Théorie du Tout

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Théorie du Tout - Définition

Introduction

Un évenement simulé dans le détecteur de particule du LHC du CERN

Le nom de théorie du Tout désigne une théorie physique susceptible de décrire de manière cohérente et unifiée l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des interactions fondamentales. Une telle théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) n'a pas été découverte à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...) actuelle, principalement en raison de l'impossibilité de trouver une description de la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...) qui soit compatible avec la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...), qui est le cadre théorique utilisé pour la description des trois autres interactions connues (électromagnétisme, interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) faible et l'interaction forte). L'unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que...) théorique des 4 forces fondamentales régissant la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) son ensemble, porte aussi le nom de superforce.

Historique

La physique dans son ensemble procède d'une démarche unificatrice, cherchant à développer des théories susceptibles d'offrir la description d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) croissant de phénomènes physiques.

L'interaction gravitationelle

Historiquement, la première unification effective en termes de théorie moderne a été réalisée par Isaac Newton (Isaac Newton (4 janvier 1643 G – 31 mars 1727 G, ou 25 décembre...) en 1687 dont la théorie de la gravitation universelle expliquait à la fois la chute des corps sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) et le mouvement des planètes autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Il a synthétisé les travaux de Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence,...) sur la chute des corps (1632) et de Kepler (1619) sur les mouvements célestes.

Suite à sa publication sur la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...) en 1915, Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le...) a consacré les trente-cinq dernières années de sa vie (La vie est le nom donné :) à tenter d'unifier les interactions gravitationnelle et électromagnétique.

L'interaction électromagnétique

À la fin du XIXe siècle, James Clerk Maxwell (James Clerk Maxwell (13 juin 1831 à Édimbourg, en Écosse -...) donna en 1873 le cadre unifié permettant de décrire les phénomènes électriques et magnétiques : l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude...). Elle est la synthèse des travaux d'optique ondulatoire (L'optique ondulatoire est la discipline qui étudie la lumière en la considérant comme étant une...) de Fresnel (1821) et d'Œrsted, Ampère (Ampère peut désigner :) et Faraday (1820) découlant de la théorie de Coulomb (1785). En 1931, Dirac prédit l'existence de monopôle magnétique (Un monopôle magnétique est une particule hypothétique qui porterait une charge...) sans lequel la symétrie (De manière générale le terme symétrie renvoie à l'existence, dans une...) entre le magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces...) et l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) est incomplète.

L'interaction électrofaible (En physique des particules, l'interaction électrofaible, aussi appelée force...)

Au début du XXe siècle, la découverte de la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) quantique permit de proposer une description microscopique cohérente d'à peu près tous les phénomènes décrits par la physique statistique (La physique statistique a pour but d'expliquer le comportement et l'évolution de systèmes...). Après la découverte de l'interaction faible et de l'interaction forte, de nombreuses tentatives furent faites pour en proposer une description unifiée avec la version quantique de l'électromagnétisme, l'électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier...). Partant de la théorie de Weinberg, Salam et Glashow décrite en 1967, le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) fut partiellement achevé en 1974 avec Howard Georgi par la découverte de l'interaction électrofaible, unifiant électrodynamique (L'électrodynamique est la discipline physique qui étudie et traite des actions dynamiques entre...) quantique et interaction faible. La convergence (Le terme de convergence est utilisé dans de nombreux domaines :) de l'interaction faible et électromagnétique est estimée à des énergies proches de 103 GeV et une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de 1016 kelvins. Le consensus actuel est que la théorie électrofaible a été testée avec succès. Néanmoins, la mise en évidence expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été...), de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) estimée à 150 GeV/c2, demeure essentielle pour le valider. Ce sera peut être fait en 2010 grâce au Large Hadron Collider (Le Large Hadron Collider (LHC, ou Grand collisionneur de hadrons en français) est un...).

En 2007, Antony Garrett Lisi (Antony Garrett Lisi, né en 1968, est un docteur en physique américain (Ph.D à...) publie une Théorie du Tout exceptionnellement simple en réunissant l'interaction électrofaible et la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) pour formuler une force électronucléaire.

L'interaction forte

Traditionnellement, on parle de théorie de Grande Unification pour synthétiser l'interaction électrofaible et forte. Les constantes de couplage des interactions électrofaible et nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) forte semblent converger vers la même valeur à des énergies voisines de 1015 GeV et une température de 1028 kelvins. La théorie de la grande unification (GUT, pour Grand Unified Theory) prédit qu'un proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...) a une durée de vie limitée : sa probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un...) de se désintégrer pendant une année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) est estimée à 10-32.

Dans la gravité quantique (La gravité quantique est une branche de la physique théorique tentant d'unifier la...) qui s'exerce au niveau des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...), la force gravitationnelle entre un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) et un proton est 1040 fois plus faible que la force électromagnétique (La force électromagnétique est, avec la force de gravitation, l'interaction faible, et...) qui s'exerce entre deux particules : une particule atteignant la masse de Planck (La masse de Planck est, en physique, une unité de masse qui fait partie du système des unités de...) d'environ 20 microgrammes avec un rayon ayant la longueur de Planck (En physique, la longueur de Planck ou échelle de Planck est une unité de longueur qui fait partie...) de 10-33 serait ainsi la plus petite longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) ayant un sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) physique.

Supergravité

Les théoriciens de la théorie du Tout estiment que les intensités caractéristiques des quatre interactions fondamentales doivent se rejoindre à une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) voisine de 1019 GeV, ce qui correspond à des distances de l'ordre de 10-23 cm et une température de 1032 kelvins. Cette superforce gravitationnelle serait liée aux particules élémentaires telles que le graviton (Le graviton est une particule élémentaire hypothétique qui transmettrait la...) et le tachyon (En physique des particules, on nomme tachyon une particule (ou plutôt une classe de...).

En 1997, Juan Maldacena a démontré qu'une théorie particulière de la gravitation contient la même information qu'une théorie qui prenait en compte les autres types de forces mais sans la gravitation.

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