Théorie des Cordes

Pour décrire l'univers, Friedmann et Lemaitre utilisait la constante de Hubble, le paramètre de décélération et la densité moyenne.

La constante de Hubble caractérise le rythme de l'expansion de l'univers. Elle permet également de déterminer l'âge de l'univers. Le paramètre de décélération explique le ralentissement de l'expansion. Les amas galactiques s'attirent par gravitation et tendent donc à contracter l'univers. La densité moyenne de l'univers permet d'estimer si la force de contraction gravitationnelle contrebalance l'expansion. En effet, dans un univers dense, la gravitation est plus forte que l'expansion et l'ensemble tend donc à se contracter.

La forme de l'univers est liée à sa courbure. Il existerait alors trois types de courbure ; positive correspondant à un univers fermé, fini ; négative correspondant à un univers en selle de cheval, ouvert et infini ; nulle pour un univers plat et infini.

La densité moyenne de l'univers fixe la courbure. Si la densité est supérieure à sa valeur critique, l'univers est fermé et la gravitation est prépondérante. L'expansion laissera place à une contraction de l'univers vers le Big crunch. Si la densité est inférieure à valeur critique, l'univers est ouvert et l'expansion va continuer. Dans le cas où la densité est exactement égale à sa valeur critique, l'univers est plat et l'expansion se poursuit en s'affaiblissant.

Bien qu'incomplets, ces modèles ont servis de références pendant le XXI ème siècle. On estime aujourd'hui que la densité moyenne de l'univers vaut 30% de sa valeur critique mais une autre forme, l'énergie sombre pourrait apporter les 70% manquants à un changement de courbure.

En unifiant la mécanique quantique et la relativité générale d'Einstein, la théorie des cordes propose un modèle cohérent de l'univers dans lequel il existerait bien un ordre supérieur caché, qui serait contenu dans des dimensions supplémentaires de l'espace embobinées dans un espace de Calabi-Yau, décrivant les propriétés de vibration des cordes et notamment leurs formes géométriques.

L’Univers contiendrait plus de trois dimensions spatiales. Certaines d’entre elles, repliées sur elles-mêmes, passant inaperçues à nos échelles.

À partir de ces hypothèses la théorie des cordes prédit que le graviton, boson serait une particule de spin 2 et de masse nulle. Sa corde a une amplitude d’onde nulle.

Au milieu des années 1990, un grand nombre de « ponts » sont découverts entre les différentes théories de cordes. En 1995, le physicien Edward Witten suggère une théorie M réunissant les différentes théories des cordes. La théorie M suppose que l'univers à 4dimensions est une 3-branes (plus le temps) qui se déplaçe dans un univers plus grand à 10 dimensions spatiales. Si on imagine un câble vu de loin, celui-ci ne représente qu’une droite sans épaisseur, un objet unidimensionnel. Si l’on se rapproche assez près, on s’aperçoit qu’il y a bien une deuxième dimension : celle qui s’entoure autour du câble. Le comportement des particules serait déterminé par des informations extérieures à cet espace-temps, contenues dans des dimensions spatiales supplémentaires. Les particules seraient les extrémités de cordes en contact avec notre 3-branes. Le graviton serait une corde fermée indépendant de la 3-branes. Ceci expliquerait la faiblesse de la gravitation face aux 3 autres interactions fondamentales. Les photons, contraints de se déplacer sur la 3-branes, ne nous permettraient pas de percevoir les autres dimensions.

D’après la théorie des cordes, le tissu spatial pourrait avoir de très grandes dimensions comme nos trois dimensions habituelles mais également de petites dimensions enroulées sur elles-mêmes. Les espaces de Calabi-Yau sont des variétés qui jouent le rôle des dimensions enroulées. C’est une forme extrêmement complexe constituée à elle seule de 6 dimensions. Grâce à eux, on se retrouve bien avec dix dimensions : nos quatre dimensions habituelles (trois d’espace et un de temps) + les six des espaces de Calabi-Yau.

Selon cette théorie la masse manquante de l'univers serait d'autres 3-branes qui n'interagiraient avec la notre que par l'intermédiaire des gravitons.

La théorie des cordes repose sur deux hypothèses :

Les briques fondamentales de l’Univers ne seraient pas des particules ponctuelles mais des sortes de cordelettes vibrantes possédant une tension, à la manière d’un élastique. Ce que nous percevons comme des particules de caractéristiques distinctes (masse, charge électrique, etc.) ne seraient que des cordes vibrant différemment. Les différents types de cordes, vibrant à des fréquences différentes, seraient ainsi à l’origine de toutes les particules élémentaires de notre Univers.

Un des faits expérimentaux majeurs observés ces dernières années est que l’Univers est en expansion accélérée. Une énergie noire, de nature inconnue, a été postulée pour expliquer cette accélération. La théorie mène directement à l’hypothèse d’un multivers.

Dans le modèle ekpyrotique, l’expansion initiale est due à la collision d’une brane et d’une anti-brane, ce qui libère l’énergie nécessaire à l’expansion de l’Univers. Ce modèle prédit la possibilité d’autres collisions ce qui entrainerait d’autres Big Bang.

La théorie des univers parallèles d'Everett montre comment la nature semble faire des choix qui ouvrent la voie à de multiples possibilités d'évolution de l'univers. Au niveau macroscopique, ces choix s'avèrent plus limités en quantité qu'on ne pourrait le penser, réduisant ainsi le nombre d'univers possibles, car ils n'ont lieu que lors de certaines bifurcations.

DeWitt et Braham font passer la thèse d’Everett, d’un processus gouverné par la conscience à un mécanisme automatique, aboutissant à la multiplication du nombre d’univers chaque fois que quelque part se passe un phénomène de réduction d’onde. L’Univers que nous observons ne serait pas unique, il en existerait des milliards d’autres. L’Univers ferait partie d’un « multivers » plus vaste.

Les dimensions supplémentaires de l'espace pourraient être intimement liées à notre conscience douée de la propriété de nous rendre observateur de l'univers. Cette idée est reprise dans la théorie de la double causalité, dans le but d'expliquer le mécanisme des synchronicités, l'une des rares manifestations concrètes de l'"ordre caché" de l'univers.

Les conclusions de David Bohm conduisent au solipsisme. Le Monde est dans l'esprit de celui qui l'observe, et serait ainsi indissolublement relié à notre psyché. Nous sommes le sujet de notre étude, l'observateur s'observe.