Un espace-temps à 2 dimensions de temps et 4 d’espace

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Théorie: un espace-temps à 2 dimensions de temps et 4 d’espace




Le monde actuel de la Physique (La physique (du grec φυσικη) est étymologiquement la science de la nature. Son champ...) s’accommode de la notion d’espace-temps, entité métrique qui met sur un même pied d’égalité le temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...) 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...) spatiale et surtout une dimension supplémentaire de temps ? C’est ce qu’ont fait Itzak Bars et Yueh-Cheng Kuo, deux théoriciens de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche),...) de Californie du Sud (Sud est un nom :).

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 (Il existe de nombreuses acceptions au mot surface, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, souvent...) de la Terre dans son...) d'un objet 3D sur un mur bidimensionnel peut prendre de multiples formes différentes, et chacune d’elles est incapable de dévoiler complètement 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...) à dimension temporelle unique dans la formulation standard de la physique 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 mouvement dans cet espace augmenté soit symétrique pour un échange de position et d’impulsion à tout instant, permet de reproduire toute la dynamique de l’espace-temps normal, et de mette en évidence de nombreuses relations et symétries cachées qui sont réellement présentes dans notre propre univers.

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 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 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 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...) (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...) (QCD) sans nécessiter l’introduction d’une particule nouvelle, l'axion, qui n'a jamais été détectée expérimentalement.

Selon le scientifique, sa théorie explique également le fait que l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que décrit dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous...) 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 (Astronomie > Système solaire), 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 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 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 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 et dans des expériences à venir.