Les dimensions physiques, qu’est-ce que c’est ?

Dans le langage courant, les dimensions renvoient à la notion de taille. C’est en partie vrai, mais bien d’autres éléments sont à connaître pour comprendre les dimensions.

Le terme de dimension intervient dans les domaines de la physique et des mathématiques. Il regroupe deux notions : la dimension d’une grandeur physique et la dimension d’un espace vectoriel. Combien y a-t-il de dimensions ? À quoi correspondent-elles ?

UNE NOTION SCIENTIFIQUE

Le temps, la masse et la longueur sont les trois dimensions fondamentales les plus utilisées. Elles existent en même temps. La dimension d’une grandeur physique est son unité exprimée par rapport aux sept unités de base du système international. Parmi elles nous trouvons le mètre, le kilogramme, la seconde, l’ampère, le kelvin, la mole et la candela. Une grandeur physique est une propriété de la nature qui peut être calculée et/ou mesurée. Elle s’exprime grâce à un nombre et à une unité : longueur, temps, masse, vitesse, température, force, pression. Par exemple, la vitesse à la dimension d’une longueur divisée par un temps.

En géométrie, une dimension est une direction selon laquelle un objet qui évolue dans l’espace peut se déplacer. On utilise la représentation X, Y et Z pour tout objet de l’espace : axe X pour la Largeur (déplacement gauche/droite), axe Y pour la Hauteur (déplacement haut/bas) et axe Z pour la profondeur (déplacement avant/arrière). La dimension d’un espace vectoriel correspond au nombre de variables qui permettent de définir un état ou un événement. C’est pourquoi on parle de deuxième ou troisième dimension.

LES DIMENSIONS LES PLUS CONNUES

La dimension zéro

Elle est représentée par un objet dit “ponctuel”, comme un point, dont la taille est négligée. En effet, une fois le point désigné, aucun autre paramètre n’est nécessaire pour trouver ce point.

La première dimension est représentée par un objet linéaire

Comme un fil, dont l’épaisseur est négligée. Il suffit en effet d’un seul nombre noté x pour désigner un de ses points. En géométrie, un objet en 1 dimension se déplace sur une ligne droite, donc sur une seule direction à double sens droite/gauche.

On parle d’un objet en deux dimensions lorsque celui-ci est conçu sur un plan

Il comporte uniquement les dimensions de la longueur et de la largeur. En effet, il faut deux nombres notés x et y pour désigner un de ses points. L’épaisseur et le volume des objets en deux dimensions sont négligés. On parle de géométrie plane en mathématiques. La plupart des photographies et animations que nous percevons sont en 2D, même si l’effet de perspective laisse voir un effet en 3D.

La troisième dimension est représentée par un objet volumique constant

C’est-à-dire que le temps n’influe pas sur ses propriétés. En effet, il suffit de trois valeurs pour désigner un de ses points : la longueur, la largeur et la hauteur, notées x, y et z. Le monde qui nous entoure et que nous percevons en termes de largeur, longueur et profondeur est en 3D. C’est l’espace des volumes. Les notions de 2D et 3D sont utilisées en informatique, pour les images de synthèse ou les jeux vidéo. Un effet d’optique peut se créer. En effet, les écrans, qui sont en 2D, donnent parfois une impression de profondeur, ce qui laisse penser que l’image est en 3D.

LA 4D ET LA 5D

À la fin du XIXe s, certains scientifiques parlent d’une quatrième dimension. En physique, celle-ci repose sur l’idée qu’un événement se définit par sa position dans l’espace, notée x, y et z et l’instant t auquel cet événement a lieu. Autrement dit, on considère l’espace-temps dans son ensemble comme objet de dimension 4. En mathématiques, la quatrième dimension représente l’espace dans lequel on peut se déplacer selon quatre directions indépendantes : droite/gauche, avant/arrière, haut/bas et Ana/Kata. Les sens Ana et Kata ont été imaginés par le mathématicien anglais Charles Howard Hinton. Ils sont perpendiculaires aux trois autres.  Dans le cas de la quatrième dimension en physique, la direction temporelle remplace le sens Ana/Kata. Ses deux sens sont alors le passé et le futur.

Le modèle de Randall-Sundrum théorise l’existence d’une cinquième dimension dans notre univers, dès 1999. Cette dimension serait invisible. Leur théorie : la cinquième dimension serait constituée de particules qui interagissent avec les quatre autres dimensions : les gravitons. La force gravitationnelle et l’électromagnétisme s’y rencontreraient. Toutefois, cette théorie n’a pas été vérifiée.

MONDES PARALLÈLES ET MULTIVERS

Dans les années 50, des scientifiques parlent d’un univers parallèle, ou de mondes parallèles. C’est dans le cadre de la physique quantique, c’est-à-dire l’étude des atomes et des particules que cette théorie naît. Le physicien américain Hugh Everett développe la “théorie des mondes multiples”. Elle soutient l’existence de multiples univers, régis par des lois physiques différentes et aux dimensions d’espace et de temps qui leur sont propres. Ces univers coexistent, mais sont inaccessibles entre eux.

L’idée du multivers rejoint la “théorie des mondes multiples”. C’est l’idée qu’il existe des “univers-bulles”, qui coexistent sans jamais interférer. Ceux-ci se seraient créés au cours de la période “d’inflation cosmique”, c’est-à-dire lors de l’expansion des régions de l’espace. Des physiciens et cosmologistes affirment que notre Univers correspond à l’un de ces “univers-bulles” et ne représente qu’une infime partie d’un immense ensemble.

Les cosmologistes Stephen Hawking et Thomas Hertog soutiennent cette théorie dans leur article A Smooth Exit from Eternal Inflation. D’après eux, il est possible de prouver l’existence d’autres univers depuis notre Univers même si ce n’est pas encore le cas à ce jour. Même s’il n’y a aucune preuve que notre Univers est le seul à exister, il n’y en a pas non plus pour prouver que plusieurs univers coexistent.

LES DIMENSIONS DANS LA SCIENCE-FICTION

En science-fiction, on retrouve les notions de “dimension” ou “mondes parallèles” pour désigner des univers différents du nôtre. Des failles spatio-temporelles les relient entre eux. Souvent, les protagonistes peuvent voyager entre ces dimensions, dont les notions de temps et d’espace varient en fonction des univers dans lesquels ils se trouvent. La présence des notions de dimensions et univers multiples dans les séries, films ou livres témoignent de la fascination des humains à comprendre le cosmos. C’est notamment le cas dans les univers étendus de super-héros comme Marvel ou DC Comics.

Pour mieux comprendre les théories sur les univers parallèles, c’est par ici !

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Par  Marie Magnin ,