Comment l’univers pourrait avoir plus de dimensions

La théorie des cordes est une prétendue théorie de tout ce que les physiciens espèrent expliquer un jour … tout.

toutes les forces, toutes les particules, toutes les constantes, toutes les choses sous un même toit théorique, où tout ce que nous voyons est le résultat de minuscules cordes vibrantes. Les théoriciens travaillent sur l’idée depuis les années 1960, et l’une des premières choses qu’ils ont réalisées est que pour que la théorie fonctionne, il doit y avoir plus de dimensions que les quatre auxquelles nous sommes habitués.,

mais cette idée n’est pas aussi folle qu’elle en a l’air.

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dimensional disaster

en théorie des cordes, les petites boucles de stringiness vibrantes (dans la théorie, elles sont l’objet fondamental de la réalité) se manifestent comme les différentes particules (électrons, quarks, neutrinos, etc.) et comme les porteurs de force de la nature (photons, gluons, gravitons, etc.). La façon dont ils le font est à travers leurs vibrations., Chaque chaîne est si petit qu’il nous apparaît comme rien de plus qu’une particule, mais chaque corde peut vibrer avec différents modes, de la même manière, vous pouvez obtenir différentes notes d’une corde de guitare.

on pense que chaque mode de vibration est lié à un type de particule différent. Donc, toutes les cordes qui vibrent d’une façon ressemblent à des électrons, toutes les cordes qui vibrent d’une autre façon ressemblent à des photons, etc. Ce que nous voyons comme des collisions de particules sont, dans la vue de la théorie des cordes, un tas de cordes fusionnant ensemble et se séparant.,

Mais pour les maths de travailler, il doit y avoir plus de quatre dimensions de notre univers. C’est parce que notre espace-temps habituel ne donne pas aux cordes assez de « place » pour vibrer de toutes les manières dont elles ont besoin pour s’exprimer pleinement comme toutes les variétés de particules du monde. Ils sont juste trop contraints.

en d’autres termes, les chaînes ne se tortillent pas seulement, elles se tortillent de manière hyperdimensionnelle.

Les versions actuelles de la théorie des cordes nécessitent 10 dimensions au total, tandis qu’une théorie über-string encore plus hypothétique connue sous le nom de M-theory en nécessite 11., Mais quand nous regardons autour de l’univers, nous ne voyons que les trois dimensions spatiales habituelles plus la dimension du temps. Nous sommes presque sûrs que si l’univers avait plus de quatre dimensions, nous l’aurions déjà remarqué.

comment l’exigence de dimensions supplémentaires de la théorie des cordes peut-elle être réconciliée avec nos expériences quotidiennes dans l’univers?

recroquevillé et compact

heureusement, les théoriciens des cordes ont pu pointer vers un antécédent historique pour cette notion apparemment radicale.,

en 1919, peu de temps après Qu’Albert Einstein a publié sa théorie de la relativité générale, le mathématicien et physicien Theodor Kaluza jouait avec les équations, juste pour le plaisir. Et il a trouvé quelque chose de particulièrement intéressant quand il a ajouté une cinquième dimension aux équations — rien ne s’est passé. Les équations de la relativité ne se soucient pas vraiment du nombre de dimensions; c’est quelque chose que vous devez ajouter pour rendre la théorie applicable à notre univers.,

Mais Kaluza a ajouté une touche spéciale à cette cinquième dimension, la faisant s’enrouler autour de lui dans ce qu’il a appelé la « condition de cylindre. »Cette exigence a fait apparaître quelque chose de nouveau: Kaluza a récupéré les équations habituelles de la relativité générale dans les quatre dimensions habituelles, plus une nouvelle équation qui reproduisait les expressions de l’électromagnétisme.

Il a regardé comme l’ajout de dimensions pourrait potentiellement unifier la physique.

En rétrospective, c’était un peu un leurre.,

pourtant, quelques décennies plus tard, un autre physicien, Oskar Klein, a essayé de donner à L’idée de Kaluza une interprétation en termes de mécanique quantique. Il a constaté que si cette cinquième dimension existait et était responsable en quelque sorte de l’électromagnétisme, cette dimension devait être réduite, enroulée autour d’elle-même (tout comme dans L’idée originale de Kaluza), mais beaucoup plus petite, jusqu’à un mètre 10^-35 nu.

les nombreuses variétés de la théorie des cordes

si une dimension supplémentaire (ou des dimensions) est vraiment si petite, nous n’aurions pas remarqué maintenant., Il est si petit que nous ne pouvions pas espérer le sonder directement avec nos expériences à haute énergie. Et si ces dimensions sont enveloppées sur elles-mêmes, alors chaque fois que vous vous déplacez dans un espace à quatre dimensions, vous faites vraiment le tour de ces dimensions supplémentaires des milliards et des milliards de fois.

et ce sont les dimensions où vivent les chaînes de la théorie des cordes.,

avec un aperçu mathématique supplémentaire, il a été constaté que les six dimensions spatiales supplémentaires nécessaires à la théorie des cordes doivent être enveloppées dans un ensemble particulier de configurations, connues sous le nom de collecteurs Calabi-Yao d’après deux physiciens éminents. Mais il n’y a pas un seul collecteur unique qui est autorisé par la théorie sting.

il y en a environ 10^200 000.

Il s’avère que lorsque vous avez besoin de six dimensions pour vous recroqueviller sur elles-mêmes et leur donner presque tous les moyens possibles de le faire, cela adds s’additionne.

C’est beaucoup de façons différentes pour envelopper ces dimensions supplémentaires sur eux-mêmes., Et chaque configuration possible affectera la façon dont les cordes à l’intérieur vibrent. Puisque les façons dont les cordes vibrent déterminent comment elles se comportent ici dans le monde macroscopique, chaque choix de collecteur conduit à un univers distinct avec son propre ensemble de physique.

donc, un seul collecteur peut donner naissance au monde tel que nous l’expérimentons. Mais lequel?

malheureusement, la théorie des cordes ne peut pas nous donner de réponse, du moins pas encore., Le problème est que la théorie des cordes n’est pas terminée — nous n’avons que diverses méthodes d’approximation qui, nous l’espérons, se rapprochent de la réalité, mais pour le moment, nous n’avons aucune idée de notre raison d’être. Nous n’avons donc pas de technologie mathématique pour suivre la chaîne, du collecteur spécifique à la vibration de chaîne spécifique à la physique de l’univers.

la réponse des théoriciens des cordes est ce Qu’on appelle le paysage, un multivers de tous les univers possibles prédits par les diverses variétés, avec notre univers comme un point parmi d’autres.,

et c’est là que la théorie des cordes se trouve aujourd’hui, quelque part dans le paysage.

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Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et au Flatiron Institute, animateur de Ask a Spaceman et Space Radio, et auteur de Your Place in the Universe.

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