Garrett Lisi sur la théorie du Tout.

Waoh, mec. Regarde un peu ces équations d'enfer. Cool. A vrai dire, pendant les prochaines 18 minutes je vais m'appliquer à décrire la beauté de la physique, sans équations. Les coraux ont beaucoup à nous apprendre. Le corail est un animal à la fois très beau et très inhabituel. Chaque tête de corail est constituée de milliers de polypes distincts. Ces polypes bourgeonnent et se ramifient en permanence donnant naissance à des voisins génétiquement identiques. En imaginant que les coraux sont des êtres hyper-intelligents il est possible d'en choisir un et de lui poser une question tout à fait raisonnable. On peut lui demander comment il a fait pour se retrouver en ce lieu précis plutôt qu'à la place d'un de ses voisins. Si c'était juste la chance, le destin, ou autre chose ?

Après nous avoir reproché le réchauffement planétaire, il nous dirait que notre question est complètement stupide. Les coraux peuvent être plutôt méchants, j'ai des cicatrices qui le prouvent. Mais ce polype continuerait et nous dirait que ses voisins sont des copies clairement identiques à lui-même. Qu'il était dans tous ces autres lieux, mais qui les vivait à travers les autres. Pour un corail, se ramifier en plusieurs copies est la chose la plus naturelle du monde.

Contrairement à nous, un corail super-intelligent serait parfaitement préparé à comprendre la mécanique quantique. Les mathématiques de la mécanique quantique décrivent très précisément la façon dont notre univers fonctionne. Et elles nous disent que notre réalité bifurque continuellement vers de nouvelles possibilités ; tout comme le corail. C'est quelque chose d'étrange, difficile à imaginer puisque nous ne vivons jamais qu'une seule de ces possibilités. Cette étrangeté quantique fut d'abord décrite par Erwin Schrödinger et son chat. Le chat préfère cette version. (Rires) Dans cette version, Schrödinger et un échantillon radioactif sont dans une boite. L'échantillon, selon les lois de la mécanique quantique, bifurque vers un état dans lequel il irradie et n'irradie pas. (Rires). Si l'échantillon irradie il active un interrupteur qui relâche du poison et Schrödinger est mort. Mais dans une réalité alternative, il reste en vie. Ces réalités sont vécues séparément par chaque individu. En ce qui les concerne, l'autre n'existe pas.

Cette idée nous semble étrange parce que chacun de nous ne vit qu'une existence distincte des autres et il ne nous est pas offert de voir les autres possibilités. C'est comme si chacun de nous, tel Schrödinger ici, était une sorte de corail se ramifiant vers différentes possibilités. Les mathématiques de la mécanique quantique nous disent que le monde fonctionne ainsi au niveau de l'infiniment petit. Ce qui peut être résumé en une seule phrase : Tout ce qui peut se produire a lieu. C'est la mécanique quantique. Mais cela ne veut pas dire que tout se produit. Le reste des sciences physique décrit ce qui peut se passer et ce qui ne peut pas. Ce que la physique nous dit, c'est que tout se réduit à la géométrie et aux interactions entre particules élémentaires. Et rien ne peut se produire sans que ces interactions soient parfaitement équilibrées.

Je vais maintenant expliquer comment nous connaissons ces particules, ce qu'elles sont, et comment cet équilibre fonctionne. Dans cette machine, un faisceau de protons et d'anti-protons sont accélérés pour atteindre une vitesse proche de celle de la lumière ils entrent en collision ce qui produit une décharge d'énergie pure. L'énergie est immédiatement convertie en une pulvérisation de particules subatomiques entourées de détecteurs et d'ordinateurs destinés à découvrir leur caractéristiques. Cette énorme machine, le Grand Collisionneur de Hadrons [LHC] est au CERN à Genève. Il a une circonférence de 27 kilomètres et, lorsqu'il fonctionne, utilise cinq fois plus d'énergie que la ville de Monterey. Nous ne pouvons pas prévoir précisément quelles particules seront produites lors d'une collision. Nous ne pouvons pas prévoir précisément quelles particules seront produites lors d'une collision. La mécanique quantique nous dit que toutes les possibilités se réaliseront. Mais la physique nous dit quelles sont ces possibilités. La somme masse-énergie des particules créées doit être celle du proton et de l'anti-proton combinés. Toute particule plus massive ne sera pas produite et restera invisible à nos yeux. C'est pourquoi ce nouvel accélérateur de particules est si passionnant. Il va repousser cette limite sept fois plus loin que ce qui a été jamais fait auparavant, donc nous allons voir de nouvelles particules très bientôt.

Mais avant de parler de ce que nous pourrions voir laissez-moi décrire les particules que nous connaissons déjà. Il y a tout un zoo de particules subatomiques. La plupart d'entre nous sont familiers des électrons. Beaucoup de gens dans cette pièce gagnent bien leur vie en les faisaint s'agiter. Beaucoup de gens dans cette pièce gagnent bien leur vie en les faisaint s'agiter. (Rires). Mais l'électron a aussi un partenaire neutre nommé le neutrino, qui n'a pas de charge électrique et a une masse très petite. A l'inverse, les quarks up et down sont très massifs, et se combinent par trois pour faire des protons et des neutrons dans les atomes. et se combinent par trois pour faire des protons et des neutrons dans les atomes. Toutes ces particules de matière possèdent des versions gauche et droite, et des antiparticules partenaires porteurs de charges opposées. Ces particulies familières ont aussi des secondes et troisièmes générations, moins familières, qui ont les mêmes charges que les premières mais des masses bien supérieures. Ces particules interagissent toutes avec les différentes particules de force. La force électromagnétique interagit avec la matière chargée électriquement. via des particules appelées photons. Il y a aussi une force très faible appelée, sans imagination, la force faible, et qui interagit seulement avec la matière gauche. La force forte agit entre les quarks qui possèdent un type de charge différent, nommée charge de couleur, et il en existe trois variétées: rouge, vert et bleu. Vous pouvez vous en prendre à Murray Gell-Mann pour ces noms - c'est de sa faute. Vous pouvez vous en prendre à Murray Gell-Mann pour ces noms - c'est de sa faute. Finalement il y a la force gravitationelle, qui interagit avec la matière en fonction de sa masse et son spin.

Le plus important est de comprendre qu'il y a un type de charge différent associé avec chacune de ces forces. Ces quatres forces interagissent avec la matière selon les charges que possède chaque particule. Une particule qui n'a pas encore été vue mais dont nous somme presque certains de l'existence est la particule de Higgs, qui donne leur masse à toutes les autres particules. La fonction principale du LHC est de voir cette particule de Higgs, et nous somme presque certains qu'il la verra. Mais le plus grand mystère, c'est ce que nous verrons d'autre. Et je vais vous présenter une magnifique possibilité vers la fin de cette présentation.

Bon, si nous comptons toutes les particules avec leur spins et leur charges, ça en fait 226. Ca fait beaucoup de particules à gérer et il semble étrange que la nature aie tant de particules élémentaires. Mais si nous les plaçons sur un graphe, en suivant leur charges de superbes motifs apparaissent. La charge la plus familière est la charge électrique. Les électrons ont une charge électrique négative. Et les quarks vont toujours par trois. Donc lorsque deux quarks hauts et un quark bas sont combinés pour faire un proton, celui-ci a une charge électrique totale de plus un. Les particules ont aussi des antiparticules qui ont des charges opposées. En fait, il se trouve que les charges électriques sont la combinaison de deux autres charges: l'hypercharge et la charge faible. Si nous séparons l'hypercharge et la charge faible et plaçons ces particules chargées dans cet espace à deux dimensions, la charge électrique indique là où ces particules se situent le long de l'axe vertical. La force électromagnétique et la force faible interagissent avec la matière selon leur hypercharge et leur charge faible, ce qui forme ce motif. selon leur hypercharge et leur charge faible, ce qui forme ce motif. C'est ce qu'on appelle le Modèle Electrofaible Unifié, et il fut construit en 1967.

C'est à cause de la particule de Higgs que la plupart d'entre nous connaissent la charge électrique et non ces deux autres. La particule de Higgs, ici à gauche, a une large masse et brise la symétrie de ce motif électrofaible. Elle rend la force faible très faible en donnant aux particules faibles une très grande masse. Puisque l'énorme Higgs se trouve le long de l'axe horizontal dans ce diagramme, les photons de l'électromagnétisme restes sans masse et interagissent avec la charge électrique le long de l'axe vertical dans cet espace des charges. Les forces électromagnétiques et faibles sont donc décrites dans un espace à deux dimensions par cette disposition de particules chargées. Nous pouvons inclure la force forte en séparant les deux directions de sa charge et en représentant les charges des particules de cette force par des quarks le long de ces directions. Les charges de toutes les particules connues peuvent être placées dans un espace de charges à quatre dimensions, et être ensuite projeté en deux dimensions, comme cela, afin que nous puissions le voir.

Lorsque les particules interagissent, la nature maintient tout dans un équilibre parfait le long de ces quatre directions de charges. Si une particule et une antiparticule se rencontrent, cela créé une décharge d'énergie et une charge totale de zéro dans toutes ces directions de charges. Lors de cette collision, tout peut être créé tant que le résultat a la même énergie que celle dégagée et une charge totale de zéro. Par exemple, cette particule liée à la force faible et cette antiparticule peuvent être créées lors d'une collision. Les charges doivent aussi s'équilibrer dans toutes les interactions successives. L'une des particules faibles pourrait se décomposer en un électron et un antineutrino, L'une des particules faibles pourrait se décomposer en un électron et un antineutrino, et ces trois là ont toujours une charge totale nulle. La nature maintient toujours un équilibre parfait. Ces diagrammes ne sont donc pas seulement beaux à voir. Ils nous disent quelles interactions peuvent se produire. Et nous pouvons faire pivoter cette espace de charges à quatre dimensions pour mieux observer l'interaction forte qui a une belle symétrie hexagonale. pour mieux observer l'interaction forte qui a une belle symétrie hexagonale. La force forte fait interagir une particule liée à la force forte, telle que celle-ci, avec un quark de couleur, tel que le vert, là, pour produire un quark avec une nouvelle charge de couleur -- le rouge, ici. Et des interactions fortes se produisent par millions chaque seconde, dans chaque atome de nos corps, maintenant les noyaux atomiques en cohésion.

Mais ces quatre charges liées à ces trois forces ne terminent pas notre histoire. Mais ces quatre charges liées à ces trois forces ne terminent pas notre histoire. On peut aussi inclure deux charges de plus correspondant à la force gravitationnelle. On peut aussi inclure deux charges de plus correspondant à la force gravitationnelle. Lorsque nous les incluions, chaque particule de matière a deux charges de spin, spin-haut et spin-bas. Elles se divisent donc, et nous donnent un beau motif dans un espace de charges à six dimensions. On peut faire pivoter ce motif dans ses six dimensions et voir qu'il est plutôt joli. Pour le moment, ce motif correspond à la totalité de notre savoir sur la façon dont la nature est faite dans l'infiniment petit de ces particules élémentaires. C'est ce dont nous sommes certains. Certaines de ces particules constituent l'extrême limite de ce que nous avons pu atteindre grâce à l'expérimentation. Avec ce motif, nous connaissons la physique des particules à des échelles réduites. La façon dont l'univers fonctionne à ces petites échelles est vraiment magnifique.

Je vais à présent parler d'idées, anciennes et nouvelles, au sujet de ce que nous ne savons pas encore. Nous voulons étendre ce motif en utilisant seulement les mathématiques, et voir si nous sommes capable de d'attrapper le tortilla sans rien faire tomber. Nous voulons trouver toutes les particules et toutes les forces afin de créer une représentation complète de notre univers. Et nous voulons utiliser cette représentation pour prédire quelles nouvelles particules nous observerons lorsque les expérimentations atteindront des niveaux d'énergie supérieurs.

Donc il y a une vieille idée en physique des particules qui dit que ce motif bien connu, qui n'est pas très symétrique, émergerait peut-être d'un motif plus parfait qui a été brisé un peu comme la particule de Higgs supprimait la symétrie du diagramme électrofaible pour créer l'électromagnétisme. un peu comme la particule de Higgs supprimait la symétrie du diagramme électrofaible pour créer l'électromagnétisme. Pour cela il nous faut introduire de nouvelles forces avec de nouvelles directions de charge. Lorsque nous ajoutons une nouvelle direction, nous avons à deviner quelle charge ces particules ont le long de cette direction, et nous pouvons alors les faire pivoter avec les autres. Si nous devinons juste, nous pouvons présenter les charges standard à six dimensions comme une symétrie brisée d'un motif plus parfait à sept dimensions.

Ce choix bien particulier correspond à une grande théorie unifiée introduite par Pati et Salam en 1973. Lorsque nous observons ce nouveau motif unifié, nous pouvons voir quelques trous où les particules semblent manquer. C'est ainsi que les théories unificatrices fonctionnent. Un physicien recherche des motifs plus grands, plus symétriques qui contiennent les motifs déjà établis en tant que sous-ensembles. Le motif plus large nous permet de prédire l'existence de particules qui n'ont jamais été vues. Ce modèle unifié prédit l'existence de ces deux nouvelles particules de force, qui devraient agir en grande partie comme la force faible, mais en beaucoup plus faible.

Nous pouvons maintenant faire pivoter cet ensemble de charges dans sept dimensions et observer un fait étranger au sujet des particules de matière: les deuxièmes et troisièmes générations de matière ont exactement les même charges, dans un espace à six dimensions, que celle de la première génération. Leur charge ne les identifie pas de façon certaine. Dans l'espace de charge standard, ils sont assis les uns sur les autres. Mais si nous travaillons dans un espace de charge à huit dimensions, nous pouvons alors assigner de nouvelles et uniques charges à chaque particule. Nous pouvons ensuite les faire pivoter dans huit dimensions et voir à quoi le motif ressemble. Ici, nous pouvons voir que les deuxième et troisièmes générations de matière sont maintenant liées à la première génération par une symétrie nommée trialité.

Ce motif à huit dimensions est en fait une partie de l'une des plus belles structures géométriques des mathématiques. C'est un motif venu du groupe E8, le plus grand des groupes de Lie. Le groupe de Lie est forme douce et courbe à 248 dimensions. Chaque point de ce motif correspond à une symétrie contenue dans cette forme à la fois très complexe et très belle. Une petite partie de cette forme E8 peut être utilisée pour décrire l'espace-temps courbe de la relativité générale d'Einstein qui explique la gravité. pour décrire l'espace-temps courbe de la relativité générale d'Einstein qui explique la gravité. Avec la mécanique quantique, la géométrie de cette forme pourrait tout expliquer du fonctionnement de notre univers aux échelles les plus petites. Et le motif de cette forme à huit dimensions est incroyablement magnifique et il résume des milliers d'interactions possibles entre ces particules élémentaires, chacune d'entre elles étant juste une facette de cette forme compliquée.

Alors que nous la faisons pivoter, nous pouvons voir de nombreux autres motifs contenu dans celui-ci. Alors que nous la faisons pivoter, nous pouvons voir de nombreux autres motifs contenu dans celui-ci. Et une rotation particulière nous permet de voir au travers de ce motif à huit dimensions le long d'un axe de symétrie et nous voyons toutes les particules en même temps. C'est un très bel et objet, et comme dans toute unification on peut observer des trous là où de nouvelles particules sont requises par le motif. on peut observer des trous là où de nouvelles particules sont requises par le motif. Il y a 20 trous où de nouvelles particules devraient se trouver deux d'entre eux ont été remplis par les particules de Pati et Salam. D'après leur emplacement sur ce motif on devrait voir que ces nouvelles particules devraient être des champs scalaires, telle la particule de Higgs, mais devraient avoir une charge de couleur et devraient interagir avec la force forte. Ajouter ces nouvelles particules complète le motif, ce qui nous donne l'E8 complet.

Ce motif E8 a des racines mathématiques très profondes. Il est considéré par beaucoup comme étant la plus belle structure des mathématiques. Il est considéré par beaucoup comme étant la plus belle structure des mathématiques. La possibilité que cette objet d'une grande beauté mathématique puisse décrire une vérité au sujet de l'interaction entre les particules au niveau de l'infiniment petit est fantastique. Et cette idée selon laquelle la nature est décrite par les mathématiques n'est pas entièrement nouvelle. En 1623 Galilée écrivit ceci: "Le grand livre de la nature, continuellement ouvert devant nos yeux, est écrit dans le language des mathématiques. Ses caractères sont les triangles, les cercles et d'autres figures géométriques, sans lequelle il est humainement impossible d'en comprendre un seul mot ; sans lequelle il est humainement impossible d'en comprendre un seul mot ; sans eux l'on ne fait que déambuler dans un sombre labyrinthe."

Je tiens cette phrase pour vraie, j'ai essayé de suivre la voie de Galilée en décrivant les mathématiques de la physique des particules en utilisant uniquement des triangles, des cercles et d'autres figures géométriques. Bien sûr, lorsque d'autres physiciens et moi travaillons dans ce domaine, les mathématiques ressemblent plus à un sombre labyrinthe. Mais l'idée qu'au coeur de ces mathématiques se trouve une géométrie belle et pure est rassurante. Avec la mécanique quantique, ces mathématiques décrivent notre univers comme étant un corail E8 bourgeonnant, aux particules interagissant en tous les lieux et de toutes les façons possibles suivant un superbe motif. Et alors que le motif devient de plus en plus visible grâce à de nouvelles machines tel le Grand Accélérateur de Hadrons, nous pourrions être capable de déterminer si la nature utilise ce motif E8 ou un autre, différent.

Ce processus de découverte est une aventure dont il est incroyable de faire partie. Si le LHC trouve des particules qui coïncident avec ce motif E8, ce serait très, très cool. Si le LHC trouve de nouvelles particules mais qu'elle ne coïncident pas avec ce motif -- eh bien, ça sera très intéressant, mais mauvais pour cette théorie de l'E8. Et bien sûr mauvais pour moi personellement. (Rires). Mauvais à quel point? Eh bien, plutôt mauvais. (Rires).

Mais prédire ce que fait la Nature est un jeu risqué. Cette théorie et d'autres sont très fragiles. On travaille très dur tout en sachant que la plupart de ces idées sur la nature finiront probablement par être fausses. C'est un peu ça, faire de la physique théorique : il y a beaucoup de déchets. C'est un peu ça, faire de la physique théorique : il y a beaucoup de déchets. Sous cet angle, les nouvelles théories de la physique ressemblent beaucoup à des start-ups. Comme pour tout investissement conséquent, ça peut être émotionellement difficile d'abandonner un type de recherche lorsqu'il fonctionne pas. Mais en science, si quelque chose ne fonctionne pas, il est impératif de le jeter et d'essayer quelque chose d'autre.

Et la seule façon de rester sain d'esprit et d'atteindre le bonheur dans un environnement si incertain, c'est de conserver un équilibre et une perspective dans la vie. Moi, j'ai fait de mon mieux pour vivre une vie équilibrée. (Rires). J'essaie de donner autant de poids, dans ma vie, à la physique qu'à l'amour ou au surf, mes trois directions de charge. (Rires). Comme cela, même si mon travail de physicien ne débouche sur rien, je sais que j'aurais quand même vécu une bonne vie. Et j'essaie de vivre dans des endroits magnifiques. La majorité de ces dix dernières années, j'ai vécu sur l'île de Maui, un très bel endroit. Pour mes parents, c'est un des plus grands mystères de cet univers : comment j'ai réussi à survive tout ce temps sans jamais m'engager dans quoi que ce soit qui ait un rapport avec du travail à plein temps. (Rires).

Je vais vous confier mon secret. Voici une vue depuis le bureau de mon domicile à Maui. En voici une autre, et une autre. Et vous avez peut-être remarqué que ces superbes paysages sont similaires, mais venus de lieux légèrement différents. C'est parce que ceci était mon domicile et mon bureau à Maui. (Rires). J'ai choisi une vie très inhabituelle. Mais ne pas avoir à penser au loyer m'a permis de passer mon temps à faire ce que j'aime. Mais ne pas avoir à penser au loyer m'a permis de passer mon temps à faire ce que j'aime. Vivre une existence nomade a parfois été difficile, mais cela m'a permis de vivre dans des endroits magnifiques et de maintenir une équilibre de vie qui me satisfait. Cela me permet de passer beaucoup de temps à traîner avec des coraux superintelligents. Mais j'apprécie énormément la compagnie des gens superintelligents. C'est pourquoi je suis très heureux d'avoir été invité ici, aujourd'hui. Merci beaucoup. (Applaudissements)

Chris Anderson: J'ai probablement compris deux pour cent de ce que vous avez dit mais je l'ai néammoins adoré. Je vais donc avoir l'air idiot. Votre Théorie du Tout --

Garrett Lisi: J'ai l'habitude du corail.

CA: C'est cela, la raison pour laquelle elle a rendu quelques personnes assez enthousiastes c'est parce que, si vous êtes tombé juste, elle unifie les théories de la gravité et la théorie quantique. Donc vous disez que nous devrions penser notre univers en son coeur, que les objet les plus petits sont, d'une certaine façon, un ensemble E8 de possibilités? Je veux dire, cela a-t-il une échelle à la plus petite échelle dans votre esprit ou... ?

GL: Eh bien, là le motif que je vous ai montré, qui correspond à ce que nous savons au sujet de la physique des particules élémentaires, correspond déjà à une très belle forme. Et c'est celui dont j'ai dit que nous étions certains. Et cette forme a des similarités remarquable dans la façon dont elle s'imbrique dans le motif E8 qui pourrait être le reste du puzzle. Et ces motifs de points que je vous ai montrés représentent en fait des symétries de cet objet à hautes dimensions qui se déformerait, bougerait et dancerait autour de l'espace temps que nous ressentons. Et cela expliquerait toutes ces particules élémentaires que nous voyons.

CA: Mais un théoricien des cordes, tel que je le comprends, expliquerait les électrons en termes de cordes bien plus petites, vibrantes, -- Je sais que vous n'aimez pas la théorie des cordes -- vibrant en son sein. Comment devrions nous penser à une électron dans le cadre de E8?

GL: Non, il serait l'une des symétries de cette forme E8. Ce qui se passe c'est que, alors que la forme se déplace dans l'espace temps elle se tord, et la direction dans laquelle elle se tord alors qu'elle bouge constitue la particule que nous voyons. Ce serait donc --

CA: La taille de cette forme E8, comment se compare-t-elle à celle de l'électron? Je sens que j'ai besoin de ça pour ma représentation mentale. Est-ce plus grand, plus petit?

GL: Eh bien, sachant que nous voyons les électrons comme des particules sans volume, cela nous ferait descendre aux échelles les plus petites. Et la façon dont ces choses sont expliquées dans la théorie quantique des champs c'est que toutes les possibilités s'étendent et se développent au même instant. Et c'est pourquoi j'utilise l'analogie du corail. Et en un sens, la façon dont E8 s'intègre à cela c'est comme une forme attachée à chaque point de l'espace-temps. Et, comme je l'ai dit, la façon dont la forme se tord, la direction le long de laquelle elle se tord alors qu'elle bouge sur cette surface courbe, c'est ce que les particules élémentaires sont, elles-mêmes. Donc pour la théorie quantique des champs, elles se manifestent comme des points et interagissent de cette façon. Je ne sais pas si je serais capable d'être plus clair. (Rires).

CA: Ca n'a pas vraiment d'importance. Ca évoque un certain émerveillement, et je veux certainement mieux comprendre ceci. Mais merci beaucoup d'être venu. C'était absolument fascinant. (Applaudissements)