Histoire et propriétés de la théorie M

M-Theory est le nom d'une version unifiée de la théorie des cordes, proposée en 1995 par le physicien Edward Witten. Au moment de la proposition, il y avait 5 variantes de la théorie des cordes, mais Witten a avancé l'idée que chacune était la manifestation d'une seule théorie sous-jacente.

Witten et d'autres ont identifié plusieurs formes de dualité entre les théories qui, avec certaines hypothèses sur la nature de l'univers, pourraient leur permettre d'être toutes une seule théorie: la théorie M. L'une des principales composantes de M-Theory est qu'il a fallu ajouter une autre dimension en plus des dimensions supplémentaires déjà nombreuses de la théorie des cordes pour que les relations entre les théories puissent être établies.

La deuxième révolution de la théorie des cordes

Dans les années 80 et au début des années 90, la théorie des cordes était devenue un problème en raison d'une abondance de richesses. En appliquant la supersymétrie à la théorie des cordes, dans la théorie combinée des supercordes, les physiciens (y compris Witten lui-même) avaient exploré les structures possibles de ces théories, et le travail résultant avait montré 5 versions distinctes de la théorie des supercordes. La recherche a en outre montré que vous pouviez utiliser certaines formes de transformations mathématiques, appelées S-dualité et T-dualité, entre les différentes versions de la théorie des cordes. Les physiciens étaient perdus 

Lors d'une conférence de physique sur la théorie des cordes, tenue à l'Université de Californie du Sud au printemps 1995, Edward Witten a proposé sa conjecture que ces dualités soient prises au sérieux. Et si, suggéra-t-il, la signification physique de ces théories était que les différentes approches de la théorie des cordes étaient différentes façons d'exprimer mathématiquement la même théorie sous-jacente. Bien qu'il ne dispose pas des détails de cette théorie sous-jacente, il a suggéré son nom, M-Theory.

Une partie de l'idée au cœur de la théorie des cordes elle-même est que les quatre dimensions (3 dimensions d'espace et une dimension de temps) de notre univers observé peuvent être expliquées en pensant à l'univers comme ayant 10 dimensions, mais en «compactant» 6 de celles-ci dimensions jusqu'à une échelle sub-microscopique qui n'est jamais observée. En effet, Witten lui-même était l'une des personnes qui avait développé cette méthode au début des années 80! Il a maintenant suggéré de faire la même chose, en supposant des dimensions supplémentaires qui permettraient les transformations entre les différentes variantes de la théorie des cordes à 10 dimensions.

L'enthousiasme de la recherche qui a découlé de cette réunion, et la tentative de dériver les propriétés de M-Theory, a inauguré une ère que certains ont appelée la "deuxième révolution de la théorie des cordes" ou "la deuxième révolution des supercordes".

Propriétés de M-Theory

Bien que les physiciens n'aient toujours pas découvert les secrets de la théorie M, ils ont identifié plusieurs propriétés que la théorie aurait si la conjecture de Witten s'avérait vraie:

• 11 dimensions de l'espace-temps (ces dimensions supplémentaires ne doivent pas être confondues avec l'idée en physique d'un multivers d'univers parallèles)
• contient des cordes et des branes (à l'origine appelées membranes)
• méthodes d'utilisation de la compactification pour expliquer comment les dimensions supplémentaires se réduisent aux quatre dimensions d'espace-temps que nous observons
• dualités et identifications au sein de la théorie qui lui permettent de se réduire à des cas particuliers des théories des cordes connues, et finalement à la physique que nous observons dans notre univers

Que signifie le «M»?

On ne sait pas exactement ce que le M dans M-Theory est censé représenter, bien qu'il soit probable qu'il représentait à l'origine "Membrane" car ceux-ci venaient d'être découverts comme étant un élément clé de la théorie des cordes. Witten lui-même a été énigmatique sur le sujet, déclarant que la signification du M peut être choisie pour le goût. Les possibilités incluent Membrane, Master, Magic, Mystery, etc. Un groupe de physiciens, dirigé en grande partie par Leonard Susskind, a développé Matrix Theory, qui, selon eux, pourrait éventuellement coopter le M s'il s'avérait jamais vrai.

Est-M-Theory True?

M-Theory, comme les variantes de la théorie des cordes, a le problème qu'il ne fait actuellement aucune prédiction réelle qui puisse être testée pour tenter de confirmer ou de réfuter la théorie. De nombreux physiciens théoriciens continuent de rechercher dans ce domaine, mais lorsque vous avez plus de deux décennies de recherche sans résultats solides, l'enthousiasme diminue sans aucun doute un peu. Il n'y a cependant aucune preuve que Strong soutient que la conjecture de M-Theory de Witten soit fausse non plus. Cela peut être un cas où un échec à réfuter la théorie, par exemple en la montrant comme étant contradictoire ou incohérente d'une manière ou d'une autre, est le meilleur que les physiciens puissent espérer pour le moment..