A propos de l'unification

[invitee0873d3c]

Salut tout le monde,
Y'a une question qui me tourmente. Les physiciens veulent unifier les 4 forces fondamentales (Électromagnétique, Interaction Forte/Faible, Gravitation), ou disons expliquer ces 4 avec un seule modèle.
Je pense que le modèle standard suffit; il unifie les 3 premières forces seulement par échange de particules à l'échelle atomique/nucléaire, mais pas la gravité, alors que cette 4éme est résultat de la courbure de l'espace-temps dans la relativité générale et non une force, pourquoi les physiciens essayent alors de faire une unification avec la gravité ? Ils veulent donner le principe de la gravité à l'échelle atomique/nucléaire mais j'y vois pas un intérêt, la gravité est indépendante des ces autres forces car elle ne s'exerce pas à l'infiniment petit.
Merci de donner une explication pour ça car je ne suis pas sur de mon point de vue, je ne suis pas un physicien, encore un lycéen ^^'

Amicalement,
AmazOuz
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[invite93279690]

Salut tout le monde,
Y'a une question qui me tourmente. Les physiciens veulent unifier les 4 forces fondamentales (Électromagnétique, Interaction Forte/Faible, Gravitation), ou disons expliquer ces 4 avec un seule modèle.
Je pense que le modèle standard suffit; il unifie les 3 premières forces seulement par échange de particules à l'échelle atomique/nucléaire, mais pas la gravité, alors que cette 4éme est résultat de la courbure de l'espace-temps dans la relativité générale et non une force, pourquoi les physiciens essayent alors de faire une unification avec la gravité ? Ils veulent donner le principe de la gravité à l'échelle atomique/nucléaire mais j'y vois pas un intérêt, la gravité est indépendante des ces autres forces car elle ne s'exerce pas à l'infiniment petit.
Merci de donner une explication pour ça car je ne suis pas sur de mon point de vue, je ne suis pas un physicien, encore un lycéen ^^'

Amicalement,
AmazOuz

Salut,

Deja je tiens a te féliciter car tu es un lycéen et je pense que tu as réussi a mettre les guillemets la ou il fallait et a poser une question très pertinente.

En fait le problème est que la gravitation décrite par la relativité générale est l'espace-temps lui meme. La courbure de cet espace-temps influence la manière dont les champs du modele standard par exemple se comportent. Lorsqu'on étudie le modele standard on presuppose un espace-temps (souvent plat) et on fait les calculs de théorie quantique des champs dans ce contexte.

Le problème c'est que la courbure de l'espace-temps depend elle meme de la densité d'énergie en tout point de l'espace. Hors, d'après le modele standard cette densité d'énergie est décrite par des equations de la théorie quantique des champs (conduisant a une description éventuelle de ces derniers en termes de particules). On se retrouve donc avec une incoherence formelle ou on a une equation dont le membre de gauche est "classique" (au sens de non quantique) et le membre de droite est quantique.

Pour être coherent, il faudrait donc que l'on ait une description quantique de la gravite. Maintenant, avoir une description quantique de la gravite n'implique pas nécessairement qu'il existe une description de la gravite en termes de gravitons (il est suspecte que la description en termes de gravitons est plausiblement valable pour de faibles courbures pour lesquelles les equations de la gravitation d'Einstein peuvent être rendues plus simples).

[invitee0873d3c]

Salut
Merci beaucoup de ta réponse vite au sujet. Maintenant je comprends bien l'importance de l'unification et qu'il y'a bien une vérité qu'on ignore encore, donc on doit faire une théorie unificatrice qui respecte des conditions précises tels que les effets de la gravité à grande échelle, en gros la relativité générale voilà. Ou peut-être le modèle standard requière des modifications ou une nouvelle théorie unifiant les 3 forces à l'échelle atomique qui marche avec la courbure de l'espace-temps.
Si tu as des remarques sur ce que je dis, t'es le bienvenue

[invite93279690]

Salut
Merci beaucoup de ta réponse vite au sujet. Maintenant je comprends bien l'importance de l'unification et qu'il y'a bien une vérité qu'on ignore encore, donc on doit faire une théorie unificatrice qui respecte des conditions précises tels que les effets de la gravité à grande échelle, en gros la relativité générale voilà. Ou peut-être le modèle standard requière des modifications ou une nouvelle théorie unifiant les 3 forces à l'échelle atomique qui marche avec la courbure de l'espace-temps.
Si tu as des remarques sur ce que je dis, t'es le bienvenue

En fait le mot "unification" est utilise dans plusieurs contextes légèrement differents les uns des autres.

Le premier niveau d'unification (qui semble être une quasi-nécessite) est le fait d'avoir une description quantique de la gravite compatible avec la théorie quantique des champs et le modele standard.

Le deuxieme niveau d'unification consiste a dire que toutes les interactions fondamentales sont associées a ce qu'on appelle des theories de jauge, ce qui est equivalent a dire qu'elles sont relayées par ce qu'on appelle les "bosons vecteurs d'interaction" (photons pour l'interaction électromagnétique, bosons Z et W+/- pour l'interaction faible et gluons pour l'interaction forte). Il n'est pas clair (comme dit dans mon premier message) que l'interaction gravitationnelle soit relayée par un graviton de manière générale (d'ailleurs juste pour être clair, l'existence meme des ondes gravitationnelles est toujours incertaines meme si très probable).

Le troisième niveau d'unification c'est lorsqu'on se rend compte que, si les deux premiers niveaux sont satisfaits, alors il est peut être possible qu'a certaines échelles d'énergie, on puisse décrire toutes les interactions avec un seul champ (et non plus plusieurs). C'est ce qui a donne lieu par exemple a l'unification electrofaible qui stipule qu'au dela d'une certaine échelle d'énergie, les interactions électromagnétiques et faibles se reunissent pour former une seule interaction dite electrofaible (il y a eu un prix Nobel descerne pour ce scenario et la découverte récente d'un boson de Higgs la rend en effet très probable).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee0873d3c]

Oui oui j'ai bien compris ce que tu voulais dire, juste que je veux dire que peut-être on pourrait quitter la théorie quantique des champs et le modèle standard pour une autre théorie qui explique les phénomènes que les autres théories ont expliqué en unifiant ainsi les 4 forces, donc une nouvelle perception des choses, tout en réglant peut-être des autres mystères grâce aux résultats de cette nouvelle théorie, et plus probablement le mystère de la matière noire. Et tout ceci au lieu de donner des modifications et des ajouts aux théories quantique présentes aujourd'hui. Tout ceci est juste une idée, car si on revoit l'histoire de la physique ça devient plus encourageant de faire ça, si on a une théorie A et B expliquant certains phénomènes mais contradictionnels, on les quittes pour une autre théorie C.

[invite93279690]

Oui oui j'ai bien compris ce que tu voulais dire, juste que je veux dire que peut-être on pourrait quitter la théorie quantique des champs et le modèle standard pour une autre théorie qui explique les phénomènes que les autres théories ont expliqué en unifiant ainsi les 4 forces, donc une nouvelle perception des choses, tout en réglant peut-être des autres mystères grâce aux résultats de cette nouvelle théorie, et plus probablement le mystère de la matière noire. Et tout ceci au lieu de donner des modifications et des ajouts aux théories quantique présentes aujourd'hui. Tout ceci est juste une idée, car si on revoit l'histoire de la physique ça devient plus encourageant de faire ça, si on a une théorie A et B expliquant certains phénomènes mais contradictionnels, on les quittes pour une autre théorie C.

Il faut que tu comprennes qu'il n'y a aucune raison pour que l'unification de toutes les forces soit valide. La chercher coute que coute n'est pas une bonne idée selon moi. Il faut y aller par étapes. Résoudre d'abord le problème des incoherences formelles et conceptuelles avec potentiellement une autre théorie (la théorie des cordes est un exemple mais c'est une théorie quantique des champs comme une autre et la gravitation quantique a boucles en est un autre que l'on peut voir comme une extension de la théorie quantique des champs pour ne plus avoir affaire a une théorie courbure-dépendante) et voir ce que ces nouvelles theories nous disent.

A ce jour, a part une foi quasi-religieuse, il n'y a rien qui indique spécialement que toutes les interactions doivent être unifiées au sens du niveau 3 décrit plus haut. Donc mon point de vue sur le sujet est que "ne pas arriver a unifier toutes les interactions au niveau 3, voire meme au niveau 2 décrits plus haut" n'est meme pas un problème pour la science mais a la rigueur pour l'ego des scientifiques et certaines visions religieuses de la physique.

[invitee0873d3c]

Oui, c'est équivalent à mon avis aussi, moi je parle de l'unification du niveau 1 qui est absolument nécessaire
Sinon merci beaucoup de tes réponses.

[invitee0873d3c]

Yop,
Je voudrais bien te poser une question si tu peux y répondre. Je vois que maintenant la plupart des physiciens importants du présent sont intéressés par la théorie des cordes plus que les autres et travaillent à la faire prouver, je te demande ton avis à toi sur cette théorie. Car pour moi ça devient fous de donner l'hypothèse de 11 dimensions ou voir même 16 ou plus pour élaborer des équations satisfaisantes et ainsi prétendre des autres forces que les 4 cités en haut.

[invite93279690]

Yop,
Je voudrais bien te poser une question si tu peux y répondre. Je vois que maintenant la plupart des physiciens importants du présent sont intéressés par la théorie des cordes plus que les autres et travaillent à la faire prouver, je te demande ton avis à toi sur cette théorie. Car pour moi ça devient fous de donner l'hypothèse de 11 dimensions ou voir même 16 ou plus pour élaborer des équations satisfaisantes et ainsi prétendre des autres forces que les 4 cités en haut.

C'est plus complique qu'il n'y parait. Je ne suis absolument pas expert du sujet car mes connaissances en physique des hautes energies se limitent essentiellement au modele standard (et les bases en plus) et je suis justement en train d'étudier la théorie des cordes pour m'en faire une opinion plus objective. Cela étant certains points non techniques sont a mentionner :

- Deja, il n'est pas vrai que la plupart des physiciens "importants" du present sont intéressés par la théorie des cordes. Il est plus probable que la plupart des physiciens théoriciens de la physique des hautes energies aient dus s'intéresser a la théorie des cordes ne serait ce que pour se faire une opinion a son sujet mais c'est tout.

- La theorie des cordes est l'un des edifices qui permettraient un semblant de reconciliation entre la théorie quantique des champs et la gravitation et donc s'intéresse au niveau 1 d'unification discute plus haut et rien que pour cela mérite l'attention des gens. Elle permet également de se débarrasser de certains infinis qui apparaissent dans les calculs du modele standard de la physique des particules (infinis que l'on doit habituellement enlever a la main par des méthodes dites de regularisation) et a pour vocation de rendre certains calculs "plus corrects". La encore c'est un bon point. Il y a probablement pleins d'autres bons points que je ne suis pas capable de mentionner a l'heure actuelle mais il me semble au moins important de mentionner les points associes a la discussion que nous sommes en train d'avoir.

- Maintenant, il y a toute une propagande pas très saine sur la théorie des cordes (notamment grace ou a cause des ouvrages de Brian Greene et cela fait aussi le beurre de la plupart des magazines de vulgarisation scientifique) qui fait qu'il y en a une sur-représentation dans les medias et dans l'esprit du public un petit peu intéressé a la physique. Cette sur-représentation est en partie due au fait que pendant des années certains physiciens influents ont cru dur comme fer que c'était LA Theorie de la physique (on pourra lire ci et la l'appellation "La théorie du Tout" que je n'aime pas du tout non plus). Le problème c'est que cette médiatisation de la théorie s'est faite avec un melange infâme de "mathemagique", de physique a des energies intestables a l'heure actuelle (et pour encore des centaines d'années probablement) et tout cela saupoudre de croyances en tout genre sur comment la Nature devrait être mathématiquement élégante, satisfaire des unifications de niveau 2 et 3 et que sais-je encore.

Que cela soit clair, au final, ce folklore de la théorie de cordes en a fatigue plus d'un et on peut voir actuellement un mouvement complètement contraire en physique (peut être initie par Lee Smolin dans son livre "Rien ne va plus en physique") ou d'autres gens très influents cherchent carrément a redéfinir la science pour que des speculations comme la théorie des cordes n'aient plus lieu de mention dans les discussions scientifiques (il y a eu récemment une colonne dans le journal Nature sur le sujet et divers chercheurs renommes, blogueurs a leurs heures perdues ont écrit des choses similaires sur la théorie des cordes...entre autres).

- De mon point de vue, en tant qu'observateur extérieur de cette recherche (je n'y participe pas), je pense qu'il faut distinguer le folklore qui tourne autours de la théorie des cordes du travail honnête que l'on peut faire sur et avec la théorie des cordes pour répondre a certaines incoherences, au moins formelles si ce n'est conceptuelles, qui existent en physique des hautes energies. Comme tu l'auras compris, je n'adhere pas du tout au battage médiatique fait a son sujet (notamment parce que je pense que cela vend une image très erronée de la physique meme theorique). Par contre, je n'ai rien contre la théorie des cordes en tant que théorie physique qui est une tentative de formulation mathématique d'un ensemble d'hypothèses sur la physique des particules (existence d'une taille minimale des particules qui ne sont plus des points mais des cordes, identité des particules émergeant d'une meme corde en fonction de ses modes de vibration etc...) qu'il serait interessant (et excitant) de tester. Faire des hypotheses et essayer de trouver quelles en sont les consequences est le job du scientifique, aussi folles qu'elles puissent paraitre et je ne comprends pas bien comment on peut critiquer cela.
Si le nombre de dimensions recquis est plus que d'habitude (11 ou 16 ou plus), pourquoi pas, ce n'est pas a nous de juger a priori quelle hypothèse est bonne ou pas. Dans aucune logique ni philosophie, cet argument dit "d'incrédulité" ne peut être considéré comme valide. La physique actuelle s'occupe de construire des modeles mathematiques qui rendent compte ou peuvent rendre compte (au minimum) de certaines experiences et qui sont cohérents entres eux; la difficile question de la realite et du sens "physique" des equations est du ressort de la philosophie des sciences ou voire, comme préconisé récemment par Lee Solin (et oui encore lui), de la philosophie naturelle (dont provient historiquement la physique).

Bref, ma reponse est grise car je ne vois pas que du noir ni du blanc dans cette théorie et les physiciens qui la développent (si tu comprends un peu l'anglais, il y a d'excellentes videos et interview sur Youtube de Leonard Susskind un des fondateurs de la théorie des cordes).

[invitee0873d3c]

Salut,
C'est déjà le documentaire de Brian Greene qui m'a fait découvrir la théorie des cordes mdr :P
Sinon j'ai un tit truc à dire, d'après le principe de Lavoisier qui dit que rien ne se crée tout se transforme et avec Einstein y'a l'équivalence entre la masse et l'énergie; m = E/c² on constate que l'énergie + la matière dont se constitue l'univers maintenant est équivalent à la constitution de l'univers primordial ou prémitif. Donc au big bang fut créé l'énergie et la matière. Merci de m'éclairer un peu sur le sujet, sinon comment la matiére ou l'énergie peut être créé alors ?
Merci

[invite93279690]

Salut,
C'est déjà le documentaire de Brian Greene qui m'a fait découvrir la théorie des cordes mdr :P
Sinon j'ai un tit truc à dire, d'après le principe de Lavoisier qui dit que rien ne se crée tout se transforme et avec Einstein y'a l'équivalence entre la masse et l'énergie; m = E/c² on constate que l'énergie + la matière dont se constitue l'univers maintenant est équivalent à la constitution de l'univers primordial ou prémitif. Donc au big bang fut créé l'énergie et la matière. Merci de m'éclairer un peu sur le sujet, sinon comment la matiére ou l'énergie peut être créé alors ?
Merci

On sort un peu beaucoup du sujet d'origine. Le principe de Lavoisier date un peu et me semble maintenant un peu vague dans sa formulation. Le principe de le plus important a avoir en tete pour ta question est celui de la conservation de l'énergie. Si on considère l'univers comme un système ferme, alors l'énergie de notre univers actuel est la meme que celle au big bang. Personne ne sait (et je ne suis meme pas sur que ce soit une question qui ait un sens) comment cette énergie a été créée.

En ce qui concerne la creation de matière, il faut d'abord commencer par se demander qu'est ce qu'on appelle "matière". En effet, si on dit qu'il y avait de l'energie au big bang, il faut bien que cette énergie soit stockée sous une certaine forme (potentielle, énergie cinétique, etc...); le concept d'énergie pure auxquel les gens ont tendance a faire allusion, et auquel tu sembles également faire allusion, n'existe pas en physique. Il faut définir des objets qui peuvent "stocker" et transporter de l'énergie dans un premier temps et ensuite on peut parler de l'énergie du système et s'intéresser a ce que va devenir cette énergie dans le futur (apparition de nouvelles particules, brisure de la symétrie electrofaible etc...).

[invitee0873d3c]

Salut !
Merci beaucoup pour ton message, je tourne un peu le sujet vers l'énergie, je veux te parler à propos du photon, j'ai lus beaucoup d'articles...ect qui disaient bien que le photon a une masse mais très basse et ceci exploré dans des expériences, alors que dans de différentes équations on obtient m = 0, et dans E² = m²c² + p²q4 si je ne trompe pas, il y'a une équivalence entre l'énergie et la masse, et que le photon stocke de l'énergie.

[invite93279690]

Salut !
Merci beaucoup pour ton message, je tourne un peu le sujet vers l'énergie, je veux te parler à propos du photon, j'ai lus beaucoup d'articles...ect qui disaient bien que le photon a une masse mais très basse et ceci exploré dans des expériences, alors que dans de différentes équations on obtient m = 0, et dans E² = m²c² + p²q4 si je ne trompe pas, il y'a une équivalence entre l'énergie et la masse, et que le photon stocke de l'énergie.

le photon a une énergie oui mais c'est une énergie cinétique qui est due au fait qu'un photon n'est jamais au repos (l'absence d'état de repos du photon se traduit mathématiquement par une masse au repos nulle). Une manière (autre que la formule que tu as fournie ou E=pc) de voir que cette énergie est cinétique est de realiser d'une part qu'elle est proportionnelle a la fréquence du photon et que d'autre part, lorsqu'on change de référentiel, la fréquence du photon va subir un effet Doppler et que donc l'énergie d'un photon depend du référentiel d'observation tout comme l'énergie cinétique standard.

En ce qui concerne la masse du photon, d'un point de vue théorique elle est nulle et d'un point de vue experimental, tous les résultats sont cohérents avec une masse de photon nulle et on peut également donner une borne supérieure associée aux erreurs expérimentales qui est de 10^{-54} kg ce qui est 1 milliard de milliard de milliard de milliard de fois plus petit que la masse de l'electron et 1 milliard de milliard de fois plus petit que certaines estimations de la masse du neutrino.

[invitee0873d3c]

Salut,
Oui mais pour l'énergie cinétique Ec=1/2mc² si je ne me trompe pas (car ici v = c), si m = 0 donc Ec = 0. Et donc ici si je suis ce que tu dis : E = hv = 1/2mc², m = 2hv/c²; donc m variable selon la fréquence.

[invite93279690]

Salut,
Oui mais pour l'énergie cinétique Ec=1/2mc² si je ne me trompe pas

oui mais tu te trompes .

L'énergie d'une particule libre dans le cas le plus general est ou la premiere approximation s'applique lorsque l'énergie de masse est bien plus grande que l'énergie cinétique et ou la deuxième approximation s'applique pour des particules massives a vitesse très faible devant la vitesse de la lumière dans le vide.

Comme le photon n'a pas de masse et que sa vitesse est toujours egale a c, aucune des approximations ci dessus ne s'applique et l'énergie du photon est juste . Vu que l'on sait par ailleurs que pour un photon on en déduit que la quantité de mouvement (ou impulsion) du photon est juste et il n'y a aucune masse dans cette formule.

[invitee0873d3c]

Salutations !
Merci beaucoup pour tes messages
Après avoir bien compris l'énergie et que l'énergie tout court comme tout le monde connait n'existe pas comme tu l'a dis, je conclus : (pour un univers fermé comme tu l'as dit)
Energie totale au big bang = Energie totale maintenant <=> Energie cinétique des objets + Energie potentielle des objets + Chaleurs...ect
Mais cet énergie là au big bang était stocké sous quoi ?
Merci

[Deedee81]

Salut,

Mais cet énergie là au big bang était stocké sous quoi ?

Tu parles de l'instant initial ?

On ne sait pas. Nos théories actuelles ne le décrivent pas
(d'ailleurs Big Bang est synonyme de Modèle Standard de la Cosmologie qui est une description de l'évolution d'un univers à partir d'un état dense et chaud. On ne se prononce pas sur le début)

Ou plutôt, il y a plusieurs théories et modèles qui l'expliquent mais on ne sait pas lesquelles sont bonnes (pour le moment du moins).

[invitee0873d3c]

Salut,
Oui en fait j'ai lu ça sur vot' PDF sur la Cosmologie, mais ce n'est téléchargeable que par abonnement payant chez le site, si vous pouvez bien le mettre sur un site de téléchargement ça serait cool

[Deedee81]

Salut,

sur un site de téléchargement ça serait cool

Faut en trouver un .... auquel j'ai accès !!!! (je suis assez limité point de vue sites accessibles)