Où l’on parle de la 5e dimension de l’Univers

Comment l’Univers est-il fait ? De nombreux scientifiques ont proposé leur hypothèse quant à la structure de l’Univers et la façon dont ses éléments interagissent. En 1905, Albert Einstein a développé sa Théorie Spéciale de la Relativité qui montre que l’espace est intimement connecté au temps par l’intermédiaire de la vitesse limite de la lumière. Cela veut dire que nous vivons dans un Univers avec quatre dimensions de l’espace-temps. Dans la vie de tous les jours, l’on considère ainsi que l’Univers comprend 3 dimensions de l’espace et une dimension du temps. Dans ce cas, une cinquième dimension représenterait une dimension supplémentaire de l’espace.

D’autres chercheurs ont proposé une cinquième dimension de façon indépendante. Il s’agit des physiciens Oskar Klein et Theodor Kaluza en 1920, et ils se sont inspirés de la théorie d’Einstein sur la gravité. Cette théorie montre que la masse déforme l’espace-temps en 4 dimensions. Mais comme il n’est pas possible de percevoir ces 4 dimensions, on n’attribue pas le mouvement en présence d’un objet massif comme une planète à cette courbure mais plutôt à une « force » de gravité.

Une photo de l'espace
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A l’époque, on pouvait se poser la question de savoir si l’autre force qui est la force électromagnétique pouvait être expliquée par la courbure d’une dimension supplémentaire de l’espace.

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La réponse de Kaluza et Klein

Par rapport à cette question, Kaluza et Klein ont découvert que la force électromagnétique pouvait effectivement s’expliquer de cette façon. Toutefois, comme cette force est 1 040 fois plus forte que la gravité, la courbure de la dimension supplémentaire devait être si grande qu’elle est enroulée très étroitement, l’ensemble devenant même plus petit qu’un atome. Il serait impossible de la détecter. Lorsqu’un électron se déplace à travers l’espace, il tournerait ainsi autour de la 5ème dimension, tel un hamster dans sa roue.

Cette théorie de Kaluza et Klein sur la 5ème dimension s’est cependant heurtée contre un mur lorsqu’on a découvert l’existence de deux autres forces fondamentales qui opèrent à un niveau atomique. Il s’agit de l’interaction forte et l’interaction faible.

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L’avènement de nouvelles théories

Près de 50 ans plus tard, l’idée d’une 5ème dimension expliquant des forces est revenue sur le tapis avec l’avènement de la « théorie des cordes ». Cette dernière voit les blocs fondamentaux de l’Univers non pas comme des particules mais comme des petites cordes d’énergie et de masse. Pour représenter les 4 forces, les cordes vibrent dans un espace-temps à 10 dimensions, parmi lesquelles six dimensions spatiales sont enroulées de manière bien plus petite qu’un atome.

Avec la théorie des cordes, l’idée est apparue que l’Univers pourrait être une île à 3 dimensions ou « brane ». Celle-ci flotterait dans un espace-temps à 10 dimensions. Avec cela, il y a la possibilité d’expliquer pourquoi la gravité est tellement plus faible que les trois autres forces fondamentales. Tandis que les trois forces sont épinglées à la brane, la gravité s’échapperait des 6 autres dimensions de l’espace, ce qui « dilue » sa force sur la brane.

Un autre moyen permettant à une 5ème dimension d’exister, et où celle-ci est tellement incurvée qu’on ne peut pas la voir, a été proposé par les physiciens Lisa Randall et Raman Sundrum en 1999. Une dimension spatiale supplémentaire pourrait même expliquer l’un des plus grands mystères de l’Univers qui est la nature de la « matière noire », cette matière invisible qui semble être 6 fois plus massive que les étoiles et les galaxies.

En 2021, un groupe de physiciens du Johannes Gutenberg University à Mainz en Allemagne a suggéré que la gravité de particules jusqu’ici inconnues et se propageant dans une 5ème dimension cachée pourrait peut-être se manifester dans notre Univers à 4 dimensions comme la gravité supplémentaire que l’on attribue à la matière noire.

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