Pourquoi le nombre 137 est l’un des plus grands mystères de la physique

Des physiciens célèbres comme Richard Feynman pensent que 137 détient les réponses à l’Univers.

• La constante de structure fine mystifie les scientifiques depuis les années 1800.
• Le nombre 1/137 pourrait contenir les indices de la grande unification.
• La relativité, l’électromagnétisme et la mécanique quantique sont unifiés par le nombre.

L’Univers qui nous entoure a-t-il une structure fondamentale que l’on peut entrevoir à travers des nombres spéciaux ?

Le brillant physicien Richard Feynman (1918-1988) le pensait, en disant qu’il y a un nombre dont tous les physiciens théoriciens de valeur devraient “se préoccuper”. Il l’appelait “l’un des plus grands mystères de la physique : un nombre magique qui nous parvient sans que l’homme ne le comprenne”.

Ce nombre magique, appelé constante de structure fine, est une constante fondamentale, dont la valeur est presque égale à 1/137. Ou 1/137.03599913, pour être précis. Il est désigné par la lettre grecque alpha – α.

La particularité de l’alpha est qu’il est considéré comme le meilleur exemple d’un nombre pur, qui n’a pas besoin d’unités. Il combine en fait trois des constantes fondamentales de la nature – la vitesse de la lumière, la charge électrique portée par un électron et la constante de Planck, comme l’explique le physicien et astrobiologiste Paul Davies au magazine Cosmos. Apparaître à l’intersection de domaines clés de la physique tels que la relativité, l’électromagnétisme et la mécanique quantique est ce qui donne son attrait au 1/137.

La physicienne Laurence Eaves, professeur à l’université de Nottingham, pense que le nombre 137 serait celui que vous signaleriez aux extraterrestres pour indiquer que nous avons une certaine maîtrise de notre planète et comprendre la mécanique quantique. Les extraterrestres en connaîtraient aussi le nombre, surtout s’ils développaient des sciences avancées.

Ce chiffre préoccupait également d’autres grands physiciens, dont le prix Nobel Wolfgang Pauli (1900-1958) qui en fut obsédé toute sa vie.

“Quand je mourrai, ma première question au diable sera : Quelle est la signification de la constante de structure fine ?” plaisante Pauli.

Pauli s’est également référé à la constante de structure fine lors de sa conférence Nobel le 13 décembre 1946 à Stockholm, disant qu’une théorie était nécessaire pour déterminer la valeur de la constante et “expliquer ainsi la structure atomistique de l’électricité, qui est une qualité si essentielle de toutes les sources atomiques des champs électriques se produisant dans la nature”.

Une des utilisations de ce nombre curieux est de mesurer l’interaction des particules chargées comme les électrons avec les champs électromagnétiques. Alpha détermine la vitesse à laquelle un atome excité peut émettre un photon. Il affecte également les détails de la lumière émise par les atomes. Les scientifiques ont pu observer un modèle de déplacement de la lumière provenant d’atomes appelés “structure fine” (ce qui donne son nom à la constante). Cette “structure fine” a été vue à la lumière du Soleil et à la lumière provenant d’autres étoiles.

Les chiffres constants dans d’autres situations font que les physiciens se demandent pourquoi. Pourquoi la nature insiste-t-elle sur ce nombre ? Il est apparu dans divers calculs en physique depuis les années 1880, ce qui a incité de nombreuses tentatives pour trouver une grande théorie unifiée qui incorporerait la constante depuis. Jusqu’à présent, aucune explication ne s’est imposée. Des recherches récentes ont également introduit la possibilité que la constante ait en fait augmenté au cours des six derniers milliards d’années, même si ce n’est que légèrement.

Si vous souhaitez connaître plus précisément le calcul de la constante de structure fine, vous obtenez alpha en regroupant les 3 constantes h, c et e dans l’équation :

Comme les unités c, e et h s’annulent l’une l’autre, le nombre “pur” de 137.03599913 est laissé derrière. Pour des raisons historiques, dit le professeur Davies, l’inverse de l’équation est utilisé : 2πe2/hc = 1/137.03599913. Si vous vous demandez quelle est la valeur précise de cette fraction, c’est 0.007297351.

Source : Big Think – Traduit par Anguille sous roche