La valeur mystérieuse de la constante
Illustration de la façon dont la gravité d'une galaxie courbe l'espace-temps selon la théorie de la relativité générale d'Einstein (Image : Bibliothèque scientifique).
En observant le ciel nocturne, on se demande souvent pourquoi l'univers existe ainsi : la vie, les étoiles, les planètes et même les humains. Cependant, peu de gens savent que tout dans l'univers est régi par un ensemble particulier de nombres, appelés constantes fondamentales de la nature.
Ces nombres ne sont pas des inventions humaines, mais des valeurs fixes qui décrivent la manière dont les forces et la matière dans l’univers interagissent les unes avec les autres.
Par exemple, la vitesse de la lumière dans le vide est toujours d’environ 299 792 458 m/s, la constante gravitationnelle G est de 6,674 x 10⁻¹¹ m³/kg/s², ou la masse d’un électron est de 9,1 x 10⁻³¹ kg…
Ces nombres, même légèrement modifiés, pourraient engendrer un univers complètement différent, voire l'apparition de la vie. La grande question est : pourquoi ces nombres ont-ils ces valeurs ? D'où viennent-ils ? Sont-ils aléatoires ?
Grâce à la physique, nous pouvons construire des équations et des modèles très précis pour décrire le monde , de la chute d'une pierre à l'expansion de l'univers entier. Cependant, chaque équation doit être alimentée par des valeurs d'entrée, c'est-à-dire des constantes.
Elles sont comme les « poutres » qui soutiennent l'édifice de la physique moderne. Mais étrangement, aucune théorie actuelle ne peut expliquer leur origine. Les scientifiques ne peuvent que mesurer leurs valeurs expérimentales et les intégrer à des modèles.
Imaginez que vous simulez le mouvement d'une balle. Vous pouvez utiliser les lois de Newton pour décrire la force, mais vous devez connaître « l'intensité de la force gravitationnelle ». Cette information ne provient pas du modèle, elle doit être mesurée dans la réalité.
De même, des constantes telles que l’intensité de la force électromagnétique, la constante de Planck ou le rapport des particules élémentaires sont tous des paramètres « donnés » qui ne peuvent pas être calculés à partir de la théorie sous-jacente actuelle.
Les constantes sont-elles vraiment « invariantes » ?
Einstein est celui qui a proposé la théorie générale de la relativité, qui inclut le concept de constante gravitationnelle G - une quantité indispensable pour décrire le degré de « courbure » de l'espace-temps (Photo : Getty).
La question devient plus intrigante lorsque les physiciens se demandent : ces chiffres sont-ils vraiment « constants », c’est-à-dire qu’ils ne changent jamais ?
Si l’un d’entre eux change, même légèrement, au fil du temps, de l’espace ou des circonstances physiques, cela signifie qu’ils ne sont pas vraiment fondamentaux, mais simplement des manifestations d’une théorie plus profonde que les humains n’ont pas encore découverte .
Pour tester cela, les scientifiques ont conçu une série d'expériences extrêmement précises, sur Terre et dans l'espace. En laboratoire, ils utilisent des horloges atomiques. Ce sont des dispositifs extrêmement sophistiqués capables de détecter les plus infimes variations dans les vibrations des atomes et de suivre l'évolution temporelle de constantes telles que la constante de structure fine (CSF).
À ce jour, la précision des mesures a atteint le niveau permettant de détecter un changement d’une partie par milliard par an, mais aucun changement significatif n’a été enregistré.
Du côté astronomique, les chercheurs ont observé la lumière des quasars – des objets célestes extrêmement brillants situés à des milliards d'années-lumière de la Terre. Ils ont également analysé le fond diffus cosmologique (CMB). Il s'agit des vestiges de lumière datant de la formation de l'univers.
L'idée est que si les constantes avaient changé dans un passé lointain, la lumière des objets célestes lointains aurait été affectée et aurait une apparence différente. Pourtant, les observations ont montré l'étrange stabilité de ces constantes.
Il est important de noter que nous ne pouvons pas être sûrs à 100 % qu'elles soient constantes. Même si aucun changement n'est détecté, toute mesure comporte toujours une part d'incertitude, et il est donc toujours possible que les constantes changent, mais à un rythme trop faible pour être détecté.
L'univers recèle encore de nombreux mystères
Les constantes fondamentales ne sont pas de simples nombres, elles constituent le fondement de l'existence même de l'univers. Elles déterminent l'interaction des forces, la formation des atomes, la combustion des étoiles et le développement de la vie.
Si ces chiffres étaient erronés d’une fraction seulement, l’univers serait probablement aussi vide, chaotique ou complètement sans vie que nous le connaissons.
Pourtant, la science n'a toujours pas de réponse à leur nature. Ces constantes sont-elles le fruit du hasard ? Ou sont-elles la manifestation d'une théorie cosmologique plus profonde, dépassant notre compréhension actuelle ?
Nous n’avons peut-être pas encore les réponses, mais continuer à poser des questions et à en apprendre davantage pourrait conduire l’humanité à un tournant majeur dans la physique moderne – de la même manière que la relativité et la mécanique quantique ont bouleversé la science du XXe siècle.
Source : https://dantri.com.vn/khoa-hoc/thu-gi-am-tham-chi-phoi-ca-vu-tru-20250525082833517.htm
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