Caltech, premier semestre 1974. Le physicien français Joël Scherk est venu travailler avec John Schwarz sur une théorie que presque tout le monde a abandonnée. Elle devait décrire les particules sensibles à la force nucléaire forte, et elle a échoué. Pire : ses équations font apparaître une particule sans masse dont personne ne veut. Les deux chercheurs décident, par entêtement, de regarder ce défaut en face. Ils découvrent que cette particule importune se comporte exactement comme le prévoit la relativité générale d’Einstein. Une théorie ratée de la force nucléaire vient peut-être de livrer une théorie de la gravité.
LE DÉCLIC EN IMAGE
Une image pour comprendre la proposition
Une corde ordinaire peut prendre plusieurs formes de vibration. Cette analogie aide à présenter l’idée, sans prouver l’existence de cordes fondamentales.
Une même corde sert de support dans cette comparaison.
Elle peut vibrer suivant différentes formes.
La théorie explore l’idée d’états associés à des particules différentes.
LES BASESLes bases, si vous découvrez le sujet
- Graviton
- La particule qui porterait la gravité, comme le photon porte la lumière. Elle n’a jamais été détectée.
- Dimension
- Une direction indépendante dans laquelle on peut se déplacer. Nous en percevons trois d’espace, auxquelles s’ajoute le temps.
- Théorie scientifique
- Un cadre pour expliquer des phénomènes et faire des prévisions. Son nom seul ne dit pas si ses prévisions ont été confirmées.
Au fil de cette lecture
Une théorie née d’un échec
Tout commence en 1968, quand le physicien Gabriele Veneziano propose une formule pour décrire certaines collisions de particules soumises à l’interaction forte, celle qui soude le noyau. On comprend peu après que cette formule décrit des objets étendus en forme de fil : des cordes. Mais au début des années 1970, une autre théorie, la chromodynamique quantique, explique beaucoup mieux la force forte. Les cordes semblent condamnées.
Elles traînaient en outre un embarras. Une corde refermée sur elle-même possède, parmi ses états possibles, une particule de masse nulle qui n’existe pas parmi les particules du noyau. Pour Scherk et Schwarz, ce boulet devient un trésor : en 1974, ils montrent qu’à basse énergie cette particule obéit aux lois de la gravitation. C’est le graviton, le grain hypothétique de la gravité, comme le photon est celui de la lumière. Au Japon, Tamiaki Yoneya parvient à la même conclusion de son côté.
Le graviton, raison de tout l’intérêt
Pourquoi cette découverte change-t-elle tout ? Parce que la gravité résiste depuis des décennies aux règles quantiques qui gouvernent les trois autres forces. Quand on tente de la traiter comme elles, les calculs produisent des quantités infinies dès que l’on descend à de très courtes distances. Une corde n’est pas un point : son extension adoucit ces distances minuscules, et les infinis disparaissent. Pour Scherk et Schwarz, la conclusion s’impose : les constituants fondamentaux pourraient être des cordes plutôt que des points.
Ce changement de cible a un prix vertigineux. Pour décrire la gravité, la taille des cordes doit passer de l’échelle du noyau à celle dite de Planck, soit un saut de près de vingt ordres de grandeur. L’image de la guitare prend alors son sens : une seule sorte de corde, vibrant de différentes manières, donnerait toutes les particules connues, comme une même corde produit plusieurs notes. La comparaison s’arrête là : ces cordes ne seraient faites de rien de plus petit, et elles ne joueraient aucun son.
Dix dimensions pour tenir debout
La théorie pose une condition étrange. Pour être cohérente, la version la plus simple exige 26 dimensions d’espace-temps. Celle des supercordes, qui inclut aussi les particules de matière, en demande 10 : neuf d’espace et une de temps. On en connaît cinq versions distinctes. En 1995, Edward Witten avance qu’elles sont reliées entre elles et à une description à onze dimensions ; l’ensemble prend le nom de théorie M.
Où seraient ces dimensions en trop ? Repliées sur elles-mêmes, à une taille si petite que rien ne les révèle. Le CERN propose une image : un funambule sur son câble ne peut qu’avancer ou reculer, tandis qu’une fourmi peut aussi en faire le tour. Une dimension minuscule, invisible à notre échelle, deviendrait accessible à une échelle plus fine. Scherk et Schwarz voyaient déjà dans ce repliement une chance plutôt qu’une gêne.
Hors de portée des accélérateurs
Le problème est l’échelle. La longueur de Planck, où la gravité devient aussi quantique que le reste, s’écrit en mètres avec trente-quatre zéros après la virgule avant le premier chiffre significatif. L’énergie correspondante est près d’un million de milliards de fois supérieure aux 13,6 téraélectronvolts des collisions du LHC, le plus puissant accélérateur du monde. Aucun accélérateur actuel n’approche de telles énergies.
Les physiciens cherchent donc des traces indirectes. Le CERN décrit ce que donneraient au LHC des dimensions supplémentaires relativement grandes : des copies plus lourdes de particules connues, ou des gravitons qui s’échapperaient en emportant de l’énergie. Mais ces scénarios ne sont pas propres aux cordes, et rien de tel n’a confirmé la théorie. David Tong, professeur à Cambridge, l’écrit sans détour dans son cours : il n’existe aucune preuve expérimentale que la théorie des cordes décrive notre monde.
Un paysage trop vaste
La critique la plus profonde vient de la théorie elle-même. Selon la manière dont les dimensions supplémentaires se replient, les lois de la physique à notre échelle changent : masses des particules, intensité des forces, énergie du vide. Or les manières de se replier sont innombrables. En 2003, Leonard Susskind décrit ce « paysage » de solutions comme inimaginablement grand et divers. Une théorie capable de décrire presque n’importe quel univers peine à prédire celui dans lequel nous vivons. Pour ses critiques, elle sort ainsi du champ de ce que l’expérience peut réfuter.
Ses défenseurs répondent qu’elle reste un cadre cohérent pour unir gravité et physique quantique, et qu’elle a déjà fourni des outils précieux aux mathématiciens et à l’étude des forces nucléaires, ironie de l’histoire. Il fallut une décennie, après 1974, pour que la communauté se passionne pour cette idée. En 2009, Tong résumait l’état des choses : nous ne saurons peut-être pas de notre vivant si la théorie est juste ou fausse. Et il ajoutait qu’il espérait se tromper.
Ce qu’on garde en tête.
- La théorie des cordes est née en 1968 pour décrire la force nucléaire ; elle contient le graviton, d’où son statut de candidate à une théorie quantique de la gravité.
- Sa cohérence exige 10 dimensions d’espace-temps (11 pour la théorie M), dont six ou sept seraient repliées hors de portée.
- Les énergies en jeu dépassent celles du LHC d’un facteur proche du million de milliards, et le « paysage » de ses solutions la prive pour l’instant de prédiction testable.
Ce que l’on sait. Ce qui reste ouvert.
La théorie des cordes n’est pas confirmée expérimentalement comme description de notre Univers. Les énergies en jeu dépassent de très loin celles des accélérateurs actuels, et la théorie ne fournit pas aujourd’hui de prédiction testable qui lui soit propre. Les analogies musicales et les dimensions cachées présentent des idées de recherche, pas des découvertes établies.
LE DÉCLIC / À VOUS DE VOIR
Une même corde, plusieurs façons de vibrer.
Une corde classique à extrémités fixes, représentée à un instant donné. Cette analogie ne représente pas une corde fondamentale et n’en prouve pas l’existence.
UN PETIT DÉCLIC POUR LA ROUTE
Pourquoi tant de physiciens s’intéressent-ils à la théorie des cordes depuis les années 1970 ?
Remonter à la source.
- String Theory — Lecture NotesDavid Tong · Cambridge · Cours avancé en anglais : cordes bosoniques, introduction aux supercordes↗
- Souvenirs de collaborations avec Joël ScherkJohn H. Schwarz · Caltech, 2000 · Témoignage historique, anglais↗
- Dual Models for NonhadronsScherk et Schwarz · Nuclear Physics B, 1974 · Notice INSPIRE↗
- Dynamique des théories des cordes en diverses dimensionsEdward Witten · Nuclear Physics B, 1995 · Article de recherche, anglais↗
- The Anthropic Landscape of String TheoryLeonard Susskind · 2003 · Conférence, anglais↗
- Longueur de PlanckNIST · Valeurs CODATA des constantes fondamentales↗
- Énergie de Planck exprimée en GeVNIST · Valeurs CODATA des constantes fondamentales↗
- Le Grand collisionneur de hadronsCERN · Fiche de présentation, anglais↗
- Dimensions supplémentaires et gravitonsCERN · Introduction en français ; scénarios hypothétiques↗
Sources consultées le 9 octobre 2026. Rédaction assistée par IA, sans relecture indépendante d’expert à ce stade.
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