Les mystérieuses constantes de l'univers : pourquoi ces nombres existent-ils ?
Il existe un ensemble de nombres très spéciaux, connus sous le nom de constantes fondamentales de la nature, qui défient toute explication. D'où viennent-ils ? Découvrir s'ils sont réellement constants est la clé pour percer ce mystère persistant. La physique est une description mathématique de la nature. Nous utilisons des modèles, des équations et des formules pour décrire le fonctionnement des systèmes et prédire leur comportement futur. Cette approche a connu un succès retentissant, expliquant tout, du comportement des particules subatomiques à l'évolution de l'univers entier. Mais certains aspects de ces équations résistent à toute explication. Chaque fois que nous essayons de relier un modèle hypothétique au monde réel, nous devons introduire des nombres spéciaux. Ces nombres capturent certains aspects de la nature qui échappent à nos équations. Par exemple, si je veux prédire le mouvement d'une balle lancée, je dois connaître la force de la gravité. Mais aucune théorie n'explique pourquoi la gravité a la force qu'elle a. Nous ne pouvons que mesurer cette valeur indépendamment et l'insérer dans les équations. Au fil des décennies, les physiciens ont compilé diverses listes des constantes fondamentales les plus importantes. Généralement, il y en a un peu plus d'une vingtaine. Elles décrivent des choses comme les forces des quatre interactions fondamentales, les masses des particules élémentaires et des aspects de l'espace-temps, comme la vitesse de la lumière. Nous n'avons aucune idée de l'origine de ces nombres ni de la raison de leurs valeurs. Une façon de les étudier est de déterminer s'ils sont réellement constants. Si l'un de ces nombres varie dans le temps ou dans l'espace, ce serait un indice majeur. Des variations dans les constantes nous indiqueraient qu'elles ne sont pas vraiment fondamentales, mais plutôt le reflet de notre ignorance d'une théorie physique plus profonde. Par exemple, si je ne savais rien du fonctionnement de la gravité, je pourrais quand même mesurer l'accélération des objets près de la Terre. Je pourrais attribuer une constante "fondamentale" à ce nombre et la mesurer à 9,8 mètres par seconde carrée. Je pourrais toujours prédire parfaitement les trajectoires des balles lancées avec ce nombre en main. Mais des observations minutieuses révéleraient que cette accélération n'est pas vraiment constante. Elle peut varier selon l'altitude ou même l'emplacement sur Terre. Cela me dirait qu'il se passe quelque chose de plus profond - dans ce cas, qu'il existe une force universelle de gravité. Les physiciens et astronomes ont tenté diverses expériences pour trouver des variations dans les constantes. En fin de compte, il faut une quantité énorme de données pour détecter des variations incroyablement minuscules. Les scientifiques peuvent y parvenir soit en examinant un système pendant de très longues périodes, soit en observant profondément dans le cosmos. Dans les deux cas, nous pouvons tester si une constante ou une autre a changé avec le temps. Par exemple, les astronomes ont utilisé des mesures de lointains quasars, des sources extrêmement brillantes d'émission radio de l'univers primitif. Ils ont également étudié le fond diffus cosmologique, le rayonnement émis lorsque l'univers s'est refroidi d'un état de plasma chaud il y a des milliards d'années. Si des constantes comme la vitesse de la lumière, la force de la gravité ou même la masse de l'électron étaient différentes à cette époque reculée, nous devrions pouvoir voir un léger changement dans l'apparence de ces objets astronomiques. En d'autres termes, ils devraient paraître différents que dans un univers où les constantes sont vraiment constantes. Plus près de nous, les physiciens étudient les vibrations des atomes, comme ceux utilisés dans les horloges atomiques, pour chercher des écarts par rapport à une constance pure. Quoi qu'il en soit, nous n'avons observé aucun indice de quoi que ce soit d'autre qu'une pure uniformité. Et ce sont des mesures incroyablement précises. Pour beaucoup de constantes, nous avons confirmé leur constance à moins d'un changement d'un milliardième par an. - Comment savons-nous que les constantes fondamentales sont constantes ? Nous ne le savons pas. - Qu'est-ce que la constante gravitationnelle ? - Les problèmes de la physique moderne Nous ne pourrons jamais prouver à 100% que les constantes sont vraiment constantes. C'est parce qu'il y a toujours une certaine incertitude dans nos mesures, donc il y aura toujours place à une possible variation, même si elle est incroyablement minuscule. Mais pour l'instant, les constantes fondamentales de la nature semblent constantes, et nous ne savons pas pourquoi elles ont les valeurs qu'elles ont. Nous croyons fermement que l'histoire des découvertes en physique n'est pas terminée et qu'il reste beaucoup à découvrir dans les mystères de l'univers. Mais pour le moment, nous devons vivre avec les constantes fondamentales telles qu'elles semblent être : des nombres bruts qui défient l'explication.
