La théorie des cordes

Nouvelle vidéo, avec un gros morceau qui m’a demandé pas mal de boulot !

Pour ceux qui ont encore faim, quelques précisions en vrac pour compléter cette vidéo qui forcément n’aborde le sujet que de manière superficielle.

Tout d’abord, j’ai sciemment décidé de faire une présentation respectant un ordre logique plutôt que chronologique. Ce qui me conduit à cacher un peu l’histoire du développement de la théorie des cordes, et en particulier le fait que la théorie des cordes n’a pas été initialement développée comme une théorie de la gravité quantique.

Elle a initialement été formulée dans les années 60 comme une théorie possible de la force nucléaire forte, avant d’être disqualifiée par le succès de la théorie de la chromodynamique quantique. L’annulation de l’anomalie dans les dimensions critiques a été montrée je crois en 1970 — à une époque où la théorie des cordes n’intéressait plus grand monde — et ça n’est qu’en 1974 qu’il a été démontré (notamment par le français Joël Sherk) que la théorie des cordes « contenait » la gravité, et pouvait donc être une théorie de la gravité quantique.

Autre approximation historique, je fais comme si le cas des interactions faible et forte avait été traité comme l’électromagnétisme, c’est-à-dire par quantification d’une théorie macroscopique déjà connue. En réalité la théorie classique et la théorie quantique des forces nucléaires ont été inventées ensemble, car pour ces forces dont la portée est très courte, la théorie classique macroscopique n’a qu’une utilité formelle puisque aucun phénomène physique mesurable n’en relève. Autre approximation que je fais sur la quantification perturbative : je dis que la petitesse des champs E et B la rend valide pour l’électromagnétisme, la vérité c’est que c’est surtout la petitesse de la constante de structure fine dont je parlais la semaine dernière. Le développement perturbatif est un développement en puissances de \alpha, et comme \alpha \approx 1/137, le développement converge très vite.

Sur les oublis intentionnels, on peut aussi mentionner une solution alternative au fait de compactifier les 6 dimensions supplémentaires. On peut en effet imaginer qu’elles soient elles aussi macroscopiques, mais que notre monde (à part la gravité) soit confiné à une surface 4d flottant dans un espace à 10 dimensions (une « brane »). C’est ce qu’on appelle le modèle de Randall-Sundrum, mais dont je crois qu’il n’est plus très populaire.

Je fais aussi comme si la théorie des cordes était structurellement perturbative. C’est vrai dans sa formulation initiale, mais l’espoir des théoriciens des cordes est d’arriver à la fin à en donner une formulation non-perturbative. Cette formulation pour l’instant échappe à leurs tentatives, mais l’approche la plus populaire est la théorie M (M signifiant au choix Matrice, Magique, Membrane…) Cette théorie a été proposée par le physicien théoricien Edward Witten, et il s’agirait d’une théorie à 11 dimensions dont les différents cas limites redonneraient les 5 théories des cordes supersymetriques connues à ce jour.

D’ailleurs il faudrait quand même dire un mot sur E. Witten car il est le pape, le gourou, que dis-je le grand manitou de la théorie des cordes. Il a quand même réussi l’exploit (pour un physicien) de choper une médaille Fields, et il s’agit peut-être du physicien (du scientifique ?) le plus cité du monde. Sa page Google Scholar fait peur… 164000 citations et un h-index de 180 (pour ce que ça vaut…) et tout ça avec des papiers la plupart du temps écrits seul !

Enfin difficile de parler de la théorie des cordes moderne sans évoquer la correspondance AdS/CFT. Cette idée proposée en 1997 par Juan Maldacena est en effet probablement le papier de physique théorique le plus cité de l’histoire ! Il s’agit d’une idée permettant d’implémenter en théorie des cordes le principe holographique, selon lequel une théorie physique formulée dans un espace pourrait se ramener à une autre théorie physique formulée sur le bord de cet espace…il faudra que je fasse un billet spécifique la-dessus !

Dans ma présentation sur le multivers, j’ai aussi zappé en quoi cette idée (et notamment sa variante cordiste !) résout le problème du « fine tuning » des constantes fondamentales via le principe anthropique. Cette idée mériterait aussi un billet ou une vidéo à elle seule, et notamment parce que pour ma part je ne l’aime pas trop ! En particulier j’ai l’impression qu’elle a été récupérée par les cordistes de manière un peu opportuniste pour résoudre leur problème d’abondance de choix du vide (sans le résoudre !). De plus je trouve que sur ce coup le cordistes ont essayé de Darwiniser leur argument pour s’approprier une sorte de prestige de la théorie de l’évolution (et implicitement sous-entendre que si on est pas d’accord, c’est qu’on est créationniste !).

Billets relié

33 réflexions sur “La théorie des cordes

  1. Merci pour toutes ces précisions. La vidéo est excellente, les notes supplémentaires intéressantes, du magnifique ouvrage. Vivement l’épisode des loopistes !

  2. Merci pour cette vidéo ! C’est très clair et très bien présenté, c’est vraiment un super boulot 🙂 je suis fan, j’attends tes prochains topics avec impatience !

  3. Pingback: La théorie des cordes | C@fé des ...

  4. Le papier de Maldacena le plus cité dans l’histoire…? Mmmmhhh, je doute que non, trop récente; et puis… plus cité qu’un article d’Einstein ou de Planck? Il me semblerait très peu probable. Je sais pas quelle est votre source mais elle ne prendra sans doute pas en compte toutes les citations d’articles de scientifiques, d’où le biais.

    • Le plus cité de l’histoire *en physique théorique* .
      Et oui il est clairement beaucoup plus cité que les papiers d’Einstein ou de Planck ! Plus personne ne cite ces papiers aujourd’hui, alors qu’il y a des armées de théoriciens des cordes qui citent tous Maldacena dans toutes leurs publications !

      (Pour la source, en phys théo le mieux est INSPIRE HEP)

  5. J’ai trouvé cette vidéo très claire et passionnante : les 20 minutes passent très (trop) vite ! J’attends avec impatience les explications sur la gravité quantique à boucles. Concernant la théorie des cordes, j’ai l’impression que les difficultés sont successivement résolues par addition d’hypothèses ad hoc. Est-ce bien l’idée que vous avez voulu faire passer ?

  6. Superbe article (comme d’habitude) !

    Merci de transmettre la culture scientifique aux profanes (comme moi), c’est passionnant.

    J’ai une question : si le LHC découvrait des particules symétriques, est-ce que cela pourrait discriminer le nombre d’espaces de Calabi-Yau possibles dans la formulation de la théorie des cordes, autrement dit réduire le nombre de théories des cordes possibles ?

    • En théorie oui, car les énergies des particules sont dépendantes du Calabi-Yau. Mais il est vraisemblable que même si on se limite aux « vides » qui prédisent les bonnes masses/charges/etc. de toutes les particules élémentaires, il reste quand même un nombre énorme de choix possibles.

      • Mais du coup… On cherche dans cette voie de la théorie des cordes simplement pour la beauté du geste, ou l’on pense qu’il y a des pistes pour la faire évoluer ?

        Autrement dit : qu’est-ce que les théoriciens des cordes cherchent actuellement s’ils sont dans une impasse expérimentale ?

      • Là on rentre dans les débats compliqués.
        Les détracteurs de la théorie des cordes disent que les cordistes ont tendance à voir n’importe quel résultat expérimental comme confirmation de leur théorie 🙂
        Mais il faut reconnaitre que pondre des prédictions expérimentales testables en gravité quantique, c’est un peu coton !

  7. J’avoue que cette présentation n’est pas pour me faire aimer la théorie des cordes.

    En gros, on pars d’un gros hack (la quantification perturbative) pour quantifier des trucs qu’on ne sait pas quantifier réellement. Et on ferait comme si que, en fait, on pourrait construire une théorie du tout en extrapolant monstrueusement ce hack. Moi, ça me donne l’impression d’un truc fondamentalement fragile.

    • La quantification perturbative est si tu veux un hack, mais elle marche diaboliquement bien. L’électrodynamique quantique est quand même la théorie scientifique la plus précise de toute l’histoire des sciences 🙂 http://en.wikipedia.org/wiki/Precision_tests_of_QED

      Par contre je suis d’accord que tenter de l’extrapoler est un peu fragile. En soit ça ne pose pas de problème, ce qui est gênant c’est que cette approche (les cordes) concentre 98% des efforts de recherche dans le domaine de la quantification de la gravité.

      Bien sûr je suis partial, puisque j’ai fait partie des 2% restants 🙂

      • Je me suis mal exprimé. Je n’ai rien contre les gros hacks. Il faut juste ne pas oublier que se sont des hacks.

        À l’heure actuelle, on sait que Newton, ça ne marche pas. La relat, c’est beaucoup mieux. Pourtant, on continue à enseigner et à utiliser Newton. On peut voir cette très belle théorie comme un hack consistant à supposer que les vitesses sont très petites devant la vitesse de la lumière. Et ça marche superbement bien pour plein d’applications.

        Faisons un parallèle (un peu très beaucoup osé (comme tous les parallèles)).
        Imaginons qu’en fait, on n’ai pas de problèmes avec la partie méca Q mais avec la relat. C’est vrai quoi, on se balade toutes ces racines carrées, c’est pénible. On arrive pas à les gérer. Pffff. Alors on va faire quelque chose de dingue. On ferait comme si que les vitesses seraient petites. Comme ça, les termes en 1/sqrt(1-v²/c²), on pourrait les approximer par des ½.v²/c². Ça serait quand même beaucoup mieux. Non ? Pouf, pouf, on travaille et on obtient une jolie théorie du tout. Hein ? Quoi ? Et si les vitesses sont grandes. Mais on a supposé au départ que les vitesses étaient pe-ti-tes. Faites pas chier.

        Note que ça ne veut pas dire que la théorie finale serait fausse. Il est possible que les diverses erreurs se compensent. Mais bon.

      • Non ton parallèle avec la relativité est absolument excellent !
        Clairement l’espoir des théoriciens des cordes, c’est de faire un bout de chemin avec la quantification perturbative, puis au final d’arriver à remonter à une quantification non-perturbative en déduisant la bonne formulation (ce qui s’appelle parfois « string field theory » ou « M-Theory »).

        (l’idée de remonter d’une formulation perturbative à une formulation non-perturbative est déjà vue, il faut regarder par exemple l’idée des sommes de Borel http://en.wikipedia.org/wiki/Borel_summation)

        Mais face à ça, les « bouclistes » ont choisi d’essayer de rester non-perturbatifs dès le départ.

  8. Excellentissime, comme d’habitude …
    Je ne connaissais pas Feynman que j’ai découvert il y a quelques mois. Son livre « Surely you’re joking Mr Feynman » m’a fait beacoup rire. Quel personnage !!

  9. Article très enrichissant sur un sujet très complexe ! Cependant, je note qu’il est très bien expliqué et donc même un novice en la matière peux comprendre 🙂

    Au plaisir de lire des posts de toi bientôt !

  10. C’est très intéressant, beau travail.
    – Si la théorie des cordes sous-entendait aussi une théorie de l’information, le vide a bien 2 caractéristiques (permittivité et perméabilité ), un peu comme 2 canaux pour que l’information se réalise et fasse des nœuds comme autant de corpuscules (on fait bien des nœuds avec des cordes 🙂
    – Pourquoi ce nombre 10 de la théorie des cordes ?
    Raphael Sorkin saute le mur de Planck, et dit à propos de l’espace-temps, dual lui aussi :
    Ordre + Nombre = Géométrie
    http://www.einstein-online.info/spotlights/causal_sets/?set_language=en
    D’une certaine manière, il propose avant les dimensions, un nombre, un concept.
    A.Connes rejoint cette idée, puisqu’il étudie la possible non-commutativité entre espace discret et continuum.
    – Alors si 10 dimensions d’espace (géométrie) ont une cause, la cause( duale forcément) pourrait être un nombre qui possède un ordre pour 10 dimensions d’espace-temps.
    Ce nombre contiendrait en lui-même tout cela.
    Je ne sais pas si je suis clair. J’aimerais bien votre avis

  11. Superbe vidéo, réussir à me faire comprendre, même sommairement, de quoi l’on parle quand on se réfère à la théorie des cordes est une prouesse. Bravo;
    Cependant, cela m’a poussé à m’interroger sur la taille des particules élémentaires.
    – Ont-elles une taille ?
    – Si oui, ont-elles la même taille? Elle dépendrait de quoi?

  12. Merci infiniment, cependant je n’ai pas encore compris une chose : la théorie de la relativité fait partie de quel physique ? Classique ou quantique ? Ou entre les deux ?

  13. Vidéo très éclairante. C’est la première fois que je vois une explication qui prend le temps de situer ces théories dans un contexte. Une telle approche du général vers les détails est selon moi la meilleure manière de fournir une explication claire sur un sujet, et de l’enseigner.

  14. Pingback: La théorie des cordes expliquée | Microsciences

  15. Votre vidéo m’a donné envie d’en savoir plus sur la gravité quantique à boucles, j’ai lu le dernier livre de Carlo Rovelli (Par delà le visible) et je l’ai trouvé formidable. Du coup je vais sans doute lire aussi son livre sur Anaximandre.
    Merci et bravo pour votre blog et vos vidéos.

  16. Raaaaaaaaah!
    J’ai enfin pu regarder cette vidéo. Ca faisait des semaines que j’attendais d’avoir le temps de le faire et je pensais que pendant mon hospitalisation j’aurais le temps. Que neni.
    C’est sur mon vélo d’appartement que j’ai enfin pu savourer votre travail.

    Et je suis bien contente d’avoir trouvé votre blog relayé sur FB dans un groupe parmi d’autre. Je me définie comme étant aux sciences ce que les mélomanes sont à la musique. Je ne pratique pas et je n’en suis absolument pas capable mais je suis capable d’en apprécier la beauté. Je vais maintenant avoir une source à exploiter pour avoir un peu de grâce et de délicatesse dans un quotidien parfois bien ennuyeux.

  17. Je précise que ce commentaire va au mieux être très naïf, au pire stupide. J’ai eu du mal à suivre en physique en prépa et la physique quantique j’y connais pas grand chose.

    Question, donc, sachant que la section d’un cercle avec un plan qui ne le contient pas, ça fait deux points. Est-ce que le fait qu’une particule « soit sous la forme d’une corde » (d’ailleurs, c’est bien considéré comme des tores de diamètre nul / cercles ? (modulo les vibrations)) ne permettrait pas de dire que dans notre espace à trois dimensions, ça donne en fait deux particules qui sont des points ? (cela supposerait que le reste de la corde soit dans les 6 autres dimensions)

    Est-ce que, à supposer que ce que je viens de dire plus haut soit possible et que je mélange pas tout, il pourrait y avoir un rapport avec la téléportation quantique ? Le fait que deux particules soient liées comme ça, pourrait découler du fait qu’elles soient les projections d’une même corde.

    Sinon, je n’ai pas bien compris :
    – pourquoi la théorie des cordes implique forcément l’existence de SuperSymétrie
    – pourquoi le modèle de Randall-Sundrum n’est plus populaire. Personnellement ça me semble pas forcément si déconnant qu’on soit un espace à 3 dimensions spaciales flottant dans un espace à 9. Surtout que notre espace de Minkowski n’est pas Euclidien d’après la relativité, il me semble, et que des espaces non-euclidens à 2 dimensions on en a bien dans nos 3 dimensions à nous…

    Enfin après je comprends ce qu’il y a de gênant avec la théorie des cordes, et je trouve ça bien que des équipes étudient sérieusement d’autres pistes, mais je trouve que la présentation de cette vidéo manque d’objectivité.

  18. Bonjour David.

    Bonne exposition et explication de la théorie des cordes; merci.

    Je pense que nous sommes d’accord sur plusieurs points dont:
    1)Il n’y a pas 10, 11, 15 ou 26 dimensions dans l’univers; il n’y a que 3 dimensions spatiales et une dimension temporelle. Je ne parlerai pas de ce que sont vraiment ces trois dimensions spatiales. Je ne dirai qu’elles ne sont pas: 1-la hauteur, 2- la largeur et 3- la profondeur (j’essaie le moins possible d’employer le mot « épaisseur » qui ouvre une certaine porte).
    2)La théorie des cordes n’est pas valable.

    Mais ma propre raison principale est qu’une corde, si minuscule ou super-microscopique soit-elle, possède deux points distants l’un de l’autre. Il est donc impossible de la qualifier « d’unidimensionnelle ». Sinon je pourrais voir la tête que fait ma belle-mère en lui regardant les sabots (je parle de chaussures et non d’un pied ongulé) . La notion de corde unidimensionnelle est complètement illogique. On peut faire du « fine tuning » autant que l’on veut mais il faut avoir, au départ, une radio ou une télé; difficile de « fine tuner » un univers impossible ou une radio/télé inexistante.

    Par contre, si on produisait une « théorie des points » alors là…

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