Les physiciens qui travaillent sur la théorie des cordes envisagent notre Univers comme un endroit mystérieux avec au moins neuf dimensions spatiales dont six ne nous sont pas accessibles, sans doute enroulées d'une manière quelconque qui les rend indétectables. La grande question est de savoir pourquoi nous nous trouvons dans un Univers qui ne possède que trois dimensions spatiales et non quatre, six, ou neuf.
Deux théoriciens de l'Université de Washington et de Harvard pensent avoir trouvé une réponse. Ils pensent que la façon dont notre Univers a démarré puis s'est dilué lors de son expansion, ce qu'ils appellent le principe de relaxation, a favorisé des réalités à trois et à sept dimensions. Et que la réalité que nous connaissons est l'une d'elles, à trois dimensions.
"C'est ce qui ressort des mathématiques" indique Andreas Karch, professeur assistant de physique de l'Université de Washington. Karch et sa collègue Lisa Randall, professeur de physique à Harvard, ont conçu un modèle de l'Univers juste après le Big Bang, et ont observé l'évolution du cosmos tandis qu'il s'étendait et se diluait. Les seules hypothèses étaient une configuration de départ régulière, et l'existence de nombreuses structures, appelées membranes ou "branes", dans diverses dimensions spatiales de un à neuf, vastes et non enroulées.
Les chercheurs ont laissé le cosmos évoluer naturellement, en ne faisant aucune hypothèse supplémentaire. Ils ont constaté que tandis que les branes se diluaient, celles qui survivaient présentaient trois ou sept dimensions. Dans notre Univers, tout ce que nous voyons et expérimentons est emprisonné dans l'une de ces branes qui doit être à trois dimensions puisque l'Univers qui en découle est tridimensionnel.
D'autres réalités, à trois ou sept dimensions, pourraient être cachées de notre perception dans l'Univers, selon Karch. "Il y a des 'régions' à trois dimensions, des régions à 7, d'autres à 9 dans lesquelles ces dimensions supplémentaires sont infiniment grandes. Il s'avère simplement que nous nous trouvions dans une région dans laquelle trois dimensions sont perceptibles", ajoute-t-il.
Dans notre monde, les forces telles que l'électromagnétisme n'identifient que trois dimensions et se comportent selon nos lois de la physique, leur valeur diminuant avec la distance. La gravité, cependant, traverse toutes les dimensions, même celles non perçues dans notre monde, expliquent Karch et Randall. Mais ils théorisent que la force de gravitation est localisée et, qu'avec sept branes, la gravité diminuerait bien plus rapidement avec la distance qu'elle ne le fait dans notre monde tridimensionnel.
"Dans un Univers à trois branes, le monde est bien plus intéressant, avec des structures plus complexes que dans un Univers à sept branes", remarque Karch. "Avec une gravité qui diminuerait beaucoup plus rapidement avec la distance, un monde à sept dimensions ne posséderait pas de planètes avec des orbites stables autour de leur soleil".
"Je ne sais pas avec précision à quoi ressemblerait un Univers avec une gravité à si courte portée, principalement parce qu'il est toujours difficile d'imaginer comment la vie se développerait dans des circonstances complètement différentes", précise-t-il. "Mais de toute façon, les systèmes planétaires comme nous les connaissons ne se formeraient pas. La possibilité d'orbites stables est ce qui rend le monde tridimensionnel plus intéressant".
Karch et Randall ont indiqué qu'ils espèrent que leurs travaux susciteront l'exploration scientifique de beaucoup d'autres questions concernant la théorie des cordes, les dimensions supplémentaires et l'évolution du cosmos.