Une IA frontière d’OpenAI affirme avoir percé une énigme fondamentale sur les forces qui gouvernent l'Univers !

Avec les prouesses de la robotique et de l'IA, on se croirait de plus en plus dans la science-fiction et dans les mondes décrits par Isaac Asimov et Arthur C Clarke à ce sujet. Il aurait été fascinant, notamment, de savoir ce qu'ils auraient pu penser des derniers résultats d'OpenAI qui s'est attaqué à deux des mythiques problèmes du prix du millénaire, ces énigmes établies en 2000 par l’Institut de mathématiques Clay et dont la résolution donne droit à chaque fois à un prix d'un million de dollars.

Le premier problème était en rapport avec les fameuses équations de Navier-Stokes en mécanique des fluides. Mais, ce lundi 26 octobre 2026, OpenAI a fait savoir dans un communiqué sur son site que son IA avait enfin « fournit une preuve d'existence mathématiquement rigoureuse de certaines théories quantiques des champs en interaction contenant des champs de jauge et des fermions en quatre dimensions, dont la chromodynamique quantique (QCD) et une complétion unifiée du modèle standard de la physique des particules ».

Le communiqué précisait qu'une partie de la démonstration fournie, qui est longue de 1 147 pages, donne « une preuve de l'existence de la théorie de Yang-Mills pure, qui constitue une partie du problème du prix du millénaire de l'Institut de mathématiques Clay sur la théorie quantique de Yang-Mills » et qu'une autre partie constitue⁠ une preuve d'existence portant sur la Théorie de Grande Unification la plus simple, qui inclut les champs de jauge et les fermions du modèle standard.

Il avait percé le secret des forces fondamentales de l'Univers, le prix Nobel Chen Ning Yang est décédé

C'était probablement le dernier titan encore vivant de la physique du milieu du XXe siècle. Chen-Ning Yang est décédé le 18 octobre 2025. Spécialiste de physique statistique et de physique des particules avec son compatriote chinois Tsung-Dao Lee, ils ont été colauréats du prix Nobel de physique de 1957, devenant ainsi les premiers Chinois récipiendaires du prix. Mais pour les physiciens, c’est surtout avec son collègue Robert Mills qu’il est connu comme l’un des découvreurs des équations à l’origine des forces fondamentales du modèle standard de la physique des particules.... Lire la suite

Tout cela est sans doute cryptique pour qui ne connaît pas un peu la physique des particules élémentaires et les mathématiques.

Tentons un décryptage...

Au début était la théorie quantique des champs

Remontons pour cela à la fin des années 1920 et au début des années 1930. La découverte de 1925 à 1927 des équations et principes fondamentaux de la mécanique quantique, d'abord essentiellement appliquée aux atomes et aux molécules, est utilisée par Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Enrico Fermi et Paul Dirac (tous futurs prix Nobel pour leurs travaux en physique quantique) pour développer une théorie quantique des champs relativistes - pour être précis, celle du champ électromagnétique souvent appelée la théorie de l'électrodynamique quantique (Quantum electrodynamics ou QED, en anglais).

Le prix Nobel Steven Weinberg, unificateur de la lumière et de la radioactivité, s'est éteint

« Steven Weinberg fait partie des très rares personnes qui, dans l'histoire de la civilisation, ont radicalement changé notre façon de voir l'Univers. » Cette phrase a été écrite par le physicien théoricien Gian Francesco Giudice dans un communiqué du Cern qui a annoncé la disparition de l'un des plus grands scientifiques de tous les temps, ayant révolutionné la physique des particules, la théorie quantique des champs et la cosmologie pour reprendre là aussi les mots du mythique laboratoire européen de la physique des hautes énergies.... Lire la suite

Il devient alors possible de décrire avec les principes et les équations d'une théorie quantique des champs relativistes bien des détails de la façon dont les particules chargées émettent ou absorbent des grains de lumière, les photons, se repoussent ou s'attirent et aussi sont créées ou détruites.

Dans les décennies suivantes, cette théorie sera étendue aux forces nucléaires fortes et faibles du monde des protons et des neutrons. Il faudra pour cela utiliser des équations dont une première version avait été découverte par les physiciens Chen Ning Yang et Robert Mills. Les équations de Yang-Mills sont à la base de la théorie électrofaible, développée notamment par Steven Weinberg, et des théories de la chromodynamique quantique (QCD, en anglais) et des quarks, développées elles aussi notamment par Murray Gell-Man.

Anniversaire : les quarks ont 50 ans

Le modèle standard de la physique des particules élémentaires a commencé à prendre forme pendant les années 1960 avec la théorie unifiée des forces nucléaire faible et électromagnétique, ainsi que le modèle des quarks pour les hadrons. On fête cette année les 50 ans de la découverte de ce modèle par deux physiciens, George Zweig et Murray Gell-Mann. Zweig était en poste au Cern lorsqu'il a publié ses idées dans un article daté du 17 janvier 1964.... Lire la suite

En général, la recette de base pour construire une théorie quantique des champs relativiste est de prendre des équations classiques respectant les exigences de la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, que l'on transforme ensuite en équations quantiques selon certaines règles.

Une théorie axiomatisée des champs quantiques

Cela peut paraître bizarre, mais depuis le début, les mathématiciens ont du mal à démontrer que les équations quantiques découlant de ces équations classiques existent bel et bien sans contradiction !

En pratique, on a constaté qu'elles permettaient bien de faire des prédictions vérifiées fabuleusement par les expériences, mais on ne comprend pas toujours bien pourquoi. C'est essentiellement un problème de physique mathématique et, dès les années 1950, des physiciens et des mathématiciens avaient entrepris de résoudre ce problème en développant une théorie mathématique rigoureuse à partir d'axiomes... et parfois en découvrant de nouvelles mathématiques.

Il y a un exemple bien connu sur ce dernier point.

Paul Dirac avait introduit, au cours des années 1920, un objet mathématique qui n'avait aucun sens dans le cadre du calcul différentiel et intégral et de la théorie des fonctions standard. C'est finalement un peu plus tard que le mathématicien français Laurent Schwartz va découvrir une théorie des fonctions généralisées, connues de tous aujourd'hui sous le nom de théorie des distributions et expliquant finalement rigoureusement l'intuition de Dirac avec sa « fonction ».

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Retournons maintenant vers les résultats d'OpenAI.

Des généralisations des équations de la force électromagnétique

Les équations classiques de Yang-Mills sont des généralisations naturelles des équations de Maxwell de la force électromagnétique. Elles contiennent plusieurs cousins du photon (exemple, les gluons de la force nucléaire forte) une fois quantifiées comme on dit.

Du fait du caractère non linéaire des équations autres que celles de Maxwell, tout se passe comme si parfois l'équivalent de la lumière attirait ou déviait de la lumière. Ces équations décrivent surtout potentiellement diverses forces entre des particules de matière comme c'est en fait le cas avec les gluons de la QCD pour les quarks ou les photons et les bosons W et Z pour la théorie électrofaible derrière la radioactivité bêta.

L'IA d'OpenAI aurait donc démontré que toutes les versions quantiques des théories de Yang-Mills en quatre dimensions de la relativité restreinte (on a étudié des versions en dimensions plus basses ou plus hautes), mais sans couplage des forces de ces théories à des particules de matière comme les électrons, les neutrinos ou les quarks existent bel et bien et sans contradiction en premier lieu.

En second lieu, c'est l'existence de la théorie quantique de la QCD, avec les quarks et les forces nucléaires collant ces quarks dans les protons et les neutrons, qui aurait aussi été démontrée.

Enfin, on sait qu'il existe plusieurs théories quantiques possibles unifiant les forces et les particules de la QCD et de la théorie électrofaible de Weinberg, Glashow et Salam avec des équations de Yang-Mills. C'est la plus simple d'entre elles dont la cohérence mathématique et donc l'existence aurait été démontrée. Même si OpenAi ne le précise pas, on a de bonnes raisons de penser qu'il s'agirait de la théorie dite SU(5) de Howard Georgi et Sheldon Glashow, la première des Théories de grande unification (GUT, en anglais) découverte pendant les années 1970.

Reste que, comme on l'a dit précédemment, les démonstrations de l'IA d'OpenAI s'étalent sur plus de 1 000 pages et les vérifier n'est pas à la portée de tout le monde. C'est pourquoi il a été demandé au prix Nobel de physique David Gross, grand contributeur de la QCD, de mener une équipe d’experts qui va s'en charger.