Hubert Reeves

Les unités de Planck (2)

Émission du 14 mai 2006

Le physicien Max Planck voulait définir une unité de temps qui ne soit pas rattachée à un phénomène local comme l’est, par exemple, l’année, qui se rapporte exclusivement à la Terre et au Soleil. Il y est parvenu en se référant à des propriétés fondamentales du cosmos : la gravité, la physique quantique, et la vitesse de la lumière. Cette unité de temps, appelée le temps de Planck, joue un rôle majeur dans toute la physique et en cosmologie. Sa valeur est de 10^-43 secondes : un temps extrêmement court.

Cette unité sert à définir d’autres unités fondamentales de la nature :

• la longueur de Planck : c’est la distance que parcourt la lumière pendant le temps de Planck. Cette distance est environ un milliard de milliards de fois plus petite que le rayon des protons : elle est d’environ 10^-33 centimètres.
• la masse de Planck : toujours à partir de ces propriétés de la matière, on peut définir une unité de masse. On obtient environ 40 microgrammes. Ce n’est pas une si petite unité à notre échelle : les petits grains de sable ont à peu près cette masse.
• la température de Planck : elle est de cent mille milliards de milliards de milliards de degrés (10³² degrés), « un » avec trente-deux zéros, des milliers de milliards de milliards de milliards de fois plus élevée que la température des étoiles les plus chaudes.

Quel sens peut-on donner à ces unités ? Posons-nous la question : peut-on diviser l’espace en unités toujours plus petites : millimètres, microns, nanomètres, et ainsi de suite ? En principe, rien ne nous empêche. Mais quel sens pratique cela peut-il avoir ? Pourrait-il exister des particules aussi petites ? Des événements peuvent-ils être confinés dans des espaces aussi restreints ? Ou bien existe-t-il une limite concrète à la division de l’espace ? Et une limite à la division du temps ?

La définition du temps de Planck nous fait toucher du doigt une des difficultés fondamentales de notre physique contemporaine : nous n’avons pas de théorie apte à décrire le comportement d’atomes soumis à une force de gravité très intense.

En d’autres mots, il n’existe pas de théorie quantique de la gravité. Résultat net : nous ne savons même pas si les notions de temps, d’espace et d’énergie ont encore un sens au-delà de ces valeurs limites qui sont données par les unités de Planck. Est-ce que ces concepts sont encore utilisables ? Peuvent-ils encore servir à décrire la réalité ?

De grands efforts sont effectués par des physiciens théoriciens pour combler cette lacune, et arriver à comprendre comment la gravité, la physique quantique, peuvent s’harmoniser dans le cadre d’une Théorie encore plus générale de la Relativité. Beaucoup d’espoirs ont été placés du côté de la théorie des supercordes. Mais la confirmation par l’expérimentation de la valeur de cette théorie reste encore à venir.