l'existence de 10 dimensions. De plus, la théorie des cordes est considérée comme le moyen le plus probable de finalement combler le fossé entre la physique classique et la physique quantique, devenant ainsi le fondement de la future théorie de la gravité quantique.
Selon cette théorie, les plus petites particules de matière que nous sommes capables de détecter, les quarks, peuvent en fait être constituées de particules encore plus petites - des fibres unidimensionnelles d'énergie qui se comportent comme des cordes vibrantes. Les scientifiques sont très intéressés par ces "chaînes" pour une raison simple. On pense qu'ils seront capables de faire ce que notre physique moderne n'est pas capable de faire, à savoir: décrire avec précision toutes les forces les plus fondamentales que nous connaissons, y compris la gravité, l'électromagnétisme et les forces nucléaires. Ils peuvent également nous aider à comprendre pourquoi l'univers est toujours en expansion. Cependant, le problème principal (et peut-être le seul important) est qu'ils (les chaînes) nécessitent au moins 10 dimensions pour leur justification mathématique. Et le problème est que nous ne nous sommes même pas rapprochéspour en ouvrir un seul supplémentaire.
Néanmoins, les physiciens Gustavo Lucena-Gomez et David Andriot de l'Institut Max Planck de physique en Allemagne sont convaincus que nous avons de l'espoir pour la découverte de ces dimensions supplémentaires. Et cet espoir, ce sont les ondes gravitationnelles prédites il y a longtemps par le grand Einstein et confirmées récemment par les scientifiques modernes.
Les ondes gravitationnelles sont devenues l'un des sujets les plus brûlants de l'année dernière, lorsque les physiciens du LIGO - deux observatoires géants situés dans les États américains de Louisiane et de Californie - ont annoncé pour la première fois qu'ils avaient découvert des preuves directes de l'existence des soi-disant ondulations de l'espace-temps, qui sont d'environ 100 il y a des années prédit par Einstein. Ces ondes traversent l'espace-temps à la vitesse de la lumière et sont le résultat de certains des événements les plus catastrophiques de l'univers, tels que la fusion de trous noirs ou l'explosion d'étoiles. Ils sont capables de passer et d'affecter ainsi toutes les dimensions que nous connaissons dans l'Univers et, très probablement, même celles que nous ne sommes pas encore capables de détecter.
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«S'il y a des dimensions supplémentaires dans l'univers, alors il serait logique de supposer que les ondes gravitationnelles existeront dans toutes ces dimensions», commente Gomez.
Gomez et Andriot ont développé un modèle mathématique décrivant les effets supposés des ondes gravitationnelles sur les mesures et ont identifié deux facteurs clés. Premièrement, selon les chercheurs, des dimensions supplémentaires peuvent se manifester grâce aux ondes gravitationnelles à haute fréquence. Deuxièmement, dans des dimensions différentes, les ondes gravitationnelles devraient avoir des effets différents sur l'étirement du «tissu» de l'Univers.
Selon les chercheurs, dans le premier cas, la détection nécessiterait un équipement mille fois plus sensible que celui du même LIGO.
«Nous n'avons pas encore rencontré de processus astrophysiques qui créent des ondes gravitationnelles avec une fréquence bien supérieure à 1000 Hz, par conséquent, avec un détecteur super-puissant et sensible approprié, nous comprendrions immédiatement de quoi nous assistons. La détermination de fréquences d'un tel niveau pourrait laisser entendre la découverte d'une nouvelle physique."
Et le second cas exigera des physiciens qu'ils étudient les changements anormaux de l'impact sur l'espace-temps des «ondes gravitationnelles ordinaires» (c'est-à-dire celles que nous pouvons déterminer maintenant) et celles qui auraient eu des ondes gravitationnelles d'autres dimensions.
"La déformation de l'espace-temps serait présentée sous une certaine forme distinctive", disent les scientifiques.
La chroniqueuse scientifique de Newsweek, Hannah Osborne, est plus optimiste quant à la possibilité de détecter des dimensions supplémentaires grâce à leur influence sur les ondes gravitationnelles. Selon elle, un détecteur avec le niveau de sensibilité de trois laboratoires LIGO à la fois sera nécessaire, fonctionnant dans son ensemble. Osborne estime que «de telles technologies deviendront disponibles dans un proche avenir».
L'existence d'autres dimensions peut être la réponse même de la physique moderne, que les scientifiques recherchent depuis si longtemps et avec persistance. D'autres mesures pourraient conduire à la création d'une théorie unifiée de l'univers, qui réconcilierait la théorie quantique des champs avec les principes généraux de la relativité.
L'opinion sur la probabilité d'existence de dimensions supplémentaires est partagée par de nombreux scientifiques. Par exemple, le physicien théoricien Bobby Acharia du King's College de Londres estime que l'univers est beaucoup plus complexe qu'il n'y paraît à première vue, et tout peut s'y cacher. Il croit aux dimensions supplémentaires, mais est bien conscient que le niveau actuel de la technologie ne permet pas de les découvrir.
«Pour créer et redistribuer des ondes gravitationnelles dans d'autres dimensions, vous aurez besoin d'une quantité d'énergie colossale. Même si vous parvenez à créer des ondes qui s'infiltrent dans d'autres dimensions, l'échelle sera si petite que la fréquence des ondes gravitationnelles dans ce cas sera très élevée, bien supérieure aux capacités de détection actuelles du détecteur d'ondes gravitationnelles LIGO."
NIKOLAY KHIZHNYAK
