Multivers, dimensions parallèles, voyage dans le temps… Voilà des concepts fascinants qui sont régulièrement utilisés dans les œuvres de fiction. Mais à quel point peuvent-ils se concrétiser dans la réalité ? Pour essayer de répondre à cette question, nous nous sommes penchés sur... la théorie des cordes.

Il s’agit d’une des théories mathématiques qui tentent de modéliser l’espace-temps. Elle est utilisée de plus en plus régulièrement dans les œuvres de fiction, c’est pourquoi nous pensons qu’il serait utile de vous l’expliquer. Le Marvel Cinematic Universe (MCU) en est rempli, il suffit de regarder les films Avengers III et Avengers IV pour s’en apercevoir. La littérature elle aussi en est pleine : que ce soit The Mortal Instruments ou Harry Potter et l’Enfant Maudit, il existe beaucoup d’ouvrages qui utilisent ces concepts.

La question que nous nous sommes posée est la suivante : comment la théorie des cordes et ses implications sont-elles utilisées dans les œuvres de fiction traitant de multivers, de dimensions parallèles et de voyage dans le temps ? Nous commencerons d’abord par définir quelques termes importants pour la suite de l'article, puis nous expliquerons de manière simplifiée la théorie des cordes. Enfin, nous vous présenterons des exemples de fiction se rapportant à cette théorie.

Mais avant d'aller plus loin, nous souhaitons remercier Jean-Pierre Luminet de nous  avoir partagé son ouvrage "L'écume de l'espace-temps", dans lequel il aborde le voyage dans le temps et les multivers. Merci également à Marion Sabourdy de nous avoir donner des sources sur lesquelles s'appuyer pour rédiger cet article. Bonne lecture !

I. Théorie des champs, dimensions parallèles et multivers

a. La théorie des champs

Pour comprendre la théorie des cordes, il faut d’abord avoir des notions en théorie des champs : c’est le fait d’imaginer les particules en mouvement sur des surfaces unidimensionnelles, telle une ligne. C’est alors là qu’intervient la théorie des cordes, qui émet l'hypothèse que les particules se déplacent sur des surfaces bidimensionnelles : on ne parlerait plus de lignes, mais de tubes (ce concept sera répété et illustré en II - b).

b. Les dimensions parallèles

Une dimension parallèle est un monde, un univers, parallèle à celui dans lequel nous évoluons. En physique, on parlera surtout d’univers divergent. Il peut être identique au nôtre, mais ce n’est pas systématique, car c’est une variation de notre Terre. Cependant, les dimensions sont généralement utilisées dans la science-fiction afin de présenter des mondes dystopiques ou alternatifs, qui sont donc différents de ceux où nous vivons.

c. Le multivers

Nous allons nous appuyer sur la théorie des cordes afin d’imaginer notre univers comme faisant partie d’un ensemble appelé multivers. Il s’agit de l’ensemble des dimensions parallèles. Parler de multivers, c’est supposer que notre univers n’est pas unique : il en existerait une multitude qui cohabiteraient les uns avec les autres.

Ce multivers répète les mêmes univers de manière parallèle, mais à l'intérieur de ces derniers, certains éléments peuvent varier. En d’autres mots, imaginons que notre Terre soit Terre 1, et qu’il existe une Terre 2 où tout est identique... Sauf un infime détail : le résultat d’un unique lancer de pièce. Sur Terre 1, la pièce tombe sur pile, alors que sur Terre 2, elle tombe sur face. Ces mondes seraient à la fois les mêmes, tout en étant différents car le lancer n’a pas eu le même résultat.

II. D'où vient la théorie des cordes ?

a. Relativité générale et mécanique quantique

La théorie des cordes est ce que certains appellent "ce qui se rapproche le plus de la théorie du tout". Ce qu'ils veulent dire par là, c'est qu'elle essaie de lier deux aspects de la physique de natures différentes, puisqu'elles ne sont pas sur le même plan :

• La relativité générale étudie l'infiniment grand, comme le mouvement des galaxies, les trous noirs ou le big-bang ; elle s'applique donc à un niveau macroscopique. Elle décrit la force de gravité.
• La mécanique quantique décrit la matière au niveau microscopique (les atomes, leurs noyaux, la physique des particules). Elle réunit un ensemble de principes, qui essayent de comprendre comment les forces se comportent à cette échelle.

Les théories de la relativité générale ne fonctionnent pas lorsqu'on veut les appliquer au niveau microscopique. Cependant, la mécanique quantique contient des guides pour quantifier ces théories, c'est à dire les adapter à ce niveau.

La solution pour obtenir une "théorie du tout" serait d'appliquer les principes de la mécanique quantique à la force de gravité de la relativité générale. Seulement voilà, cela ne fonctionne pas. Il faudrait trouver les bons objets mathématiques : or, ils sont beaucoup trop complexes pour nous.

Pour essayer d'arriver à un résultat, une méthode de quantification a été testée : la quantification perturbative, dans laquelle toutes les situations auxquelles nous avons affaire sont considérées comme n'étant que de petites perturbations autour d'une situation bien connue. Elle simplifie énormément les choses et a fonctionnée avec les autres forces telles que la force électromagnétique ou encore la force nucléaire.

Malheureusement, la quantification perturbative ne fonctionne pas sur la force de gravité de la relativité générale, car les résultats obtenus sont toujours "l'infini". Toujours à la recherche d'une solution, les chercheurs ont fini par développer d'autres approches, comme la théorie des cordes dont nous allons vous parler.

b. La théorie des cordes : avantages, inconvénients

Si cette théorie se nomme "théorie des cordes", c'est parce qu'elle considère que l'univers n'est pas fait de particules ponctuelles, mais de petites cordes. Lorsque ces particules se déplacent, elles ne tracent donc pas une ligne, mais plutôt un tube.

Schémas issus de la vidéo La Théorie des Cordes de ScienceEtonnante (voir la bibliographie). Tous droits réservés.

Cette théorie fait disparaître les infinis problématiques qui apparaissaient dans les calculs réalisés avec la quantification perturbative. De plus, dans la physique des particules utilisée habituellement, il faut utiliser de nombreuses particules différentes pour faire fonctionner le modèle. En théorie des cordes, un seul type de corde suffit, car celle-ci vibre sur elle-même, sur différents modes, et produit les différents types de particules qu'on trouve dans le modèle standard.

Une anomalie pose toutefois problème à cette théorie. L'unique manière de la régler est de changer le nombre de versions de l'espace-temps : cela implique qu'il existerait en tout dix dimensions (une de temps, neuf d'espace). Mais nous n'en connaissons que trois, où sont donc les sept autres ? Selon les théoriciens des cordes, les autres seraient très petites, repliées sur elles-mêmes et finies, nous empêchant de les voir.

Cependant, un nouvel obstacle bloque les théoriciens : les possibilités de calculs sont extrêmement nombreuses, rendant possible l'existence de plus de 10^100 versions de la théorie des cordes... Elle ne peut donc pas être testée expérimentalement. Pour résoudre cela, les théoriciens ont émis l'idée du multivers : il existerait une multitude d'univers comme le nôtre, toutefois déconnectés les uns des autres et potentiellement régis par des lois physiques différentes.

Une des parties de la théorie des cordes pourrait tout de même être vérifié dans les années à venir : la supersymétrie. Selon celle-ci, il existerait deux fois plus de types de particules que ce que l'on croit, car chacune aurait un double nommé le "super partenaire". Ces derniers n'ont jamais été vus, mais pourrait l'être bientôt grâce au collisionneur de l'Organisation européenne pour la Recherche nucléaire (le CERN). Si elles sont révélées, la théorie des cordes gagnerait en crédibilité, mais si ce n'est pas le cas, elle serait alors en mauvaise posture.

III. Comment ces éléments ressortent-ils dans les œuvres de fiction ?

a. Une œuvre où la théorie des cordes est vulgarisée : The Big Bang Theory

Une œuvre de fiction en particulier qui a abordé la théorie est The Big Bang Theory, une sitcom ("comédie de situation") américaine. Le docteur Sheldon Cooper, l'un des deux personnages principaux, étudie la théorie des cordes durant les premières saisons. Dans l'épisode 13 de la saison 11, aux alentours de 16 minutes, il revient à son premier amour de la physique en essayant brièvement de l'expliquer à son amie Penny. Il essaye d'être le plus clair possible. Pour cela, il mobilise la supersymétrie.

"String theory posits that the fundamental particles we see in three dimensions are actually strings embedded in multidimensional space-time."

Sheldon Cooper

En français : « La théorie des cordes avance que les particules élémentaires que l'on voit en trois dimensions sont des cordes ancrées dans l'espace-temps multidimensionnel. »

Sheldon Cooper expliquant une partie de la théorie des cordes à Penny. Tous droits réservés.

b. Les œuvres de fiction qui s’appuient sur la théorie des cordes : romans, comics et séries télévisées

[⚠️ Spoilers ⚠️] Commençons par parler de l'univers Marvel, avec la série What if : elle utilise les notions de multivers et de dimensions parallèles. Comme son nom l’indique, la question posée est “Et si il s’était passé …?”. Et si Star Lord était T’Challa (Black Panther) ou encore, si une invasion zombie arrivait sur Terre, comment réagiraient les super-héros ? Chacun de ces mondes est parallèle au nôtre et reprends une majorité d'éléments existants.

Selon l’univers Marvel, nous sommes la Terre n°616, où les super-héros sont interprétés par des acteurs dans des films et des séries. C’est donc dans un autre univers que les Avengers (les super-héros emblématiques du MCU) existent. Dans les films Marvel, il existe des multitudes de situations. Sur la Terre n°3490, notre Tony Stark (Iron Man) est une femme, Natasha Stark, et a épousée Steve Rogers (Captain America). [⭐️ Fin des spoilers ⭐️]

Dans la minisérie de comics Bullet Points, toujours chez Marvel, les rôles entre personnages sont encore une fois changés. L’usage de mondes parallèles permet un renouvellement scénaristique, en plus de mettre en scène des situations impossibles à créer autrement, notamment au niveau des interactions entre personnages.

[⚠️ Spoilers ⚠️] Dans Avengers: Endgame, l’équipe de héros des Avengers est battue par le super vilain Thanos et ses sbires. Les Avengers font face à une catastrophe d’ampleur mondiale : la disparition de la moitié des êtres vivants de l’univers, ce qui implique la disparition d’un grand nombre de héros. Ils sont contraints de remonter le temps pour faire en sorte que cette crise n’ait pas lieu. Ils vont donc changer le présent en voyageant dans le temps et en modifiant les évènements passés. [⭐️ Fin des spoilers ⭐️]

Cette théorie est également utilisée dans le film Les visiteurs. C’est l’histoire du comte de Montmirail et de son écuyer, Jacquouille la Fripouille, qui se retrouvent propulsés dans le futur, plus exactement en 1993. Même si c’est avant tout un film humoristique, il utilise le voyage dans le temps. Les personnages se retrouvent mêmes confrontés à leurs doubles du futur : ils ne seraient pas juste remontés dans le temps, mais ils auraient carrément changé de dimension.

La série The Flash présente quant à elle les voyages dans le temps. C'est une série sur les méta-humains (des humains ayant obtenu des pouvoirs au cours de leur vie, ce qui modifie alors leur organisme, les rendent mutants) où Barry Allen, scientifique dans la police de Central City, devient l’homme le plus rapide du monde suite à l'explosion d’un accélérateur de particules. Son identité devant rester secrète, il devient Flash. Cependant, un jour, il utilise sa super vitesse pour remonter le temps : il crée alors une dimension parallèle qui sera une variation de sa réalité, créant à l'occasion un futur alternatif. Le moment où sa réalité est modifiée est alors appelé le Flash Point.

[⚠️ Spoilers ⚠️] La série Riverdale est basée sur une série de comics d'Archie Comics. On nous présente un groupe de quatre amis : Batty, Jughead, Véronica et Archie, qui sont confrontés à des abominations dans leur ville. À la fin de la saison 4, Archie et Betty sont sur le point de mourir, mais quand la saison 5 commence, ils sont en parfaite santé. Cela s’explique par le fait que l'auteur nous parle de deux univers parallèles. Celui de RiverVale et celui de RiverDale. [⭐️ Fin des spoilers ⭐️]

Enfin, les romans peuvent également manipuler ces concepts dans la fantasy, comme par exemple dans la série de romans écrits par Cassandra Clare, The Mortal Instruments. Dans ces livres, dont l'intrigue se situe dans notre monde, cohabitent des terrestres (nous) sans aucun pouvoirs et inconscients de la magie, des créatures obscures (regroupant des vampires, des loups-garous, des sorciers et le Petit Peuple) et des Chasseurs d’Ombres (des êtres d’ascendance angélique crées pour chasser les démons et sauver les humains). De tome en tome, cet univers se complexifie jusqu’à rejoindre la notion de multivers.

En effet, les protagonistes découvrent des dimensions démoniaques qui présentent chacune des spécificités. Edom est une réplique de notre monde où règnent les démons supérieurs Asmodée et Lilith. Cependant, dans ce monde, les démons auraient gagné la guerre contre les Chasseurs d’Ombres, faisant sombrer le monde dans le chaos. Le royaume démoniaque de Diyu, contrôlé par le démon supérieur Yanluo, serait quant à lui consacré à la torture des âmes en châtiment de leurs crimes commis dans le monde des vivants, et aurait l’apparence d’un Shangaï inversé.

Ce qu’on vous invite à retenir sur la théorie des cordes...

La théorie des cordes suppose que les particules ne sont pas de petits points : elles auraient plutôt une forme de cordes vibrant à des fréquences variées, ce qui explique la perception de différentes particules. Elle résout certains problèmes de la quantification perturbative, mais oblige à imaginer dix dimensions au lieu de trois : les sept dimensions invisibles seraient trop petites et repliées sur elles-mêmes pour que nous les percevions. Cette explication engendre une quantité énorme de calculs possibles pour vérifier la théorie : elle ne peut donc pas être testée expérimentalement. C'est de ce potentiel de calcul immense que vient l'idée du multivers. L'avenir de la théorie des cordes repose pour l'instant sur la validation de la supersymétrie grâce au collisionneur du CERN, qui pourrait bientôt détecter les "super partenaires" des particules connues.

Les fans des univers multiples pourraient donc être prochainement déçus... Ou peut-être pas !

Article écrit par Valentin Arnaud, Émilie Berthelot, Capucine Béthune et Léa Garaix.
À Grenoble, publié le 30 mars 2022. Modifié le 6 avril 2022.

Bibliographie / sitographie :

• LUMINET, Jean-Pierre. L'Écume de l'espace temps. Odile Jacob : Paris, 2020.

Jean-Pierre Luminet est astrophysicien, et directeur de recherches au CNRS. Il a gagné un prix de vulgarisation scientifique en 2021, et il est membre du laboratoire d’astrophysique de Marseille. Les chapitres 7 et 11 de l'ouvrage cité ci-dessus parlent du voyage dans le temps et des multivers.

• ScienceEtonnante. La Théorie des Cordes. YouTube, 2015. Disponible sur : https://youtu.be/rXhzeKh8yBk.

Cette vidéo d'une vingtaine de minutes vulgarise la théorie des cordes et ces origines. Il s'agit de notre principale source pour la rédaction de la partie II, car les concepts complexes sont exprimés de façon relativement simple. Nous conseillons de la regarder si vous souhaitez aller un peu plus loin dans votre compréhension de cette théorie.

Autres sources :

Edom | The Shadowhunters’ Wiki | Fandom. (s. d.). Consulté 22 mars 2022, à l’adresse https://shadowhunters.fandom.com/wiki/Edom.

Diyu. (s. d.). The Shadowhunters’ Wiki. Consulté 22 mars 2022, à l’adresse https://shadowhunters.fandom.com/wiki/Diyu.