Le physicien de Harvard Qumran Wafa est l'un des plus fervents partisans de la théorie des cordes. Mais cet été, d'autres théoriciens des cordes ont critiqué sa dernière proposition, qui pourrait discréditer leurs idées sur la base de l'hypothèse d'une décennie selon laquelle l'énergie sombre est constante (constante). Le travail de Wafa implique que la signification de l'énergie noire est en train de changer. L'énergie noire inconstante est une conséquence de la tentative de Wafa et de ses collaborateurs d'appliquer la théorie des cordes à un univers comme le nôtre, où le vide de l'espace lui-même a une énergie inhérente.
Si son hypothèse (et la théorie des cordes elle-même) est vraie, l'énergie noire, cette substance mystérieuse, qui représente plus de 70% de la masse et de l'énergie totales de l'univers et qui accélère son expansion, sera la force du changement. Mais l'énergie noire persistante a longtemps servi de base à de nombreuses idées en théorie des cordes - il est donc paradoxal que ce soit l'énergie sombre inconstante qui puisse conduire au succès de la théorie.
Énergie noire et théorie des cordes
«Pour la première fois, nous avons pu apprendre quelque chose de la théorie des cordes qui peut être mesuré», déclare le scientifique Timm Wreiss de l'Institut de physique théorique de l'Université de technologie de Vienne en Autriche. "Mais je ne sais pas si cela se produira réellement ou non."
Commençons par le début: nous vivons dans un univers qui semble suivre les règles. Aux plus grandes échelles, les grands objets suivent les règles de la relativité générale, interagissant les uns avec les autres par la force de gravité. À la plus petite échelle, les particules subatomiques suivent les règles de la mécanique quantique et de la théorie quantique des champs, interagissant à travers des champs de force qui se manifestent comme des particules porteuses de force. Mais les mathématiques ne s'additionnent pas lorsque vous essayez d'expliquer la relativité générale comme une extension énorme de la théorie quantique des champs. Une théorie plus grande, la théorie des cordes, tente de combiner la relativité générale avec la mécanique quantique, et dans celle-ci, chaque particule est représentée par une minuscule chaîne, dont les vibrations dans un espace plus multidimensionnel codent les propriétés que les scientifiques observent.
Cependant, la théorie n'est pas entièrement exacte. Il s'agit plutôt d'une fondation mathématique globale, d'un cadre à partir duquel les scientifiques peuvent tirer des théories sur notre univers, ainsi que sur le grand nombre d'autres univers autorisés. Les théoriciens des cordes espèrent que notre univers est l'une de ces possibilités. D'autres pensent que la théorie des cordes est fondamentalement erronée, mais ce n'est pas le problème maintenant.
Les théories des cordes doivent expliquer un univers comme le nôtre sous tous ses aspects pour être considérées comme correctes. Notre univers, apparemment, se compose de 4% de matière (la substance que nous voyons), 25% de mystérieuse matière noire, et le reste, comme le montrent les observations de 1988, tombe sur «l'énergie noire». Les théoriciens des cordes ont travaillé sous l'hypothèse que la force de l'énergie noire ne change pas et leurs théories ont évolué. Mais Wafa et ses co-auteurs ont suggéré dans un article de cet été que pour exister selon les règles de la théorie des cordes, notre univers doit avoir un champ d'énergie noire dont la valeur est décroissante.
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Si la valeur de l'énergie sombre change, cela sera important pour ceux dont les théories reposent sur l'hypothèse que l'énergie sombre est constante. «Nous devons peut-être revenir à l'essentiel», déclare Wreiss. Cela changerait également la compréhension de l'évolution de l'univers - à la fois dans le passé et dans le futur.
L'hypothèse de Wafa était au départ assez puissante et a conduit à «une formidable excitation», dit Wreiss. Il a servi d'appel à l'action pour les théoriciens des cordes qui estimaient que le cadre était menacé. Certains ont immédiatement dit que c'était un non-sens - la physicienne de Stanford, Eva Silverstein, a déclaré à Quanta que l'hypothèse était basée sur d'autres hypothèses, et que l'analyse était "hautement discutable". D'autres utilisent ce document comme une opportunité pour vérifier que leurs théories peuvent bien décrire un univers comme le nôtre.
Wreiss et d'autres ont critiqué le travail de Wafa et de son groupe, et leurs opinions ont été publiées dans Physical Review D. Le travail de Wreiss a établi que certaines des propriétés présumées de notre propre univers, en particulier celles associées au champ de boson de Higgs, contredisent essentiellement hypothèses mathématiques. Par exemple, l'hypothèse originale était que le comportement du champ physique régissant l'énergie noire est dérivé d'une fonction mathématique sans hauts ni bas, une ligne sur un graphique sans pics ni bas. Vreiss a constaté que la présence d'un champ de force associé au boson de Higgs nécessite un pic dans cette fonction.
Mais le travail de Vreiss n'exclut pas l'idée de Wafa - Wafa a simplement affiné l'hypothèse afin qu'elle soit mieux appliquée à l'univers dans lequel nous vivons. Il existe d'autres travaux similaires et Wafa est d'accord avec les clarifications.
Ce qui est vraiment intéressant, c'est que nous pourrions bientôt découvrir si le travail de Wafa offre une prédiction expérimentale de la théorie des cordes. Ce serait la première conséquence prouvable de la théorie des cordes. Certaines expériences pourraient tester si l'énergie sombre change avec le temps ou reste constante, et peuvent le faire au cours des prochaines années.
Alors, un changement de paradigme se profile-t-il à l'horizon? «La plupart des scientifiques ne diront pas que cette hypothèse est vraie ou fausse», dit Wreiss. Wafa lui-même pense qu'il peut bien sûr se tromper, et cela témoigne également de l'importance de la théorie des cordes. «Mais si Wafa a raison?» Dit Vreiss. "Ce serait la chose la plus importante dans la théorie des cordes pour faire une prédiction mesurable."
Ilya Khel
