Stephen HAWKING et la M-Théorie

Sur son lit de mort, le petit corps de Stephen HAWKING, tordu par les assauts de la maladie de Charcot, ne s’exprimait plus que par quelques battements de paupières. L’esprit, en revanche, était bien là, vif, aiguisé. Un esprit brillant qui cherchait encore le Graal de l’astrophysique : la théorie du tout, celle capable d’enfermer l’Univers dans une seule équation, expliquant le simple atome, mais aussi l’amas de galaxies, une théorie qui réconcilierait la relativité générale et la mécanique quantique : la M-Théorie.

En 1915, Einstein, avec sa théorie de la relativité générale, avait réussi à expliquer comment fonctionnent les grandes structures : les planètes, les étoiles, les galaxies… En 1918, Max Planck en faisait de même avec les petites structures (électrons, photons, atomes,…), avec sa théorie des quantas. Mais il restait à unifier les deux théories qui demeuraient (et demeurent toujours) incompatibles.

Les quatre forces de l’Univers (dites fondamentales)

Il existe dans la nature quatre forces.

1. la gravité (qui permet à la terre de rester collée dans l’orbite du soleil) ;
2. l’électromagnétisme (qui intervient lorsque les particules sont chargées électriquement : elle permet ainsi aux électrons (-) de rester dans l’orbite de l’atome (+)) ;
3. la force nucléaire forte  (qui cimente les quarks entre eux pour former des neutrons et des protons ; mais qui assure également la cohésion des noyaux des atomes en collant entre-eux ces neutrons et ces protons) ;
4. la force nucléaire faible (à l’origine de la radioactivité et qui permet au soleil de briller)

Les deux premières forces agissent dans le monde macroscopique (le nôtre) : on peut voir leur effet tous les jours : une pomme qui tombe ou le soleil qui se lève. En revanche, les deux dernières agissent dans le monde de l’infiniment petit, un monde caché, celui des particules de la taille de l’atome (voire moins) : le monde quantique. A chaque force, correspond une particules (voir le schéma ci-dessous emprunté à countinfinity) :

1. la gravité ⇒ le graviton ;
2. l’électromagnétisme ⇒ le photon ;
3. la force nucléaire forte ⇒ le gluon ;
4. la force nucléaire faible ⇒ le boson.

On sait relier aujourd’hui les trois dernières forces. En revanche, la gravité semble faire « cavalier seul ». Le graviton fait surgir dans les équations des infinis que l’on ne sait pas maitriser. Voilà donc tout le challenge : trouver une théorie qui fonctionne pour les quatre forces ensemble et expliquent le fonctionnement des quatre particules correspondantes : la M-théorie.

La théorie des cordes

Depuis Einstein (qui aurait également travaillé dessus au crépuscule de sa vie), on butte donc sur cette théorie du tout. Un espoir pourtant était né dans les années 70, avec l’émergence dans les laboratoires de recherche de la théorie des cordes, une théorie qui veut que nous vivions dans un espace à 10  dimensions !  Une théorie qui veut que les particules correspondent chacune à une oscillation très particulière de cordes. Mais cette théorie, séduisante au premier abord (car elle permettait de dompter ces satanés infinis), faisait aussi apparaître une particule capable d’aller plus vite que la lumière. Or on sait (depuis Einstein) qu’il s’agit d’un crime de lèse majesté. Un complément apparu dans les années 80 (la supersymétrie) a permis toutefois d’écarter cet écueil. Mais voilà. En multipliant les recherches, on finit par découvrir que cette théorie était multiple : il y avait en fait 5 théories des cordes possibles, sans que l’on puisse décider laquelle était la plus pertinente. Et si nous ne pouvions pas décider, la nature pouvait-elle le faire ? Certes non ! Pour sortir de l’ornière, il fallut ajouter une onzième dimension : les 5 théories furent toutes intégrées dans une autre théorie encore plus vaste : la M-Théorie.

Et voilà, semble-t-il, sur quoi travaillait note génie en fauteuil…