Une théorie du tout (TOE) est un cadre hypothétique expliquant tous les phénomènes physiques connus dans l’univers. Les chercheurs sont à la recherche d’un tel modèle depuis le développement de la mécanique quantique et de la théorie de la relativité d’Albert Einstein au début du XXe siècle.
Chacun de ces piliers de la physique moderne décrit son domaine d’investigation respectif – les choses les plus petites et les plus massives du cosmos – avec une précision stupéfiante, mais la mécanique quantique et la relativité échouent toutes deux lorsqu’elles sont appliquées au sujet de l’autre. Jusqu’à présent, une théorie globale de tout a échappé aux scientifiques, et certains pensent que l’objectif ultime est irréaliste.
L’effort courageux d’Einstein
Einstein a commencé à chercher une théorie unificatrice dans les années 1920, selon la Société américaine de physique (APS). Il n’avait jamais pleinement accepté les étranges paradoxes de la mécanique quantique, et il pensait que les mathématiques décrivant l’électromagnétisme et la gravité, les deux seules forces connues à l’époque, pouvaient être combinées dans un cadre unique.
« Je veux savoir comment Dieu a créé ce monde », a déclaré Einstein à une jeune étudiante en physique nommée Esther Salaman en 1925. « Je ne suis pas intéressé par tel ou tel phénomène, par le spectre de tel ou tel élément. Je veux connaître Ses pensées ; le reste n’est que détails. »
Mais la quête d’Einstein s’est avérée chimérique de son vivant. « La plupart de mes rejetons intellectuels finissent très jeunes dans le cimetière des espoirs déçus », écrit-il dans une lettre en 1938. Pourtant, il n’a pas renoncé et, alors qu’il était sur son lit de mort, il a demandé qu’on lui apporte ses dernières notes sur la théorie du tout, selon l’APS.
Candidats potentiels
Au milieu du 20e siècle, les physiciens ont développé le modèle standard, qui a été appelé la « théorie de presque tout ». Il décrit les interactions de toutes les particules subatomiques connues et trois des quatre forces fondamentales : l’électromagnétisme et les forces nucléaires forte et faible, mais pas la gravité.
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Un modèle qui inclurait également la gravité serait connu comme une théorie de la gravité quantique. Certains chercheurs pensent que la théorie des cordes est un tel cadre et correspond à une théorie du tout. La théorie des cordes postule que les particules sont en fait des entités unidimensionnelles, semblables à des cordes, qui vibrent dans une réalité à 11 dimensions. Ces vibrations déterminent les propriétés des différentes particules, telles que leur masse et leur charge.
Ou, peut-être que ça n’existe pas
Mais d’autres scientifiques considèrent l’idée de la théorie des cordes comme une impasse intellectuelle. Peter Woit, physicien théoricien à l’université Columbia, a grondé à plusieurs reprises ses collègues pour avoir couru après ce qu’il considère comme un rêve imaginaire.
« Le problème fondamental de la recherche sur l’unification de la théorie des cordes n’est pas que les progrès ont été lents au cours des 30 dernières années », a écrit Woit sur son blog, « mais qu’ils ont été négatifs, tout ce qui est appris montrant plus clairement pourquoi l’idée ne fonctionne pas. »
Dans son livre à succès « Une brève histoire du temps » (Bantam Books, 1988), le physicien Stephen Hawking a évoqué son désir de contribuer à la création d’une théorie du tout (qui était également le titre de son biopic de 2014). Mais le célèbre savant a changé d’avis plus tard dans sa vie ; il pensait qu’une telle théorie serait à jamais hors de portée car les descriptions humaines de la réalité sont toujours incomplètes, selon une conférence de 2002 disponible sur un site web dédié au défunt physicien.
Ce fait ne l’a pas attristé mais lui a plutôt donné de l’espoir. « Je suis maintenant heureux que notre quête de compréhension ne prenne jamais fin et que nous ayons toujours le défi d’une nouvelle découverte », a déclaré Hawking. « Sans cela, nous stagnerions ».