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Comment pouvons-nous détecter d’autres dimensions ?

voyage autres dimensions

Se pourrait-il qu’il existe d’autres dimensions, en plus de nos trois dimensions spatiales connues ? Si cela se confirme un jour, à quoi peuvent ressembler ces dimensions supplémentaires ?

De nos jours, les scientifiques sont à la recherche de « la théorie du tout « . Cette théorie, une fois révélée, permettrait d’unifier la mécanique quantique et relativité générale en un seul et unique théorème.

En d’autres termes, « la théorie du tout » serait la description mathématique la plus simple possible de l’espace, du temps, de toute la matière et des forces de l’univers jusqu’au niveau le plus élémentaire.

L’une des idées les plus avant-gardistes se trouve dans la théorie des cordes. Seulement, cette hypothèse fait appel à l’existence de dimensions additionnelles, autres que nos trois dimensions spatiales.

Par exemple, la théorie des supercordes fait appel à un monde en 10 dimensions. Quant à la théorie des cordes à bosons, celle-ci implique un univers à 26 dimensions.

Cependant, il ne faut pas confondre dimensions supplémentaires et univers parallèle. En effet, le terme « autres dimensions » est souvent employé à tort pour désigner d’autres univers parallèle où s’appliquent d’autres lois. Dans cet article, le point sur la recherche d’autres dimensions spatiales.

Qu’est-ce qu’une dimension ?

Dans un premier temps, il faut définir précisément ce qu’est une dimension. Pour les scientifiques, le mot dimension indique une direction possible du mouvement.

Dans notre monde en trois dimensions, il existe trois directions possibles du mouvement qui peuvent se résumer ainsi. De haut en bas, de gauche à droite ou d’avant en arrière.

Pour créer une dimension, il suffit tout simplement de tracer une droite. Ainsi, le mouvement de long de cette droite génère une dimension. Si l’on trace une ligne perpendiculaire à cette droite, nous obtenons un plan qui génère une deuxième dimension.

Sur le même principe, pour générer une troisième dimension, tracer une ligne perpendiculaire aux deux premières.

Les différentes dimensions spatiales

Les différentes dimensions spatiales qui nous sont familières.

 

Chacune de ces dimensions à une direction unique où l’on peut se déplacer.

Est-il possible d’avoir plus de trois dimensions spatiales ?

Un espace constitué de trois dimensions spatiales, reste la seule référence que nous possédons. De ce fait, s’imaginer à quoi pourraient ressembler d’autres dimensions reste quelque peu difficile à visualiser.

Cependant, rien n’interdit l’existence de ces dimensions supplémentaires. En effet, une description mathématique de l’univers peut parfaitement comprendre 5, 10, 26 ou encore 100 dimensions, comme le soutiennent les théories les plus abouties.

Seulement, pourquoi nous ne les percevons pas ?

Nous sommes, par l’expérience, persuadés qu’il n’existe que trois dimensions spatiales. Cependant, cette conviction pourrait être une simple production de notre esprit. En effet, il est probable que notre cerveau soit tout simplement incapable de déceler une dimension supplémentaire.

Il faut savoir, que notre vision du monde, repose sur une construction du cerveau et de la conscience qui sont reliés par nos 5 sens. En d’autres termes, notre expérience du réel se crée à travers nos sens.

Seulement, ces mêmes sens sont limités. Par exemple, le spectre de lumière visible par l’homme ne correspond qu’a une partie du spectre électromagnétique. Il en est de même avec les ultrasons, trop élevés pour être perçus par l’oreille humaine.

Or, ce n’est pas parce que nous ne percevons pas, par nos sens, l’ultraviolet ou les ultrasons qu’ils n’existent pas.

Par ailleurs, nous sommes physiquement insensibles à certains éléments présents dans notre univers. Chaque seconde le corps humain est traversé par un nombre incalculable de neutrinos, sans interagir avec celui-ci.

Autre exemple, la matière noire est présente à 27% dans l’univers, seulement, là encore, nous n’avons aucune interaction physique avec elle.

Tout ceci nous laisse penser, qu’il est effectivement possible, que des dimensions supplémentaires existent sans interagir avec notre monde physique.

Est-il possible de percevoir une dimension supplémentaire ?

Supposer l’existence de dimensions supplémentaire, est la meilleure hypothèse que nous détenons à ce jour, pour décrire le monde dans son intégralité. Cependant, nous ne les avons jamais découvertes, pourquoi ?

Pour mieux comprendre, imaginez à quoi pourrait ressembler la vie en 2 dimensions. Pour vous familiariser avec cette idée, pensez au célèbre jeu PAC MAN.

Alors que notre Pac Man mène une vie paisible sur ce plan en 2 D, imaginez que lors de ses allées et venues, un objet en 3 dimensions (un cube) fasse soudainement son apparition devant lui.

Dans ce monde 2D, il ne percevrait pas un cube 3D, mais un carré 2D qu’il lui faudra contourner.

Insérer un objet 3D dans un plan 2D

Interaction d’un objet 3D dans un monde 2D

La conscience et la perception de notre Pac Man se limitent à ce qui se trouve dans ce plan. Ainsi, vous pourrez constater que ce monde est plat, uniquement si vous avez un point de vue en 3 dimensions.

Il pourrait en être de même pour notre monde 3D qui flotterait dans un espace aux dimensions plus élevées.

Mais attention, cela ne va pas dire qu’il nous est impossible de détecter une dimension supplémentaire, nous l’aborderons un peu plus loin.

À quoi ressemblerait notre monde vue d’une autre dimension ?

S’imaginer une vision du monde d’un point de vue 4D est assez abstrait. Cependant, nous pouvons élargir ce concept aux dimensions inférieures. Ainsi, si nous faisons une mise à jour de notre cerveau de manière à percevoir un monde 3D d’un point de vue 2D, à quoi cela pourrait ressembler ?

Imaginez un instant, être une personne 2D, ayant le pouvoir de vous déplacer dans un monde 3D. Vos déplacements s’effectueraient toujours en 2D, en vous déplaçant de haut en bas et de gauche à droite.

Seulement, si vous aviez les capacités de voyager dans ce monde 3D, vous auriez la possibilité d’accéder à plusieurs plans, comme dans l’image ci-dessous avec notre célèbre Mario.

Vision d'autres dimensions

Notre célèbre plombier se promène dans un monde en 3 Dimensions, avec un esprit 2D. Chaque plan serait comme une dimension parallèle aux autres.

Cependant, vos sens et votre perception 2D ne vous permettraient pas de vous déplacer en direction de cette troisième dimension. Il vous faudrait alors trouver un subterfuge pour voyager dans ces autres dimensions, représentées par les différents plans. Chacune de ces dimensions, contient sa propre réalité et ses propres évènements.

Si l’on reprend cette idée, mais que nous l’adoptons à notre situation, nous nous retrouvons également avec une nouvelle direction, sans pouvoir nous y déplacer.

visualisation de mondes parallèles

Notre univers 3D flotterait à l’intérieur d’une quatrième dimension.

Toutefois, cette dimension serait différente des trois dimensions linéaires que nous connaissons. De ce fait, on peut dire avec une grande certitude qu’il n’existe pas de dimension comparable à celles qui nous sont habituelles.

De quoi seraient constituées ces dimensions additionnelles ?

Imaginer la composition de ces dimensions additionnelles, reste assez spéculatif. Dans ces autres dimensions, nous pouvons très bien retrouver des particules qui nous sont familières.

À l’inverse, toutes les particules, mais également les forces connues de notre univers, pourraient ne pas avoir la possibilité de pénétrer dans cette dimension. De ce fait, rien n’interdit l’existence de cette dimension impénétrable. Il nous serait tout simplement très difficile, voir impossible, de la découvrir.

Par ailleurs, ces dimensions supplémentaires pourraient très bien être « accessibles », mais indétectables.

En effet, c’est d’ailleurs à ce genre de dimensions, que les physiciens font référence dans la théorie des cordes.

Selon eux, ces dimensions supplémentaires pourraient être des dimensions à boucle. Cela signifie que tout déplacement dans ce genre de dimensions, vous mènerait obligatoirement au point de départ.

De plus, ces dimensions à boucle, seraient d’une taille infiniment petite. Cette hypothèse expliquerait pourquoi nous n’avons toujours pas réussi à détecter ces dimensions additionnelles comme le prévoit la théorie des cordes.

Pour visualiser une dimension à boucle, prenez l’exemple d’une ficelle. De loin, celle-ci nous apparait comme une ligne, formant une seule et unique dimension. Maintenant, zoomer sur cette ficelle, elle vous apparaitra de forme cylindrique, comme une dimension à boucle.

représentation d'une dimension à boucle

De loin ce support apparait comme linéaire avec une seule dimension obligeant un déplacement latéral. En zoomant dessus, on se rend compte que l’on peut tourner autour, comme une dimension à boucle.

Sur le même principe, notre univers pourrait être composé d’infimes dimensions à boucle comme le soutient la théorie des cordes.

Il est à noter, que les dimensions dans lesquelles nous nous déplaçons quotidiennement peuvent très bien être à boucle, mais sur une échelle infiniment grande.

Pourquoi il existerait d’autres dimensions ?

Les physiciens ont de bonnes raisons de rechercher ces hypothétiques dimensions, car leur découverte permettrait de répondre à des questions plus profondes sur l’univers.

L’une des forces qui dérangent les scientifiques est la gravité. La question que se pose la science aujourd’hui est, pourquoi la gravité est-elle si faible par rapport aux autres forces de l’univers ?

Bien que les trois autres forces présentent des différences entre elles, la force de gravité est bien plus petite que les trois autres pourquoi ?

Pour visualiser la faiblesse de la gravité, prenez un simple aimant. Vous constaterez qu’il parvient à défier la gravité, en soulevant par exemple, un clou en métal dans les airs.

Mais en réalité, peut-être que cette gravité est aussi forte que l’électromagnétisme, mais qu’elle est tout simplement diluée dans notre monde.

La raison de cette atténuation pourrait venir de gravitons, qui s’échapperaient dans d’autres dimensions supplémentaires, que nous ne parvenons pas à percevoir.

Comment découvrir ces dimensions supplémentaires ?

Vous connaissez sans doute le célèbre LHC, le grand collisionneur de hadrons ? C’est grâce à cet appareil que les chercheurs espèrent pouvoir démontrer l’existence de ces dimensions additionnelles.

L’une des possibilités serait de trouver des traces de particules qui ne peuvent exister que s’il y a réellement des dimensions supplémentaires.

Les théories qui supposent l’existence de dimensions supplémentaires prédisent que, tout comme les atomes ont un état fondamental à basse énergie et des états excités à haute énergie, les particules standard auraient des versions plus lourdes dans d’autres dimensions.

En d’autres termes, si une particule se déplace dans une autre dimension, celle-ci nous apparaitrait avec une énergie supplémentaire. Cette énergie supplémentaire émergerait dans notre dimension sous forme d’une masse supplémentaire. (E=mc2, masse et énergie sont équivalentes).

Ces versions plus lourdes des particules sont appelées des états de Kaluza-Klein. Si l’on parvenait à observer des particules semblables au boson Z ou au W (les bosons Z et W étant des porteurs de la force électrofaibles) ayant une masse par exemple 100 fois plus grande, cela pourrait indiquer la présence de dimensions supplémentaires.

Ces particules lourdes peuvent être révélées uniquement à des énergies élevées, comme celles atteintes par le grand collisionneur de hadrons (LHC). (Source: CERN)

Notre univers n’est pas comme nous l’imaginons.

Nous avions abordé dans notre article « Qu’est-ce que l’univers, de quoi le monde qui nous entoure est-il fait ? » que nos connaissances sur l’univers sont limités.

Dans cet article, nous mettons en avant le fait que la géométrie même de l’espace-temps reste une énigme.

La compréhension du monde qui nous entoure est une formidable quête, qui nous prouve que l’univers dans lequel nous vivons et bien différent de celui que nous imaginons .

Quelles seraient les conséquences si l’on découvrait l’existence de dimensions supplémentaires ? que contiendraient-elles ? Une énergie, de nouvelles régions de l’espace, d’autres formes de vie ?

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