Là théorie de toutégalement appelé TOE de l'anglais théorie de toutest une théorie physique qui cherche une formulation physique capable de unifier les quatre interactions fondamentales – la gravité, l’électromagnétisme, l’interaction nucléaire forte et l’interaction nucléaire faible, parfois improprement appelées « forces » – dans le but de les rassembler dans un cadre conceptuel et un formalisme mathématique uniques tous les phénomènes physiques de l'univers. Pour cette raison, cette théorie est également connue sous le nom de théorie des champs unifiés. Cette théorie vise à inclure et réconcilier les phénomènes microscopiques (tels que mécanique quantique) avec des phénomènes macroscopiques (tels que relativité générale par Albert Einstein) qui sont actuellement inconciliables mathématiquement. Stephen Hawking, mathématicien, physicien et cosmologue britannique bien connu, a consacré une partie de sa vie à essayer de tout décrire dans une théorie. Le film du même nom de James Marsh en 2014 parle de la théorie, La théorie de tout.
D’où vient l’idée de théorie du tout ?
Quand nous parlons de théorie de tout, nous entendons une modèle capable d’expliquer simultanément et entièrement tous les phénomènes physiques. Ce modèle prétend inclure les quatre interactions fondamentales de la nature : gravitationnelle, électromagnétique, nucléaire forte et, enfin, nucléaire faible. Mais jusqu’à présent, la description de l’un de ces quatre – en particulier la gravité – est inconciliable avec les trois autres.
L'interaction gravitationnelle, et en particulier la courbure de l'espace-temps, est décrite par Albert Einstein dans son ouvrage relativité générale. D'un autre côté, le mécanique quantique il décrit bien les trois autres interactions, l’électromagnétique, la forte et la faible, mais n’inclut pas la gravité.
Ainsi est née l’idée d’essayer d’unifier la description de l’univers en une seule théorie. Cette théorie tente d'expliquer ces phénomènes physiques de l'Univers dans lesquels toutes les forces entrent en jeu avec une intensité similaire, et où il n'est donc pas possible de négliger une ou plusieurs contributions. Cela n’arrive presque jamais sur Terre, où l’on peut décrire facilement les phénomènes physiques en supposant que certaines interactions sont nulles, souvent trois sur quatre.
L'unification de 3 interactions : faible, forte et électromagnétique
La première étape consistait à unifier deux interactions. En 1967-1968, Sheldon Glashow, Steven Weinberg et Abdus Salam ont réussi à unifier l'interaction nucléaire faible avec l'interaction électromagnétique, en l'appelant interaction électrofaible. Cette force électrofaible, à son tour, parvient à coexister avec la force nucléaire forte pour former ce qu'on a appelé interaction électronucléaire. La gravité reste cependant en dehors de cette unification.
La naissance de différentes théories du tout
De nombreux scientifiques au cours des dernières décennies ont tenté de développer une théorie du tout, une ensemble cohérent et complet de lois fondamentales qui expliquent tous les aspects de la réalité avec une seule formulation. Ces recherches ont abouti à la production d'un famille de théories interconnectées au lieu d’une théorie unique, et chacune de ces théories tente de décrire une version de la réalité.
En bref, il n'y a pas de théorie unique pour tout. Au fil des années, de nombreux physiciens théoriciens ont proposé des théories complètement différentesdont aucun n’a cependant jamais été confirmé expérimentalement.
Cette idée – difficile à accepter même pour de nombreux scientifiques – présuppose que la réalité n’est pas strictement objective. Cela contraste avec la description simplifiée de la science classique dans laquelle les propriétés du monde sont définies et indépendantes de l'observateur qui les perçoit.
Certaines des théories les plus accréditées et les plus connues sont la théorie des cordes, la théorie M et la supergravité.
La théorie des cordes
Le premier d'entre eux, le la théorie des cordesremplace les particules ponctuelles de cordes, objets unidimensionnels ressemblant à des cordes capables de vibrer. Ces cordes ils vibrent différemment et définissent les propriétés de la matière, telles que la masse et la charge électrique.
La théorie M
De l'union de la théorie des cordes avec supersymétrie – une théorie selon laquelle à chaque boson (ou fermion) correspond un deuxième boson (ou fermion) de même masse – le théorie des supercordes. Cette théorie peut également décrire le comportement de bosons et fermions non inclus dans la théorie précédente. De l’ensemble de 5 théories différentes des supercordes vient la Théorie M.
Supergravité
Là supergravité c'est une théorie qui combine le supersymétrie avec le relativité générale. Cette théorie inclut le gravitonla particule liée à la force gravitationnelle.