Peut-il exister une théorie physique simple et unifiée permettant d’expliquer tous les phénomènes de la physique ? Comment mettre la gravitation et la relativité générale dans le cadre d’une théorie quantique des champs ?
Valeur des constantes libres du modèle standard
Le modèle standard de la physique des particules contient une vingtaine de constantes dont la valeur ne peut être déterminée que par l’expérience. Certains physiciens considèrent que ces valeurs devraient être déterminées par une théorie réellement fondamentale, et que l’origine et la raison des valeurs de ces constantes sont une question importante non résolue, invitant à des développements supplémentaires de la physique théorique.
Paradoxe de l’information des trous noirs, évaporation des trous noirs
Est-ce que les trous noirs produisent une radiation, comme le prévoit la théorie ? Est-ce que ce rayonnement contient des informations sur la structure interne du trou, comme suggéré par la dualité gravité-jauge, ou non, comme le laissent entendre les travaux de Hawking ? Si non, et si les trous noirs peuvent s’évaporer, que devient l’information qu’ils contiennent (la mécanique quantique n’autorise pas la perte d’information) ? Existe-t-il un autre moyen de sonder la structure interne des trous — à condition que cette structure existe ?
Dimensions supplémentaires
Est-ce que la nature admet plus de quatre dimensions spatio-temporelles ? Si oui, combien y en a-t-il et quelle est leur taille ? Les dimensions font-elles partie des propriétés fondamentales de l’univers ou résultent-elles des lois de la physique ? Peut-on observer des dimensions supplémentaires ?
Inflation cosmique
La théorie de l’inflation est-elle correcte et, si oui, quelle est la description détaillée de l’époque d’inflation ? Existe-il un hypothétique champ d’inflation donnant lieu à ce processus ?
Multivers
Existe-t-il des raisons physiques de s’attendre à l’existence d’autres univers, non-observables par nature ? Par exemple, existe-t-il des « histoires alternatives » dans la mécanique quantique ?
Censure cosmique et conjecture de protection chronologique
Des singularités non-cachées derrière un horizon des évènements, peuvent-elles résulter de conditions initiales réalistes dans lesquelles on peut prouver une version de conjecture appelée censure cosmique de Roger Penrose qui propose qu’une telle singularité nue n’existe pas. De même, des courbes de temps fermées qui apparaissent parmi les solutions des équations de la relativité générale et qui représentent une possibilité de voyage dans le temps, pourraient-elles être éliminées par une théorie de gravité quantique (qui unirait la relativité générale et la mécanique quantique) ?
Observations expérimentales non expliquées
Origine des rayons cosmiques d’énergie ultra-haute et extrême (ultra-high-energy cosmic ray (UHECR), extreme-energy cosmic ray (EECR))
L’existence mesurée de rayons cosmiques d’énergie supérieure à 1020 électronvolt pose un problème non résolu, car les mécanismes connus susceptibles d’engendrer des particules de telles énergies seraient très violents et reconnaissables, et devraient être relativement proches de la Terre. Or, aucun astre notable et proche n’a été détecté dans la direction d’où proviennent les particules.
La source de l’inertie
Il n’y a pas de théorie unique acceptée qui explique la source de l’inertie. Divers efforts notables de physiciens comme Ernst Mach (principe de Mach), Albert Einstein, et Dennis Sciama ont tous été critiqués. Parmi les traitements récents, on peut citer des travaux de C. Johan Masreliez (2006-2009) et Vesselin Petkov (2009).
Des mondes qui restent à découvrir ? Eh oui !!!!
Problèmes théoriques sans solution :
Théorie du tout
Peut-il exister une théorie physique simple et unifiée permettant d’expliquer tous les phénomènes de la physique ? Comment mettre la gravitation et la relativité générale dans le cadre d’une théorie quantique des champs ?
Valeur des constantes libres du modèle standard
Le modèle standard de la physique des particules contient une vingtaine de constantes dont la valeur ne peut être déterminée que par l’expérience. Certains physiciens considèrent que ces valeurs devraient être déterminées par une théorie réellement fondamentale, et que l’origine et la raison des valeurs de ces constantes sont une question importante non résolue, invitant à des développements supplémentaires de la physique théorique.
Paradoxe de l’information des trous noirs, évaporation des trous noirs
Est-ce que les trous noirs produisent une radiation, comme le prévoit la théorie ? Est-ce que ce rayonnement contient des informations sur la structure interne du trou, comme suggéré par la dualité gravité-jauge, ou non, comme le laissent entendre les travaux de Hawking ? Si non, et si les trous noirs peuvent s’évaporer, que devient l’information qu’ils contiennent (la mécanique quantique n’autorise pas la perte d’information) ? Existe-t-il un autre moyen de sonder la structure interne des trous — à condition que cette structure existe ?
Dimensions supplémentaires
Est-ce que la nature admet plus de quatre dimensions spatio-temporelles ? Si oui, combien y en a-t-il et quelle est leur taille ? Les dimensions font-elles partie des propriétés fondamentales de l’univers ou résultent-elles des lois de la physique ? Peut-on observer des dimensions supplémentaires ?
Inflation cosmique
La théorie de l’inflation est-elle correcte et, si oui, quelle est la description détaillée de l’époque d’inflation ? Existe-il un hypothétique champ d’inflation donnant lieu à ce processus ?
Multivers
Existe-t-il des raisons physiques de s’attendre à l’existence d’autres univers, non-observables par nature ? Par exemple, existe-t-il des « histoires alternatives » dans la mécanique quantique ?
Censure cosmique et conjecture de protection chronologique
Des singularités non-cachées derrière un horizon des évènements, peuvent-elles résulter de conditions initiales réalistes dans lesquelles on peut prouver une version de conjecture appelée censure cosmique de Roger Penrose qui propose qu’une telle singularité nue n’existe pas. De même, des courbes de temps fermées qui apparaissent parmi les solutions des équations de la relativité générale et qui représentent une possibilité de voyage dans le temps, pourraient-elles être éliminées par une théorie de gravité quantique (qui unirait la relativité générale et la mécanique quantique) ?
Observations expérimentales non expliquées
Origine des rayons cosmiques d’énergie ultra-haute et extrême (ultra-high-energy cosmic ray (UHECR), extreme-energy cosmic ray (EECR))
L’existence mesurée de rayons cosmiques d’énergie supérieure à 1020 électronvolt pose un problème non résolu, car les mécanismes connus susceptibles d’engendrer des particules de telles énergies seraient très violents et reconnaissables, et devraient être relativement proches de la Terre. Or, aucun astre notable et proche n’a été détecté dans la direction d’où proviennent les particules.
La source de l’inertie
Il n’y a pas de théorie unique acceptée qui explique la source de l’inertie. Divers efforts notables de physiciens comme Ernst Mach (principe de Mach), Albert Einstein, et Dennis Sciama ont tous été critiqués. Parmi les traitements récents, on peut citer des travaux de C. Johan Masreliez (2006-2009) et Vesselin Petkov (2009).