EDWARD WITTEN

MEDAILLE FIELDS 1990
CORDES




Lauréat de la médaille Fields, ce physicien américain est à l’origine de développements importants dans le domaine des mondes parallèles et de la théorie des supercordes. Celle-ci est, selon certains, la théorie la plus crédible pour réconcilier relativité générale et mécanique quantique.

"D'après la théorie des cordes, les particules élémentaires comme l'électron, le neutrino ou les quarks ne sont pas des particules ponctuelles, mais sont rattachées à des cordes vibrantes. C'est un peu comme la corde d'un violon ou d'un piano. Vous savez que la corde d'un instrument peut vibrer à de nombreuses fréquences différentes, ce qui donne la note de base et toutes les harmoniques qui s'y superposent. Cette faculté de la corde à osciller de nombreuses manières différentes est responsable de la richesse de sa sonorité musicale. Si vous remplacez un orchestre symphonique par des diapasons, vous n'aurez que les notes de base, sans les harmoniques supérieures, et le son sera dur et pauvre. En musique, la richesse vient donc des nombreux modes de vibration d'une corde. En physique des particules, l'idée de base est que chaque particule élémentaire représente un mode de vibration différent d'une corde de base. On dispose ainsi d'un schéma global qui permet d'unifier les particules et les forces de la nature en une seule théorie de base."
Edward Witten


La théorie des cordes d'Edward Witten
Physicien et mathématicien né en 1951 et enseignant à l'université de Princeton, Edward Witten est considéré comme un des plus éminents spécialistes de la physique théorique. En 1990, il a reçu la médaille Fields, l'équivalent du prix Nobel pour les mathématiques, pour ses modélisations de la théorie des cordes (topological quantum field theory). Selon Edward Witten, la théorie des cordes dominera la physique des 50 prochaines années et les "physiciens sont en train de poser des questions qui impliquent de nouvelles mathématiques qui n'existent pas encore".

Sa théorie représente les particules élémentaires de la physique par des cordes extrêmement petites (100 milliards de milliards de fois plus petites qu'un noyau d'hydrogène) évoluant dans un espace étrange à 10 ou 26 dimensions, pouvant vibrer à différentes fréquences ou "résonances". Pour décrire les mouvements vibratoires d'une corde, il faut représenter un espace avec un grand nombre de dimensions. La topologie (science de l'"étude des lieux" et qui est une sorte de "géométrie de situation") joue ici un rôle majeur car elle permet d'imaginer comment, à l'intérieur de ces cordes, on peut voyager dans des mondes aux dimensions différentes.

L'intérêt de la théorie des cordes pour les théoriciens de la physique est qu'elle surmonte et par là même unifie les deux grandes théories de la physique moderne, celle de la relativité générale et celle de la mécanique quantique. Elle modifie notre compréhension de l'espace-temps et notamment envisage ses autres aménagements possibles.archipress

Le reve d'Einstein
En 1995, Edward Witten et son équipe de l’Institute for Advanced Study à Princeton ont réussi à combiner les cinq approches différentes de la théorie des cordes en une seule version, appelée théorie M. Celle-ci suppose un univers à 11 dimensions dans lequel les univers parallèles et la possibilité de passage de l’un à l’autre ne sont donc plus de la science-fiction. Mais les instruments actuels d’expérimentation ne permettent pour l’instant aucune vérification de ces avancées théoriques. C’est pourquoi tous les espoirs reposent sur le futur accélérateur de particules du CERN, le centre européen de recherches nucléaires. La découverte du mystérieux graviton, une particule subatomique qui transmet la gravitation, pourrait à son tour modifier notre compréhension de l’univers et, qui sait, ouvrir encore d’autres perspectives.

Devant les succès de la théorie des cordes qui remplace la force de gravitation par la dynamique de l’espace-temps, il semble naturel de rechercher une explication géométrique aux autres forces de la nature et à l’existence de l’ensemble des particules élémentaires. Cette quête occupa Einstein durant la majeure partie de sa vie. Il s’est notamment intéressé aux travaux de l’Allemand Theodor Kaluza et du Suédois Oskar Klein, pour qui, de même que la gravitation reflète la forme des quatre dimensions spatio-temporelles, l’électromagnétisme devait découler de la géométrie d’une cinquième dimension trop petite pour être perçue directement. Les recherches d’Einstein sur une théorie unifiée sont souvent qualifiées d’échec. En fait, elles étaient simplement prématurées : il fallut attendre les années 1970 pour que les physiciens comprennent les forces nucléaires et le rôle crucial de la théorie quantique des champs dans la description des particules.

La recherche d’une théorie unifiée est une activité centrale de la physique théorique actuelle et, ainsi que l’avait prédit Einstein, les concepts géométriques y jouent un rôle clé. Depuis, l’idée de Kaluza et de Klein a été développée pour devenir une caractéristique de la théorie des cordes, un cadre prometteur pour l’unification de la mécanique quantique, de la relativité générale et de la physique des particules. Dans la théorie des cordes, comme dans la théorie de Kaluza-Klein, les lois de la physique, telles que nous les observons, sont fonction de la forme et de la taille de dimensions microscopiques supplémentaires. Comment cette forme est-elle déterminée ? La réponse proposée est controversée et modifie considérablement notre vision de l’Univers. aicardi spaces