Ce qui a déjà été vérifié
Notre oeil ne voit qu'une partie du monde ; pour les choses plus petites nous utilisons des microscopes ou
d'autres instruments beaucoup plus sophistiqués. Divisons la matière du monde visible dite : "Macroscopique"
à la manière des poupées russes.
1 - Le monde macroscopique équivaut à ce que nous voyons ;
2 - Le monde moléculaire est constitué de molécules ;
3 - Le monde atomique est constitué d'atomes ;
4 - le monde subatomique est constitué de protons, de neutrons et d'électrons.
5 - le monde des quarks qui serait à l'origine de toutes les particules élémentaires de l'univers.
Ce sont des sortes de cordelettes vibrantes possédant une tension, à la manière d'un élastique.
C'est de là que commence la physique quantique et que résulteraient six autres dimensions selon certaines théories.
L'univers est régie par quatre forces et interactions fondamentales:
1. La gravitation découverte par Newton.
2. L'interaction faible (régit certains processus intranucléaires comme la désintégration beta,
qui est responsable de la radioactivité).
3. L'interaction forte (cohésion des protons et des neutrons au sein du noyau atomique
et dont l'énergie considérable est libérée lors des réactions nucléaires).
4. L'électromagnétisme (est à l'origine des liaisons entre le noyau et les électrons). Maxwell réalise, au XIXe siècle,
l'unification de l'électricité et du magnétisme.
Nos scientifiques essaient de découvrir une théorie qui unirait l'ensemble des quatre forces fondamentales.
Les forces électromagnétique et nucléaire faible ont été unifiées pour former la force électrofaible ;
(Sheldon Glashow, Abdus Salam et Steven Weinberg reçurent ainsi le prix Nobel en 1979), et le rapprochement des forces nucléaires
faibles et fortes dispose d'une (et même de plusieurs) théorie(s) unificatrice(s), sans toutefois être confirmé par des
preuves solides.
La mécanique quantique décrit le comportement
des particules et a introduit le concept de quantification qui impose par exemple que la gamme d'énergie disponible
pour une particule n'est pas continue, mais limitée à des valeurs discrètes.
La relativité générale découverte par Einstein et qui traite de l'espace-temps et de la gravitation devrait être liée
à la mécanique quantique. Mais la force de la gravité, de plus longue portée
est considérablement plus faible en intensité que les trois autres, et ne s'est pas du tout pliée
à la "grande unification".
En fait la force de la gravité est bien plus faible que l'electromagnétisme ; c'est pourquoi lorsque
la pomme sous l'effet de la gravitation tombe mais ne traverse pas le sol, c'est à cause de l'électromagnétisme
qui relie les éléments du sol.
Le fonctionnement de notre univers est intimement lié à la mécanique quantique.
Nous recherchons donc le fondement de notre univers en étudiant l'infiniment petit.
Une molécule est constituée de plusieurs atomes. Prenons une molécule d'eau, elle est constituée de deux atomes d'hydrogène
et d'un atome d'oxygène.
Ces atomes ont la particularité de pouvoir accueillir d'autres électrons.
pour ce lier ces atomes partagent donc ces électrons.
Les deux atomes d'hydrogènes partagent donc leur unique électron avec l'atome d'oxygène. et l'atome d'oxygène partage avec chacun
des atomes d'hydrogène un electron.
Les trois atomes sont ainsi liés. La force qui lie les electrons et les noyaux s'appelle l'interaction electromagnétique c'est à dire
l'échange d'une particule élémentaire qui s'appelle le photon. Les électrons communs aux deux atomes échangent des photons
tantôt avec les protons de l'hydrogène tantôt avec le proton de l'oxygène.
Les photons ne sont pas prisonnier de l'atome, un atome qui reçoit de l'énergie emmet à
sont tout des photons qui vont véhiculer la lumière. Selon l'énergie de ses photons les objets rayonneront avec des couleurs différentes.
Mais le proton n'est pas une particule élémentaires car il est lui-mème constitué de trois quarks.
L'atome est constitué pour une grande partie de vide. Il est constitué d'un noyau lui-même consitué de protons chargés positivement
et de neutrons qui sont neutres. autour de ce noyau gravitent des éléctrons chargés négativement.
Il y a autant d'électrons que de protons dans un atome. Pour un atome la charge est donc neutre.
Avant ont pensait que le noyau et les électrons de l'atome étaient les plus petites particules mais Les scientifiques ont
découvert que le noyau de l'atome était lui même composé de neutrons et de protons eux mêmes composés de particules élémentaires.
Ces particules subatomiques sont dites « élémentaires » parce qu'elles ne résultent pas de l'interaction d'autres particules plus « petites »
En particule élémentaires ils existent les fermions et les particules d'échanges (bosons) .
Les fermions possèdent un spin demi-entier ; pour tous les fermions élémentaires connus, il s'agit de ½.
Chaque fermion possède sa propre antiparticule distincte. Les fermions sont les briques de base de la matière.
Ils sont classés suivant qu'ils interagissent par l'intermédiaire de l'interaction forte ou pas. Selon le modèle
standard, il existe douze saveurs de fermions élémentaires : six quarks et six leptons.
Les particules élémentaires selon le modèle standard sont composés de six types de quarks et six types de leptons. Les douze particules
sont associés en trois générations, dont la première comprend les particules de la matière ordinaire : quarks up et down,
électron et neutrino.
Les quarks
Les protons et les neutrons sont composés de quarks et les électrons de leptons. Il existe six sortes de quarks et
six sortes de leptons. Le proton et le neutron sont tous deux constitués de trois quarks.
Le proton est un baryon constitué de deux quarks up et d'un seul quark down.
Sa charge électrique est de : 2/3 + 2/3 - 1/3 = 3/3 soit +1.
Le neutron est aussi un baryon composé de deux quarks down et d'un seul quark up.
Sa charge électrique est de: 2/3 - 1/3 - 1/3 = 0/3 soit 0. Il est donc neutre.
Les quarks de deuxième Strange (s) (-1/3) et Charm (c)(+2/3) et troisième générations Bottom (b)(-1/3) et Top (t) (+2/3) sont plus lourds, forment des particules toutes instables,
et se désintègrent en quarks de première génération.
Les leptons
Génération 1 :Electron , Neutrino electronique.
Génération 2 :Muon, Neutrino Muonique.
Génération 3 :Tau, Neutrino Tauique.
Les bosons de Jauge
Le modèle standard décrit trois sortes de bosons de jauge : les photons, les bosons W et Z et les gluons.
Chacun correspond à l'une des trois interactions élémentaires du modèle standard :
1 - 3 photons sont les bosons de jauge de l'interaction électromagnétique.
2 - 2 bosons W et Z ceux de l'interaction faible.
3 - 8 gluons ceux de l'interaction forte.
cela nous mène à 13 bosons plus le boson de Higgs qui a été vérifié récemment.
Actuellement on recherche le graviton qui permetrait de lier la théorie de la mécanique quantique (monde subatomique)
à la théorie de la relativité générale (monde macroscopique).
La mécanique quantique est une branche de la physique qui décrit la manière dont se comportent
les objets microscopiques : les molécules, les atomes ou les particules.
Les particules sont invisibles à l'oeil nu et une particule quelconque peut avoir une taille différente
suivant l'endroit où elle se trouve.
Ordre de grandeur du plus petit au plus grand
Cordes - et plasma
Longueur de Plank : 10-34 0,0000000001 yoctomètres
Taille de l'électron : 10-30, cela fait 3,4 1024 plus gros que la longueur de Plank.
Par comparaison La différence entre un grain de sable est le soleil est seulement de 6,9*1011
Taille de neutrino : 10-24 1 yoctomètres ou 10-24 mètres
Taille du quark top : 10-21
Taille du neutrino de haute énergie : 10-20
Taille du quark bottom : 10-19
Taille du quark charm : 10-18 attometre
Taille du quark strange : 10-18
Taille du quark up et down : 10-18
Boson w (force faible) : 10-16 ; les longueurs en dessous de 10-16 ne sont pas confirmées
Taille du neutron ou du proton : 10-15 mètres
Electron classique : 5*10-15 ( fentomètres )la taille de l'électron varie selon que'il s'agisse de la physique
standard ou de la physique quantique
Taille du nucléus de l'hélium : 10-14
Nucléon de chlorine
Nucléon d'uranium : 10-14
10-12 = 1 picomètre
Rayon gamma : 10-11
Taille de l'atome d'hélium : 2,5*10-11 25 picomètres. L'atome d'hydrogène est plus gros que l'atome
d'hélium parce qu'il y a plus de protons dans l'atome d'hélium qui attirent les électrons plus près du noyau.
Cependant des couches supplémentaires accroissent encore davantage la taille des atomes.
Le plus grand atome, celui du césium, a le plus grand nombre de couches et le moins d'électrons.
Taille de la molécule d'eau : 10-9,7
Angström, unité de longueur : 10-10 la plus petite choses visible avec un microscope éléctronique
Taille de l'atome de carbone
Taille de l'atome de césium : 109,3
Taille des rayons X : 10-9
Taille de l'ADN : 10-8
Taille du virus de l'hépatite B : 10-7,4
Taille des ondes ultra violettes : 10-6,9
2*10-7 : plus petite chose visible avec un microscope optique
Taille du virus de l'hépatite B : 10-7,4
Taille du plus gros virus : 10-6,3
Taille de l'onde violette : 10-6,1
Taille de l'onde rouge
Taille des chromosomes : 10-5.6
Taille de la cellule de peau
Taille d'un fil de soie : 10-4,7
Plus petit objet visible à l'oil nu : 10-4
Largeur d'un cheveu : 10-4
La plus grosse bactérie : 10-3
Dualité onde corpuscule
Dans la physique quantique, il y a deux réalités qui existent simultanément : les ondes (vibrations) et les corpuscules (matière),
on parle de « particules-ondes » ou quantons. Dans le monde quantique les particules sont donc à la fois ondes
et particules.
La dualité onde-corpuscule commence à être mise en évidence sur des molécules de bonne taille comme la phtalocyanine.
Si on lançait des balles vers une plaque munies de fentes verticales, on obtiendrait sur un écran placé derrrière ces deux fentes,
deux lignes vereticales qui correspondraient aux deux fentes.
En physique quantique les particules étant à la fois corpuscules et ondes,
le résultat est donc différent. Si au lieu de ces balles on projetait des électrons, ceux-ci se comporteraient donc
comme une onde semblable à
l'onde que formeraient deux séries de vagues
d'eau issues des fentes qui se choquent et avancent vers
l'écran arrière.
Les crêtes des vagues correspondent aux bandes.
Si on envoie un seul electron plusieurs fois par les fentes, celui-ci semble passer par les deux fentes
en même temps, et on obtient sur l'écran arrière les mêmes bandes d'interférences.
Si l'on observe par quelles fentes l'électron passe, il se comporte alors comme une balle de tennis.
Ainsi, dès qu'il est observé, l'électron agit comme une balle de tennis et
devient corpuscule et non plus une onde.
Pourquoi ceci ? Prenons une fusée qui s'écrase sur la lune ; ce ne fait pas dévier la lune de sa trajectoire ;
mais si c'est la terre ou mars qui s'écrase sur la lune, ou même la frôle, la lune dévie de sa trajectoire.
Elle a donc un comportement différent.
Comparons le photon qui interfère avec l'électron lorsqu'on le regarde. La longueur d'onde do photon est beaucoup plus grande que la
longueur de l'électron, il contrarie donc l'électron.
Dans ce modèle l'électron est la lune et le photon ou du moins sa longueur d'onde mars ou la terre.
Principe d'indétermination
Enoncé en 1927 par Heisenberg, le principe d'indétermination (ou principe d'incertitude) énonce que, pour une particule massive donnée, on ne peut pas connaître simultanément sa position et sa vitesse avec une précision supérieure à un certain seuil.
(Ce qui doit encore être vérifié).
Dans l'espace, les astrophysiciens ont découvert que les courbes de rotation des étoiles autour du centre
de leur galaxie tournent trop vite.
Se fondant sur la loi de la gravitation de Newton ou
sur la masse déduite de la luminosité des galaxies,
ils ont conclu que de la matière était invisible et l'ont nommée : matière noire ou sombre.
Cette matière sombre (dark matter en anglais) est probablement constituée de particules élémentaires mais en
aucun cas de matière normale,
c'est-à-dire de protons, neutrons et électrons, et on la suppose répartie dans tout l'univers observable.
Sans charge électrique et n'interagissant que très faiblement avec la matière normale, elle se signale
par son attraction gravitationnelle.
La matière noire à été repérée grâce aux lentilles gravitationnelles.
En 1920 Edwin Hubble a découvert que plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement ; ainsi,
l'expansion de l'univers doit s'accélèrer, mais l'attraction gravitationnelle entre les galaxies devrait contrarier
cette expansion, et celle-ci devrait ralentir.
Aussi les scientifiques ont proposé l'existence d'une forme d'énergie inconnue, l'énergie sombre, qui empêche les galaxies
de s'attirer entre elles et qui les éloignent les unes des autres.
Le Big Bang s'est produit dans l'obscurité complète car la lumière n'existait pas.
L'espace n'existait pas non plus. Il n'y avait pas de concept espace-temps. Mais l'espace s'est développé et serait passé de la taille d'un atome
a celui d'une orange en un milliardième de seconde ; puis il s'est développé en devenant plus froid. En se refroidissant,
l'univers a créé des particules subatomiques ; désormais, de la substance est présente.
Il y a de la matière et de l'anti matière
qui s'annihile dans un effort d'énergie. Heureusement, il y avait plus de matière que d'anti matière et c'est se
qui reste aujourd'hui. Au bout de 380 000 ans le cosmos émet sa première lueur.
Il ya a 13 milliards et demie d'année, l'univers était fait d'hydrogène. Les atomes d'hydrogène se sont amalgamé et ont
provoqué une fusion pour devenir de l'hélium. La première étoile vient de naître et engendre de l'énergie et ainsi de suite.
Dans l'étoile l'hélium est plus lourd que l'hydrogène.
Nous avons dans notre monde actuel, le monde macroscopique, quatre dimensions. Trois dimensions de l'espace et une dimension du temps.
Le tissus spacial aurait donc ces quatre dimensions plus six dimensions cachées car infiniment petites;
Ces dimensions seraient enroulées sur elle-mêmes autour de chaque point de l'espace qui vaut la longueur de Planck, soit 10-33cm.
Elles seraient composées de cercles (1 dimension suplémentaire, d'anneau de Moebius (sphères creuses)
(2 dimensions supplémentaires), de tores (genre de pneu) (3 dimensions supplémentaires),
mais pour obtenir les six dimensions suplémentaires on doit se servir du
Calabi-Yau .
C'est une forme extrêmement complexe constituée à elle seule de 6 dimensions ou plus.
Grâce à elles, on se retrouve bien avec dix dimensions : nos quatre dimensions habituelles
(trois d'espace et une de temps) plus les six des espaces de Calabi-Yau. À partir de la dimension complexe 3 (dimension réelle 6)
La théorie des supercordes existe sous cinq formes distinctes (type I, type IIA, type IIB, hétérotique 0(32), hétérotique E8xE8).
la théorie M découverte par Edward Witten unit les cinq théories des supercordes entre elles mais n'est pour l'instant pas encore vérifiée
Certains scientifiques pensent qu'à l'époque du Big Bang , toutes les dimensions étaient enroulées, et avaient donc la
taille caractéristique d'une dimension enroulée sur elle-même. Elles étaient prisonnières des cordes mais certaines dimensions
ont réussi à s'en libérer : ce sont les dimensions dites étendues ;
les quatre dimensions que l'on connaît : longueur, largeur, profondeur et le temps sont donc maintenant de la taille de l'univers.
Les autres ne sont donc opérationnelles que dans le monde des cordes infiniment petit.
La dimension zéro : commençons par un point et créons un autre point pour parvenir à la première dimension.
La première dimension est représentée par une ligne.
La seconde par une branche ou deux lignes qui se croisent.
Imaginons maintenant un certain monsieur Plat qui vivrait dans un monde à deux dimensions, comme s'il vivait dans la télévision sur un
écran plat. Puisqu'il ne connaît pas la troisième dimension, la profondeur, il ne peut pas nous voir
en dehors de la télévision. Il vit sur une page plate et il ne voit la troisième dimension que par la tranche.
C'est ainsi que si l'on passe un objet devant ses yeux, il ne voit que des fines tranches
de l'objet mais pas l'objet dans son entier. Si par exemple il observe une poire, il voit d'abord un petit point rond puis
un cercle plus gros puis un autre plus gros etc...
Imaginons que l'univers dans lequel vit notre monsieur Plat soit une feuille plate ; si l'on pratique une torsion à cette feuille, puis si l'on forme un cercle en reliant les deux bouts de cette feuille,
monsieur Plat en faisant le tour de la feuille en parcourerait les
deux côtés et ferait ainsi une apparition dans la troisième dimension sans le savoir.
La troisième dimension serait donc un pli.
La quatrième dimension est la ligne du temps. Nous n'en percevons que des aspects, comme notre monsieur plat pour la troisième dimension.
Mais en fait, la quatrième dimension représente une ligne où l'on peut voir une personne bébé et décédée à l'âge adulte en même temps.
La cinquième dimension serait une dimension enroulée en cercle comme la troisième dimension de monsieur Plat. Elle est invisible à nos yeux et de très petite taille.
Elle vaut la longueur de Planck, c'est-à-dire : 10-33 cm.
La sixième dimension serait un pli, ce qui fait que nous pourrions aller dans notre enfance en sautant
en arrière de la cinquième dimension à la quatrième dimension en suivant ce pli.
La septième dimension serait une ligne. Imaginons que la ligne de la quatrième dimension aille du Big Bang à la fin
de notre univers et que cette ligne forme donc un point. Toutes les lignes de notre univers seraient donc
reliées à ce point du Big Bang.
La huitième dimension serait une branche reliée à la septième dimension, et elle serait aussi reliée à un autre univers.
La neuvième dimension serait un pli qui nous permettrait de sauter dans une autre univers et de revenir au nôtre.
La dixième dimension est un point. Je vous rappelle que l'on avait commencé par un point.
Dans cette théorie le temps et l'espace seraient quantifiés et seraient comme des grains.
Le graviton serait un boson différent des autres particules et, serait, en quelque sorte un concentré
de courbure de l'espace-temps.
Chemin vers 1.1.14