Théorie: un espace-temps à 2 dimensions de temps et 4 d'espace
Publié par Michel le 21/06/2007 à 00:00
Source: American Institute of Physics
Le monde actuel de la Physique s'accommode de la notion d'espace-temps, entité métrique qui met sur un même pied d'égalité le temps et les trois dimensions spatiales visibles. Certaines théories rajoutent d'autres dimensions spatiales afin de tenter d'unifier toutes les forces physiques dans un modèle unique. Mais que diriez-vous d'ajouter encore une dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si...) spatiale et surtout une dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...) supplémentaire de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) ? C'est ce qu'ont fait Itzak Bars et Yueh-Cheng Kuo, deux théoriciens de l'université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont le siège se trouve à Berkeley (Californie), comprenant dix campus situés dans l'État de Californie. Elle accueille...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.).

Bars explique cette hypothèse à l'aide d'une analogie. La projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par...) 3D sur un mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.) bidimensionnel peut prendre de multiples formes différentes, et chacune d'elles est incapable de dévoiler complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité d'informations qu'il...) toutes les propriétés de l'objet 3D. De la même façon, la description de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) à dimension temporelle unique dans la formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits homogènes, stables et possédant des propriétés...) standard de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) serait insuffisante pour comprendre de nombreuses propriétés des systèmes dynamiques qui demeurent mystérieuses ou non discernables.

L'ajout d'une dimension de temps et d'une dimension d'espace supplémentaires, et à condition que tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) mouvement dans cet espace augmenté soit symétrique pour un échange de position et d'impulsion à tout instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.), permet de reproduire toute la dynamique de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de l'espace et...) normal, et de mette en évidence de nombreuses relations et symétries cachées qui sont réellement présentes dans notre propre univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Les correspondances cachées parmi les systèmes dynamiques sont analogues à celles qui existent entre les ombres multiples d'un objet tridimensionnel projeté sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) d'un mur. Mais ici l'objet se situe dans un espace-temps à quatre dimensions spatiales et à deux dimensions temporelles et ses ombres se situent dans trois dimensions d'espace et une de temps. Le mouvement en 4+2 dimensions est en réalité beaucoup plus symétrique et plus simple que le mouvement complexe des ombres correspondantes en 3+1 dimensions.

En dehors de l'unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce qui distingue le plus Prolog des autres langages de programmation.) générale de la dynamique décrite ci-dessus, qu'apporte cet ajout de dimensions (en plus de toutes ces dimensions spatiales supplémentaires requises par la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) des cordes) qui ne pourrait pas être réalisé sans elles ? Bars affirme que sa théorie explique la conservation de symétrie CP (En physique des particules, une théorie possède la symétrie CP si elle est invariante sous une transformation simultanée de conjugaison de charge, qui...) (Charge Parité) dans les interactions fortes décrites par la chromodynamique quantique (La chromodynamique quantique, acronyme QCD de l'anglais Quantum ChromoDynamics, est une théorie physique qui décrit l’interaction forte, l’une des forces fondamentales. Elle fut proposée en 1973 par H. David Politzer, Frank...) (QCD) sans nécessiter l'introduction d'une particule nouvelle, l'axion, qui n'a jamais été détectée expérimentalement.

Selon le scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur...), sa théorie explique également le fait que l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) elliptique des planètes soit fixe (sans tenir compte des faibles précessions bien connues). Cet effet de symétrie de "Runge-Lenz" (voir notre glossaire) demeure quelque peu mystérieux en mécanique céleste (La mécanique céleste est un terme qui désigne la description du mouvement d'objets astronomiques tels que les étoiles et planètes à l'aide des théories physiques et...), mais pourrait être expliqué comme étant dû à la symétrie des rotations dans la quatrième dimension de l'espace.

Une symétrie semblable observée dans le spectre de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) serait également expliquée dans cette physique à 2 dimensions temporelles, là encore résultant des symétries des rotations dans des dimensions supplémentaires d'espace et de temps. Il existe de nombreux exemples similaires de symétries cachées dans le monde (Le mot monde peut désigner :) classique macroscopique ou dans le monde quantique, prétend Bars, qui peuvent être "expliquées" pour la première fois grâce à cette nouvelle formulation à 2 dimensions de temps de la physique.

Il y a déjà eu des tentatives de formulation de théories à deux dimensions temporelles auparavant, mais Bars indique que la plupart de ces études étaient compromises par des problèmes d'unitarité (la somme de toutes les probabilités d'un événement ne doit pas être supérieure à 1) et de causalité (la flèche thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La...) du temps doit être conservée).

Les théoriciens de l'USC ont reformulé leur modèle pour qu'il s'ajuste avec la version supersymétrique du modèle standard et espèrent que leurs idées pourront être testées par des simulations sur ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de...) et dans des expériences à venir.

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