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



Le monde actuel de la Physique s’accommode de la notion d’espace-temps, entité métrique qui met sur un même pied d’égalité le temps 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 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 de Californie du Sud.

Bars explique cette hypothèse à l’aide d’une analogie. La projection 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 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 (Charge Parité) dans les interactions fortes décrites par la chromodynamique quantique (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 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, 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.

Source: American Institute of Physics

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