Trois ouvrages remarquables, parus presque simultanément, invitent le lecteur, qu'il soit ou ne soit pas scientifique, à se poser la question en termes nouveaux. Bien que leurs conclusions soient différentes, elles pourraient en fait s'avérer comme complémentaires. Par ce terme nous voulons dire qu'elles pourraient être retenues et développées simultanément par un esprit humain s'intéressant à la question de l'univers.
Aurélien Barrau. Des univers multiples. A l'aube d'une nouvelle cosmologie. Dunod 2014
Dans ce livre, Aurélien Barrau, physicien et cosmologiste français, que nous avions précédemment présenté à nos lecteurs développe les hypothèses relatives à la question des univers multiples, dite aussi du multivers, dont il est, entre autres questions intéressant la cosmologie, un spécialiste très réputé.
Nos lecteurs connaissent déjà passablement la question, que nous avons abordée dans divers articles ou recensions d'ouvrages. Le livre d'Aurélien Barrau présenté ici constitue en premier lieu un inventaire des diverses approches de la question du multivers. Il s'agit d'abord des théories (ou plutôt théories hypothétiques) ayant été formulée depuis une centaine d'années. Elles sont très différentes. En l'absence de preuves expérimentales indiscutables, elles méritent dont toutes d'être étudiées ou du moins gardées en l'esprit, sans en éliminer a priori aucune.
L'auteur en fait la liste; multivers parallèles, multivers temporels sans changement de lois, multivers temporels avec changement de lois, multivers de trous noirs sans changement de lois, multivers de trous noirs avec changement de lois, multivers spatiaux sans changement de lois, multivers spatiaux avec changement de lois, multivers spatiaux avec possible changement de lois. Nous reviendrons sur l'hypothèse du changement des lois (lois fondamentales de la physique) à propos des deux livres suivants.
Rappelons que ces théories, bien qu'hypothétiques, ne sont pas sans justifications, puisqu'elles découlent pour la plupart d'extensions de la mécanique quantique et de la relativité générale. Ainsi, en mécanique quantique, elles permettent de donner un sens à ce qu'il advient à certains états d'un observable quantique, notamment dans l'effondrement de la fonction d'onde ou dans l'intrication. En relativité générale, les hypothèses sur le multivers sont aujourd'hui indispensables à la compréhension que nous pouvons avoir de phénomènes tels le(s) Big bang(s) ou les trous noirs.
Rien n'exclue évidemment que, subitement, telle ou telle nouvelle recherche ne fournisse des preuves expérimentales indiscutables relatives à la « réalité » des multivers. Ainsi progresse la science.
Mais le livre est aussi, ce qui pourra surprendre certains lecteurs, un essai historique et littéraire sur la question du multivers. En effet, dès l'Antiquité grecque, avec notamment Anaximandre de Milet, sinon même dans la pensée mythologique primitive, l'existence des univers multiples avait été considérée par certains comme indiscutable. Il en fut ainsi tout au long de l'histoire de la pensée européenne. Aujourd'hui, la littérature, la poésie et bien entendu la science fiction, abordent constamment le thème. S'agit-il d'une préscience inconsciente du cerveau humain plongé dans un cosmos dont la compréhension rationnelle lui échappe, ( nous y reviendrons in fine) ou de simples productions de l'imagination? En tous cas, le phénomène mérite d'être sérieusement étudié, comme le fait Aurélien Barrau.
Concernant la physique et plus largement la cosmologie, Aurélien Barrau rappelle que la question des multivers pose directement celle de savoir si l'univers est infini (autrement dit sans limites dans le temps et dans l'espace), et si par ailleurs il manifeste une expansion elle-même infinie, les deux phénomènes ne se confondant pas. Inévitablement il aborde aussi la question dite de la gravitation quantique, c'est-à-dire concernant l'espoir d'obtenir un jour une synthèse entre ces deux composantes fondamentales, et constamment vérifiées à leur échelle, bien apparemment incompatibles, que sont la mécanique quantique et la relativité générale.
Quelles que soient les difficultés, il est clair que pour Aurélien Barrau, il n'y aurait pas de cosmologie possible, ni même de physique, si l'on ne prenait pas en compte ce que l'on pourrait appeler, en termes de philosophie dite réaliste, la « réalité » des multivers.
Carlo Rovelli, Et si le Temps n'existait pas Nouvelle édition mise à jour Dunod 2014
Carlo Rovelli est un physicien italien et français de renommée mondiale, mais encore insuffisamment reconnue en France. Il est actuellement, entre autres titres, directeur de recherche au CNRS au Centre de Physique Théorique de Luminy à Marseille.
Il est le principal auteur, avec Lee Smolin, souvent mentionné sur notre site, de la Théorie de la Gravitation Quantique à Boucles (Loop quantum gravity) Il s'agit de la version la moins connue de la gravitation quantique, l'autre étant celle dite de la Théorie des cordes. Bien que plus récente, et moins bien vendue en termes susceptibles d'attirer les financements de recherche, la Gravitation Quantique à Boucles représente aujourd'hui, selon nous, la forme la plus accomplie, bien qu'encore évidemment 'hypothétique, de la gravitation quantique.
Elle propose que l'espace possède une structure discrète à très petite échelle (celle dite de Planck), c'est à dire qu'il n'a pas une structure continue,comme celle de l'espace de Newton. D'autre part elle fait une proposition qui paraitra plus surprenante, selon laquelle le Temps n'existe pas, tout au moins au plan fondamental. Dans cette approche, le Temps serait une perspective émergente, apparue dans le cadre d'une physique de la thermodynamique. Dans l'intérieur d'un Trou noir, doté d'une thermodynamique différente, le Temps n'existerait pas. Mais cela n'empêcherait pas le trou noir d'évoluer, dans notre propre référentiel relativiste.
Un livre consacré à la gravitation quantique doit rappeler les bases, incompatibles, tant de la mécanique quantique que de la cosmologie relativiste. Carlo Rovelli le fait très clairement. La première, au niveau de la physique dite microscopique, c'est-à-dire portant sur des entités quantiques à la fois ondes et particules, ne fait pas appel à la notion d'espace non plus qu'à celle de temps. Ceci est aujourd'hui admis sans discussion, mais peut paraître curieux.
Comment accepter qu'une physique dont les applications bouleversent quotidiennement nos vies, puisse être a-spatial et a-temporelle? En conséquence d'ailleurs, elle refuse le déterminisme sauf au niveau probabiliste. Les entités quantiques ne peuvent être décrites individuellement non plus que les relations susceptibles de s'établir de l'une à l'autre. Au niveau des grands nombres au contraire, à la suite des calculs probabilistes conduits par l'esprit humain, on voit émerger le temps, l'espace et les relations de cause à effet. De là à dire que le temps et l'espace n'existent que pour l'esprit humain, incapable de pénétrer la nature profonde de l'univers quantique, il n'a qu'un pas.
La physique einsténienne ou cosmologie relativiste, au contraire, tout au moins dans ses développementscontemporains, inscrit tous les évènements dans une histoire, ayant nécessairement un début et un cours bien défini. L'univers a commencé par un big bang ou quelque phénomène analogue, il s'est brutalement étendu aux dimensions actuelles (lesquelles dépasse largement, rappelons le, celles du seul univers visible). Cette extension se poursuivra indéfiniment ou sera suivie d'une grande contraction à la suite de laquelle pourra renaitre un autre univers. Ceci se fera, selon la théorie, dans un temps bien déterminé, même si l'évaluation de ce temps est hors de portée de nos instruments et même de nos cerveaux.
Or rappelle Carlo Rovelli, les incompatibilités propres à chacune des deux théories font que nous ne pouvons rien dire de précis, ni sur l'origine de notre univers (d'où vient-il sinon d'un monde quantique indescriptible), ni sur sa fin, non plus que sur la fin d'un trou noir, ni même sur la question des multivers: les instabilités du monde quantique génèrent-elles, comme le suggère l'hypothèse des multivers, une infinité d'autres univers? On aboutit à ce qui a été nommé des Singularités, dans lesquelles la science renonce s'exprimer. Il s'agit d'une démission certes prudente mais difficilement supportable, car elle ouvre la voie à toutes les interprétations non scientifiques imaginables.
Confronté à cette question, Carlo Rovelli décrit comment, dès sa jeunesse de chercheur, il a entrepris de tenter de la résoudre. Malgré les difficultés de la démarche, qui suppose l'appel à des mathématiques d'une difficulté exceptionnelle, il pense pourvoir aujourd'hui proposer une synthèse, sous le nom de gravitation quantique à boucle. Il l'a fait dans la suite de travaux précédents, dont celui du physicien indien Abhay Ashtekar. avec l'américain Lee Smolin, dont nous avons ici présenté plusieurs ouvrages. Il s'est rapproché aussi, fait plus inattendu, du mathématicien français Alain Connes, incontestablement le plus fécond des mathématiciens vivants, père entre autres de ce qu'il a nommé la géométrie non commutative. Celle-ci trouve des applications dans les recherches intéressant la gravitation quantique à boucles.
Pour des raisons qu'il évoque dans le troisième livre mentionné ici, dont il est un des deux auteurs, Lee Smolin s'est détaché de la gravitation quantique à boucle. Carlo Rovelli a par contre poursuivi ce travail entouré notamment en France et en Italie d'équipes de jeunes chercheurs(euses) dynamiques (et désintéressé(e)s car faute de crédits de recherche suffisants, il est à peine possible de survivre décemment dans de telles activités).
Une description, même très simplifiée, des bases de la théorie de la gravitation quantique à boucles, est quasiment incompréhensible pour un lecteur moyen, comme le montre l'article de Futura Sciences pourtant destiné à la vulgarisation. Nous préférons pour notre part renvoyer le lecteur curieux à un article d'abord plus facile, celui de Bernard Romney pour la revue La Recherche. . Cependant Carlo Rovelli en donne une image tout à fait significative pour un non-physicien, ce qui est un des grands attraits de son livre.
Nous ne prétendrons évidemment pas résumer ce dernier ici, ce qui dépasserait le cadre de cet article. Il faut lire le livre, d'autant plus que c'est aussi une profession de foi en la science, généreuse et passionnée, bien utile en notre époque de négationnismes politiques et surtout religieux.
Ajoutons un mot cependant, concernant le titre qui intrigue beaucoup de personnes. Comment arriver, dans les équations intéressant finalement notre vie de tous les jours, à se passer du temps? Sans doute en renonçant à postuler l'existence d'un cadre temporel continu s'imposant à tous, mais en situant les évènements dans un cadre relationnel, l'observation de tel événement visant à rechercher s'il est relation avec un autre événement, et dans quelles conditions.
Roberto Mangabeira Unger et Lee Smolin - The Singular Universe and the Reality of Time Cambridge University Press 2014
Le troisième ouvrage évoqué ici présente l'intérêt de s'opposer aux deux précédents. Il postule que l'Univers est unique et qu'il existe un Temps, également unique, dans lequel s'inscrivent les lois fondamentales et les phénomènes ayant donné naissance à notre univers . Mais nous verrons en conclusion qu'une réflexion sur la nature du cerveau humain pourrait peut-être justifier l'intérêt de prendre au sérieux, simultanément, des hypothèses aussi différentes.
(à suivre)
