LE LIBRE ARBITRE SCIENTIFIQUEMENT REFUTE

par Jean Robin

Editions TATAMIS

septembre-octobre 2016

commentaire par Jean-Paul Baquiast 24/09/2016

L’auteur :

Jean Robin, journaliste et éditeur, a publié 35 livres à ce jour. Du livre pour être heureux (2013) en passant par Ils ont tué la télé publique (2006), il défend la liberté d’expression, l’ouverture d’esprit et la démocratie. Il a fondé la maison d’édition Tatamis en 2006 et le site d’information en ligne Enquête & Débat en 2010.

1) Présentation de l'ouvrage

.Nous nous appuyons pour ce faire afin de gagner du temps, sur ce qu'en dit le site du livre

Les thèmes.Le non choix de naître:
La grossesse et la naissance : Grossesse – Enfant non désiré – Alimentation de la mère – Naissance – Par césarienne – Prématuré – Bébés – Les différentes influences une fois né
Notre corps :
Notre patrimoine génétique – Nos membres – Les mécanismes qui nous maintiennent en vie – Notre cerveau – Nos cinq sens – Nos hormones et nos émotions – Notre genre – Notre beauté – Notre attirance pour les filles ou les garçons – Notre sexualité – Nos nom et prénom – Notre vieillissement – Notre espérance de vie
Nos dons à la naissance ou qui se révèlent plus tard
Notre femme (ou notre mari)
La famille dans laquelle nous naissons :
Nos frères et sœurs – Nos parents – Notre belle-famille – Nos grands-parents
Le choix de notre école
Abus sexuels ou violence
L’époque à laquelle nous naissons
Le lieu où nous naissons
Nos enfants (ou notre enfant)
Notre environnement :
Notre culture:
Notre langue maternelle – Les gens qui nous entourent – Les infrastructures mises à votre disposition – Le système politique en place – L’environnement économique – Le système judiciaire – Le temps – Les lois physiques – L’alternance jour-nuit, saisons, etc. – L’influence des astres – L’effet papillon – Les inventions
L’enfance et l’adolescence
Quelques auteurs qui ne croyaient pas au libre-arbitre
John Locke – Albert Einstein – Sir Isaac Newton – Descartes – Pierre Simon Laplace – Martin Luther – Jean Calvin – Voltaire – Arthur Schopenhauer – Luc de Clapiers, marquis de Vauvenargues – Baruch Spinoza – Donald Hebb – Friedrich Nietzsche – Charles Renouvier – Francis Crick – Henri Laborit – Vassilis SAROGLOU – Antoine VERGOTE – Sam Harris – Wolf Singer – Chris Frith – Paul Bloom – Jerry Coyne – Stephen Hawking – John Searle – Geroge Ortega – Thalia Wheatley – Christof Koch – Bruce Hood2.

2. Nos commentaires

Nous avons sur ce site présenté et commenté de nombreux ouvrages et articles de scientifiques et plus particulièrement de neuroscientifiques examinant la question du libre arbitre et celle de la conscience qui lui es étroitement associé. La première de leur démarche consiste, non à nier ces phénomènes au nom d'un matérialisme radical, mais à en rechercher les bases dans le cerveau. Il est en effet incontestable que le corps, à quelque niveau que ce soit dans l'ordre du vivant, et plus particulièrement le cerveau chez ceux qui en sont dotés, prennent en permanence des décisions qui leur permettent de survivre et s'adapter. Ces décisions relèvent de comportements plus ou moins complexes et intriqués impossible à identifier dans le détail, mais qui paraissent tous étroitement déterminés par des causes ou situations existant préalablement. Autrement dit, ils ne sont pas libres, au sens où l'entendent les philosophes ou religions défendant le libre arbitre.

Or il est impossible de nier, même en restant déterministe, que beaucoup de décisions prennent leurs origines non seulement dans le cerveau mais dans les aires neurales associées à la conscience et plus particulièrement à la décision consciente. Il est donc tentant de rechercher si dans le cerveau et plus généralement dans le corps pourraient être identifiées des zones que l'on pourrait considérer comme le siège de la conscience et de la décision consciente. Il faudrait ensuite déterminer si les processus de décision consciente prises au niveau de ces zones sont « libres » au sens où l'entend le libre-arbitre, ou bien sont déterminés par des facteurs ou processus non encore identifiés, mais qui devraient pouvoir l'être par des études expérimentales plus approfondies.

Or jusqu'à présent, il n'a pas été été possible d'identifier des aires cérébrales qui seraient le siège de la conscience. Leur existence est démontrée à tout instant par différents accidents cérébraux se traduisant par la perte de conscience. Mais on ne peut pas individualiser dans le cerveau sain des aires commandant non pas seulement la décision consciente mais ce que l'on pourrait qualifier de décision libre, résultant d'une intervention elle-même libre du sujet, c'est-à-dire dont il assumerait la responsabilité seule et entière. Il semble que ce soit le cerveau global qui intervienne, en relation constante, notamment, avec les appareils sensori-moteurs.

Pour les neurosciences modernes, les phénomènes indiscutables de conscience et de prise de décision consciente relèvent du cerveau tout entier, voire du corps. Ils se produisent de façon par ailleurs très variable et difficile à analyser dans le détail. Mais ce n'est pas là une raison justifiant de faire appel à une cause relevant d'une philosophie séduisante mais indémontrable de la liberté pour les expliquer. Les diverses religions qui par ailleurs depuis leurs origines reposent sur ce concept de liberté pour y voir le reflet d'une divinité quelconque ne sont pas davantage crédibles. Toutes ces considérations permettent donc de confirmer la validité de l'affirmation selon laquelle le libre-arbitre serait scientifiquement réfuté.

Reste cependant à expliquer en termes de science déterministe la perception de liberté - relative- qu'ont toujours eu les individus ou les collectivités confrontés à des décisions. Chacun d'entre nous la ressent en permanence. Même s'ils peuvent admettre que la décision a déjà été prise de façon inconsciente, c'est-à-dire non libre, avant d'être formalisée sous une forme consciente, la grande majorité des humains ne peut s'empêcher en pratique d'évoquer la liberté et les conséquences en termes de responsabilité que celle-ci entraine.

Il n'a aurait notamment plus de règle de droit, civil ou pénal, si l'on postulait que les individus et les collectivités sont entièrement conditionnés au préalable, c'est-à-dire non responsables, pour prendre les décisions qu'ils prennent. De la même façon aucun chef ne s'efforcerait de convaincre ses subordonnés de prendre des décisions contraires aux règles dominantes s'il ne s'estimait pas doté d'une libre volonté l'autorisant à le faire.

Il est cependant possible, en termes déterministes, d'expliquer que l'évolution des individus et des sociétés n'aurait pas été aussi riche et adaptative qu'elle l'a été si les individus n'avaient pas été persuadés qu'ils étaient capables de décisions libres. Mais cette persuasion, et c'est le point important, n'aurait pas été le fait de décisions volontaires antérieures, elle se serait spontanément formalisée et imposée sous forme de contraintes déterministes collectives, ayant émergé si l'on peut dire de la même façon que le langage.

Dans certains cas, elle aurait pris la forme de mécanismes héréditairement transmissibles, inscrites dans les génomes. De la même façon, à un niveau plus simple, dans la vie sauvage, des règles implicites s'étant imposées d'elles-mêmes aux espèces commandent des comportements de fuite à l'égard d'un prédateur - ceci quelles que soient les tendances à folâtrer qui peuvent caractériser les proies.

Dans ces perspectives, il faut considérer que le livre de Jean Robin « Le libre arbitre scientifiquement réfuté » constitue un petit ouvrage simple, de lecture facile, énumérant l'essentiel des conditionnements divers qui nous déterminent, fut-ce à notre insu. Certes l'auteur met pratiquement pratiquement au même niveau tous les déterminismes, alors que certains sont évidents et que d'autres sont plus difficiles à expliquer, notamment dans le cas du cerveau, considéré comme la machine la plus complexe de l'univers. Mais ceci est inévitable, concernant les dimensions de l'ouvrage. Nous nous devons en conseiller la lecture. Dans un siècle où sous l'influence d'un islam de combat se répand à une vitesse inquiétante l'idée que les croyants, inspirés par le Coran, peuvent et doivent remettre en cause tous les fondements de la société, il sera particulièrement nécessaire.

Malheureusement, on peut penser que le livre ne convaincra que des lecteurs déjà convaincus. Le poids des croyances au libre-arbitre, propagées par des structures de pouvoir qui les disséminent pour éviter toute approche scientifique matérialiste et déterministe de la question, continuera à s'imposer. Même un lecteur scientifique, tel il doit l'avouer l'auteur de cet article, ne pourra pas très épisodiquement ne pas se demander « s'il n'y aurait pas quand même quelque chose » fondant le libre arbitre dont il se sent intuitivement doté.

Nicolas Gisin

Ceci fait qu'un certain nombre d'arguments se voulant scientifiques ont depuis longtemps essayé de rattacher le libre arbitre à des causes fondamentales pouvant être inscrites dans l'univers profond. La physique quantique avec ses hypothèses sur l'indétermination a depuis son apparition été utilisée en ce sens, sans caractères bien convaincants du fait du caractère ésotérique des arguments utilisés. Mais les tentatives se poursuivent. Nous avons dans un article récent évoqué le travail du physicien quantique Nicolas Gisin. Le lecteur pourra se reporter à l'article et aux sources citées. Néanmoins nous pouvons ici en présenter une adaptation.

Dans un article du NewScientist, daté du 21 mai 2016, intitulé Time to decide, le physicien quantique suisse Nicolas Gisin, pionnier de la téléportation des états quantique et de l'une de ses applications, la cryptographie quantique, explique pourquoi il ne peut admettre les arguments de la science déterministe selon lesquels le libre arbitre n'est qu'une illusion.

Sa conviction ne découle pas d'hypothèses religieuses selon lesquelles le libre-arbitre aurait été conféré à l'homme du fait que celui-ci ait été fait à l'image de Dieu, dont aucune loi ne peut enchainer la totale liberté de créer ou ne pas créer. Elle peut par contre les rejoindre. Il raisonne sur le libre-arbitre en termes strictement scientifiques.

Il admet que toute la physique macroscopique moderne, depuis Descartes, Newton et Einstein, repose sur l'assomption que l'univers est déterministe. Par extension, dans le cas de sciences comme la biologie ou la neurologie qui ont souvent peine à faire apparaître des lois déterministes, le déterminisme postule que de telles lois existent, y compris sous la forme d'un chaos déterministe ne permettant pas à notre esprit de faire apparaître ces lois, en l'état actuel de nos connaissances.

Aussi bien les cosmologistes pensent pouvoir prédire l'avenir de l'univers avec une certaine dose de certitude, puisque les lois fondamentales de l'univers seraient déterministes. On ne les connait évidemment pas toutes, mais la plupart se découvriraient de plus en plus. Il en résulte que pour eux le temps serait une illusion. Les mêmes causes entraineraient les mêmes effets, même si le cours de ce que nous appelons le temps se trouvait inversé. Ainsi prise à l'envers, l'histoire de l'univers nous ramènerait inévitablement au point initial du big bang, supposé être à l'origine de ce même univers.

Face à ces arguments, Nicolas Gisin fait valoir que des scientifiques de plus en plus nombreux, parfaitement respectables, affirment que la démarche scientifique n'aurait pas de sens sans le libre-arbitre, c'est-à-dire au cas où nous n'aurions aucun pouvoir de décider si une hypothèse est « vraie » ou non. Nous serions obligé de la tenir pour vraie, partant de l'idée qu'un déterminisme sous-jacent doit nous imposer de ne pas nous poser la question. Nous serions seulement libres - et encore - de chercher à mieux connaitre ce déterminisme.

Or c'est le contraire que montre l'histoire de la science. Sans même faire appel à la mécanique quantique qui postule l'intervention de la volonté pour résoudre l'équation de Schrödinger dont l'inconnue est une fonction, la fonction d'onde ( ce que l'on nomme le problème de l'observation), Gisin s'appuie sur des exemples d'indétermination peu souvent évoqués que nous ne reprendrons pas ici. Ainsi de l'utilisation de nombres que Descartes avait nommé des nombres réels, opposés aux nombres qu'il avait nommé « imaginaires ». Les nombres imaginaires sont considérés comme ne correspondant à aucune réalité, compte tenu de la façon dont ils sont calculés, par exemple en faisant appel à la racine carré d'un nombre négatif. Ce n'est pas le cas des nombres réels.

Cependant les nombres réels peuvent eux-mêmes être indéterminés. La plupart d'entre eux, décomposés en leurs éléments, font appel à des séries de chiffres se poursuivant jusqu'à l'infini. De plus, ces derniers, en bout de chaine, n'apparaissent qu'au hasard, sans qu'aucune loi déterministe permettant de permette de prédire leur apparition. Seule une le traitement des nombres faisant appel à une décision volontaire permet de ne prendre en considération que les premiers chiffres de la série.

On objectera que le traitement des nombres est en fait déterminé par des structures neuronales propres à notre cerveau, elle-même bien déterminée. Mais Nicolas Gisin rappelle que les systèmes relevant de la théorie du chaos au sens strict, c'est-à-dire d'un chaos qui n'a rien de déterministe, sont partout dans la nature. C'est le cas notamment de tout ce qui concerne la vie et son évolution - sans mentionner les systèmes quantiques déjà évoqués. L'indétermination est partout, jusqu'au moment où elle est déterminée par les choix eux-mêmes non déterminés a priori faits par les êtres vivants.

Ceci dit, observons pour notre compte que l'indétermination et plus encore le libre-arbitre, sont de simples concepts que la science se refuserait encore aujourd'hui à définir. Elle ne les identifie que par leurs effets visibles. Ne faudrait-il pas aller plus loin? Que signifie la liberté de choix pour les êtres vivants. Certainement pas la liberté d'aller où que ce soit dans l'espace.

Il faudrait peut-être envisager que le libre-arbitre soit une propriété fondamentale des êtres vivants, leur permettant de résoudre à leur avantage les indéterminismes profonds du monde? Ceci se ferait au niveau quantique, par la résolution incessante des fonctions d'onde auxquelles se trouvent confrontés ces êtres vivants. Mais ceci, d'une façon plus évidente, se produirait en permanence dans le monde physique. Par le libre-arbitre, les êtres vivants, fussent-ils considérés comme primitifs, et donc entièrement déterminés, choisiraient spontanément et librement les conditions de la nature les plus convenables à leur survie et leurs développements. Ainsi de proche en proche, ils se construiraient un monde déterminé dans lequel ils évolueraient en faisant simultanément évoluer ce monde.

Le libre-arbitre ne permettrait donc pas d'inventer des mondes entièrement nouveaux. Il se bornerait à rendre actuelles des possibilités préexistantes, en les « choisissant ». On retrouve là, au niveau de la physique macroscopique, l'interprétation dite de Copenhague, popularisée par Werner Heisenberg. L'observation, dans la théorie dite de la mesure, « résout » la fonction d'onde du système quantique en l'obligeant à choisir entre un certain nombre de possibilités en principe préexistantes.

Or, écrit Nicolas Gisin, le concept de temps n'est pas exclu de ce processus. Le résultat d'un événement quantique, tel que la mesure d'un système donné, non déterminé à l'avance, se situe dans un temps différent de celui où ce résultat est acquis, avec toutes les conséquences en découlant. Il s'agit d'une création authentique, apparue dans un temps non réversible, qui ne pouvait être connue à l'avance en faisant appel à une équation déterministe.

Nicolas Gisin a nommé ce temps un « temps créateur » , creative time. La science ne comprend pas bien aujourd'hui ce concept, mais la théorie de la gravitation quantique pourrait changer les choses. Elle obligera à une synthèse entre la théorie einstenienne de la gravité, entièrement déterministe, et le hasard introduit par l'observateur d'un système quantique.

Si l'on accepte cette hypothèse, il faudra en revenir à la question que nous avons précédemment posée. Faudrait-il admettre que le libre-arbitre, à quelque niveau qu'il s'exprime, serait dans la nature même de l'univers, ou du multivers si l'on retient cette dernière hypothèse. En ce cas, dans un univers supposé être évolutif, quelle serait l'essence profonde du phénomène ou, si l'on préfère, comment serait-il apparu? Et se poursuivra-t-il lorsque l'univers que nous connaissons aura disparu?

Toutes ces hypothèses concernant le libre-arbitre ne conduisent évidemment à des « certitudes » scientifiques, ceci d'autant plus qu'il sera longtemps difficile voire impossible de les mettre à l'épreuve dans des dispositifs expérimentaux. Il paraît difficile cependant d'affirmer, comme Jean Robin, que le libre-arbitre soit scientifiquement et définitivement réfuté. Ou tout au moins, si on le fait, il faut que ce soit à l'intention des profanes toujours tentés de faire appel à des considérations mythologiques ou religieuses.

Cela ne saurait interdire à des chercheurs scientifiques de se demander si des lois fondamentales de l'univers ne pourraient pas expliquer l'étonnante rémanence du concept de libre-arbitre.

Réaction de Jean Robin

J'ai reçu de Jean Robin cette réaction à la lecture de mon article. Je l'en remercie. JPB

merci pour cette recension richement argumentée. Jje me permets de relever quelques erreurs :

- sur la religion et le libre arbitre : toutes les religions au monde croient au libre arbitre, sauf une, le christianisme biblique tel qu'expliqué par les protestants de la réforme, luthériens et calvinistes.
Luther a même écrit une somme de 700 pages intitulée "Le serf-arbitre" dans lequel il écrit, versets de la bible à l'appui, que Jésus nous explique tout au long de la Bible que le libre arbitre n'est qu'une illusion, dont le résultat est de nous rendre esclave du péché. La vérité vous rendra libre, et la vérité c'est Jésus.

- sur l'indétermination : elle ne prouve pas le libre arbitre.

- sur les personnalités qui ne croient pas au libre arbitre : je trouve dommage de ne pas en avoir parlé (outre les noms dans le sommaire) car la pensée d'un Spinoza ou d'un Nietzsche par exemple me paraissent lumineuse de ce point de vue, et permettent d'éclairer la réflexion scientifique.

- sur le reste : je pense que vous êtes passé à côté de l'essentiel, à savoir que la science démontre que le libre arbitre, s'il existe, est si réduit qu'il est nul.
Je cite quelques dizaines de facteurs dans mon livre, il en existe en fait des milliards de milliards, s'exerçant sur nous en permanence !
En effet les facteurs qui nous conditionnent s'additionnent et se renforcent, créant une sorte de toile d'araignée à laquelle rien ne semble pouvoir échapper.
Sauf à croire à la magie naturellement, ou à Dieu (le cas des luthériens et calvinistes), mais ce n'est pas votre cas je crois.
Seule une force incréée, infinie, et non soumise au temps et à l'espace pourrait en effet échapper à la loi de la causalité.

Mais c'est un autre débat...

Je suis tout de même ravi par cette recension, ne vous y trompez pas ;)

Je la relaie donc sur mon site Enquête & Débat, afin de faire un peu de pub à mon tour à votre site : http://www.enquete-debat.fr/archives/critique-de-le-libre-arbitre-scientifiquement-refute-64921

Ma réaction à la réaction

Je suis bien d'accord avec ceux, tel votre livre, expliquant que la science réfute à juste titre le libre-arbitre. J'ai seulement voulu évoquer, dans la partie du commentaire évoquant le travail de Nicolas Gisin les hypothèses de ceux qui se demandent si la biologie quantique (voyez un article précédent ) ne pourrait-elle pas suggérer une capacité fondamentale de la vie à lever les indéterminations (résoudre la fonction d'onde) des particules quantiques afin d'en faire des particules matérielles adaptées à leurs besoins.

Lever une indétermination ne signifie évidemment libre-arbitre, mais seulement que les déterminismes en résultant montrent l'existence d'un indéterminisme fondamental caractérisant le monde quantique dont le monde macroscopique est issu. Il pourrait s'agir de ce que l'on pourrait appeler une loi fondamentale de l'univers. Autrement dit le déterminisme ne serait pas une propriété fondamentale de l'Univers.

Voyez aussi le livre de Gisin L'impensable hasard . Il traite surtout de téléportation quantique mais les bases s'en appliquent à toutes les procédures quantiques, qu'elles soient cosmologiques au sens large, matérielles ou biologiques. Ceci dit, comme je l'avais indiqué, il ne s'agit encore que d'hypothèses. Mais elles ouvrent un peu le regard par rapport à l'acception actuelle du concept de déterminisme

Réaction d'Alain Cardon

Le problème est que la génération de toute pensée est une construction émergente qui est ou bien conduite ou bien générée par réaction et sans intention. Et c’est une émergence qui est un construit satisfaisant simplement à une visée et qui n’est
donc pas une production totalement dirigée et conduite par l’individu
qui utilise son système psychique. Le cadre de cette émergence a été développé dans mes publications et le sera encore dans le prochain livre de Pierre Marchais auquel je collabore.

Mais cette position nécessite de bien connaître des domaines scientifiques différents, l’Intelligence Artificielle, la construction effective des productions des systèmes multiagents massifs autocontrôlés morphologiquement, puis le psychisme et la transposition de l’architecture calculable complète dans la connaissance effective du psychisme humain, avec les notions de régulateurs, de contrôleurs et d’émergence multi-facettes, ce qui explique de très nombreuses pathologies, ce que nous avons publié avec Pierre Marchais.

La notion de libre arbitre est donc celle de la production d’un processus émergent multi-caractères dans une architecture très morphologique utilisant fortement le parallélisme et même l’équivalent de l’intrication et où chaque émergence altère de façon distribuée ce qui l’a produit, formant ainsi la mémoire très dynamique du système psychique. Cela n’a donc rien à voir avec la conception radicale d’un esprit humain qui serait la cause absolue de tous nos actes.

Ma réaction à la réaction d'Alain Cardon

Ce commentaire évoque trop sommairement un thème important de l'Intelligence artificielle dite autonome, qu'Alain Cardon a mis en centre de ses recherches actuelles: comment simuler le libre arbitre dans des systèmes artificiels, dont certains sont dit "massivement multi-agents", visant à l'autonomie? Il faudrait tout un article pour mettre à jour ce que nous avons écrit sur ce thème ici. JPB

s par Jean-Paul Baquiast 16/08/2016

Thomas Buchert est:

* Professeur de Cosmologie à l'Université Claude Bernard Lyon 1
* Membre du CRAL (CNRS UMR 5574) à l'École Normale Supérieure de Lyon
* Membre du Consortium Euclid
* Professeur Adjoint de la Faculté ICRA-Net

Ses travaux originaux en cosmologie:
a. Théorie de perturbations lagrangiennes
b. Introduction des Fonctionnelles de Minkowski comme statistique pour les données astronomiques
c. Cosmologies inhomogènes (buchert equations)

Pour en savoir plus sur Thomas Buchert
http://www.galpac.net/members/buchert_fr.html

Voir aussi
http://www.galpac.net/projects/arthus/arthus_fr.html

Introduction à l'entretien

En cosmologie, les concepts de matière noire et d'énergie noire sont bien commodes. Tels les recours au mystère dans les philosophies de la nature, ils permettent de se dispenser de recherche scientifique plus approfondie. Ils prétendent expliquer les mystères en décourageant toute tentative pour mieux comprendre ce qu'ils cachent. L'oeuvre du cosmologiste Thomas Buchert propose de nouvelles perspectives très intéressantes pour aborder cette question.

Voir notre article du 23/06/2016, L'effet des inhomogénéités sur l'univers global, avec des commentaires de Thomas Buchert http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2016/170/buchert.htm

Voir aussi Rovelli http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2015/154/rovelli.htm

Jean-Paul Baquiast, ci-dessous JPB 16/08/2016

JPB: Cher Thomas Buchert, vous êtes un cosmologiste des plus innovants, mais aussi encore un peu hérétique. Vous refusez de recourir aux concepts de matière noire et d'énergie noire pour apporter des réponses à certaines des questions les plus ardues de l'astronomie, de la la cosmologie moderne et de la physique en générale. Pouvez vous nous dire comment vous en êtes arrivé là ?

TB pour Thomas Buchert Déjà tôt au cours de mes études, ma façon d'aborder la physique était d'examiner les changements paradigmatiques, autrement dit comment les paradigmes évoluent. Ceci en particulier concernant l'évolution des hypothèses sur lesquelles ils sont basés. Cette derniere approche conduit naturellement à la critique de l'hypothèse: apparaît elle non-réaliste ou trop idéalisé. Si vous regardez le modèle standard de la cosmologie, vous constatez qu'il est basé sur des hypothèses qui ne correspondent pas nécessairement à ce qu'on voit dans l'Univers.

Ainsi, si vous pensez que le modèle standard devrait décrire l'Univers dans le cadre de la théorie de la relativité générale d'Einstein, il saute aux yeux que les récents développements forts en astronomie concernant notre connaissance des structures dans l'Univers ne se reflètent pas dans les hypothèses sous-jacentes du modèle standard. En bref: la théorie d'Einstein exige pour les structures non-homogènes une géométrie non-homogène, tandis que le modèle standard repose sur une géométrie homogène.

Je ne pense pas que cette approche soit hérétique car elle cherche à comprendre sans être influencée par le paradigme courant. Elle nécessite cependant d'accepter que pour améliorer les idées actuelles il faille affronter des difficultés, difficultés techniques mais aussi difficultés à convaincre une majorité de scientifiques qui suit une autre voie. Par exemple, pour remettre en question le modèle standard homogène, il faut regarder la généralité des équations d'Einstein décrivant une géométrie inhomogène. La question à se poser était de savoir si un modèle homogène peut faire du sens. La réponse est qu'il n'a de sens que pour donner une description moyenne à grande échelle.

Il est donc conséquent de regarder les équations générales d'Einstein et leurs propriétés moyennes sur de grandes échelles et je suis arrivé à un modèle cosmologique “en moyen“ . Ceci veut dire qu'il comporte des termes supplémentaires agissant comme énergie noire (ou sombre) sur de grandes échelles, mais aussi agissant comme de la matière noire sur de petites échelles. Ces effets existent. La seule question ouverte – c'est le sujet de la recherche actuelle - est de quantifier ces effets. Il se peut que ces effets ne sont pas suffisants pour expliquer les sources sombres, mais il est nécessaire cependant de les quantifier. Tout cela n'est que de la physique, et ne fait pas appel à des éléments mystérieux.

JPB. Vous considérez vous conforté par les informations actuellement publiées selon laquelle les recherches sur les supposées particules de matière noire (WIMPs, Weakly Interactive Massive Particles) seraient en cours d'abandon, faute de résultats?

TB. Le paradigme de l'existence de la matière noire est toujours en train de se modifier. Il y a beaucoup de candidats plausibles pour l'expliquer. Je considère les mini trous noirs comme des candidats raisonnables, mais le paradigme reste le même. En fait, il se peut que nous trouvions de la matière noire, car des évidences indirectes existent, bien plus d'ailleurs que pour l'énergie sombre. Cependant, étant donné que les effets des inhomogénéités peuvent également agir comme la matière noire, il est évident que l'on doive tenir compte de ces effets dans les modèles censés expliquer ces évidences. Par exemple, les modèles actuels négligent la courbure de l'espace. Ils sont newtoniens. Le halo d'une galaxie ne peut être modélisé de manière réaliste qu'avec la prise en compte de la courbure. La question se pose donc de savoir si cette propriété physique - négligée dans le modèle standard - peut en modifier les conclusions.

JPB. Mais vous estimez, sauf erreur, qu'une explication alternative, celle de la gravité modifiée (MOND, TeVeS) ou bien d'autres théories comme la théorie bimétrique édudiée par Luc Blanchet seraient inutilement compliquées. Il ne serait donc pas nécessaire d'abandonner la théorie de la gravitation universelle proposée par Einstein.

TB. J'ai récemment apprécié un exposé donné par Luc Blanchet au cours de la dernière conférence SF2A à Lyon. J'ai aimé la présentation. Les sources sombres sont souvent recherchées en termes de champs fondamentaux existants - ou en termes de généralisations du lois de la gravitation. Pour la dernière possibilité, les approches comme MOND et TeVeS sont utiles car elles donnent une idée phénoménologique sur ce qui change par rapport aux modèles simplistes.

Néanmoins, elles semblent viser à « réparer » les théories universelles, bien testées comme la théorie d'Einstein, or cette réparation dépend de l'échelle ou du système astronomique que vous regardez. Le plus souvent, l'un des postulat parait confirmé, c'est-à-dire soit postuler l'existence de la matière noire soit changer la loi gravitationnelle. Mais les deux simultanément parait difficile. Le rasoir d'Occam suggère qu'une telle approche peut difficilement être concluante. Plus précisément, je pense que les sources sombres sont le produit d'une modélisation trop simpliste. Elles ne sont pas nécessairement liées aux fondements de la théorie de la gravitation. Il n'empèche que les études concernant une modification de la gravité évoquées par vous sont intéressantes et importantes.

JPB. Pour en revenir à vos hypothèses, elles ne paraissent pas pour le moment vérifiables expérimentalement. Pourront-elle l'être prochainement?

TB. La possibilité de prédictions observationnelles dépend en grande partie de la possibilité de mesurer indirectement l'évolution de la courbure. Le modèle standard suppose une courbure nulle à travers le temps et à toutes les échelles spatiales. Puisque la géométrie change, il en est de même de l'interprétation des observations. Elles sont tirées de propriétés de la géométrie du modèle sous-jacent.

Nous avons développé dans mon laboratoire des modèles sans énergie sombre qui décrivent la courbure émergente à la suite de la formation des structures. Ils sont compatibles avec les propriétés moyennes des équations d'Einstein et les données observationnelles. Nous pouvons construire des observables à partir de ces modèles et les comparer avec l'évolution du modèle standard.

Les différences ne peuvent pas être mesurées avec les données actuelles, car en particulier nous avons besoin de dérivés des observables en fonction du décalage vers le rouge qui sont difficiles à mesurer. Cependant, nous avons pu montrer que ces différences seront mesurables dans les futures missions astronomiques telles qu'Euclid.

Je tiens à ajouter que ce n'est pas tant la question de la vérification qui se pose que la question de savoir si une théorie est falsifiable. L'approche de la cosmologie inhomogène est fortement falsifiable comme Karl Popper l'avait demandé. Contrairement aux approches phénoménologiques contenant des paramètres, ici il n'y a aucun paramètre libre et toutes les variables sont étroitement verrouillées au sein de la théorie d'Einstein.

Sur les idées de Karl Popper, vous pouvez voir le dialogue philosophie / cosmologie:
http://mc.univ-paris-diderot.fr/publicmedia?task=show_media_public&mediaRef=MEDIA131216162805657&Presid=2901

JPB Vos hypothèses vous paraissent-elles compatibles avec celles discutées actuellement, de la gravitation quantique à boucle promues aujourd'hui par Carlo Rovelli. Elles obligent à admettre qu'à un certain niveau d'approche, et conformément aux concepts de la mécanique quantique, il ne serait plus possible de parler de temps ou d'espace. Que devient alors l'utilité de vos recherches sur l'évolution de l'univers après le Big Bang?

TB. La question à se poser est de savoir sur quelle échelle la théorie d'Einstein est valide. Elle l'est certainement sur une échelle macroscopique or en cosmologie nous sommes à une échelle où l'approximation d'un fluide est valable. Le concept à prendre en compte et à examiner est celui du « coarse-graining » (fait de grains plus grossiers).

En supposant que les équations d'Einstein soient valides sur une échelle macroscopique, notre approche considère les moyennes sur des échelles différentes qui, en fait, conduisent à des équations différentes de celles d' Einstein. Dans ce sens faire la moyenne modifie la théorie d'Einstein, mais il s'agit d'une modification contrôlée qui dépend de la façon dont nous effectuons les moyennes. A l'échelle microscopique (quantique) le même processus de « coarse-graining » devrait être appliquée pour retrouver la théorie d'Einstein concernant les échelles macroscopiques.

Il existe un lien important entre notre approche et la gravitation quantique à boucles qui doit être vue comme une « renormalisation » de la géométrie de l'espace-temps. Bien sûr, à un niveau microscopique, les notions macroscopiques d'espace et de temps apparaissent comme des propriétés intégrales des structures discrètes ou à partir de procédures plus complexes, comme l'émergence de l'espace-temps à partir des « spin foams » 2).

JPB. Dans l'immédiat, comment envisagez vous la suite de vos travaux?

TB. Je travaille essentiellement sur trois fronts. Tout d'abord, je cherche à améliorer avec mes étudiants le formalisme de la moyenne, ce qui est une tâche passionnante où l'on prend des éléments de théorèmes mathématiques de la géométrie de Riemann et de la topologie.

Deuxièmement, nous améliorons dans plusieurs collaborations nos modèles et les prévisions qui peuvent être mesurées dans les futurs catalogues de galaxies en utilisant des statistiques de la géométrie intégrale qui sont liées aux moyennes.

Troisièmement, nous concevons des éléments de base pour améliorer les techniques de simulation numérique où l'on a commencé à passer de la simulation newtonienne traditionnelle aux simulations au sein de la relativité générale.
Sur ce sujet voyez le commentaire:
http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.251301

JPB. Je vous remercie

Notes ajoutées par JPB.

1. La revue Newscientist datée du 30 juillet 2016, p. 19, explique ainsi que faute de résultats, les expériences visant à identifier ne fut-ce que quelques unes de ces WIMPs devraient être prochainement abandonnées. D'autres hypothèses, évoquant des particules exotiques dites axions, ou même l'effet de mini-trous noirs, ne devraient pas davantage être poursuivies faute d'expériences probantes permettant de les mettre en évidence.

2) Sur les spin foams voyez https://en.wikipedia.org/wiki/Spin_foam ).

Articles précédents

* L'effet des inhomogénéités sur l'univers global
http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2016/170/buchert.htm

* Carlo Rovelli
http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2015/154/rovelli.htm

Jean-Paul Baquiast 23/06/2016

Thomas Buchert est professeur d'astrophysique au Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, dépendant de l'Ecole Normale Supérieure de Lyon. Il a déjà publié, seul ou avec des collègues, un nombre remarquable d'articles concernant les grandes discussions actuelles en astrophysique. On en trouve les références sur son site (voir ci-dessous)

Depuis quelques années, il a abordé un problème de plus en plus à l'ordre du jour en cosmologie. On pourrait le résumer de la façon suivante. Si l'on considère, en application du Principe dit Cosmologique, que l'Univers est identique à lui-même, quelque soit le point et l'époque de l'observation, les observations astrophysiques récentes ne permettent pas d'expliquer d'une part la force de la gravité permettant d'assurer la cohésion des galaxies et d'autre part la vitesse d'expansion de l'univers, laquelle se serait brutalement accélérée il y a environ 5 milliards d'années.

La force de gravité résultant des équations de la Relativité générale d'Einstein devrait être uniforme en quelque temps et en quelque lieu que ce soit dans l'univers. Or il est aujourd'hui constaté que cette force, telle qu'elle avait été évaluée dans les modèles d'univers précédents, serait insuffisante pour maintenir les systèmes cosmologiques (galaxies, amas de galaxies et même systèmes solaires) dans la forme que l'on observe. Dans ces systèmes, la force centrifuge résultant de leur rotation aurait du depuis longtemps provoqué leur dispersion. Pour expliquer que ce ne soit pas le cas, les théoriciens ont imaginé l'existence d'une matière noire, invisible avec nos instruments, présentes au sein des galaxies et constituées de particules qui n'ont pas encore été découvertes. Celles-ci, additionnées aux particules de la matière ordinaire, constitueraient une masse suffisante pour d'opposer aux effets centrifuges de la rotation.

Il devrait être de même de la vitesse d'expansion de l'univers, constatée quelques instants après le Big Bang dans l'hypothèse de l'inflation cosmologique et qui devrait en principe ralentir progressivement. Or l'on constate que l'expansion, loin de ralentir, s'est depuis accélérée, pouvant conduire d'ailleurs à un univers de plus en plus dispersé et de moins en mois dense, au contraire de l'hypothèse dite du Big Crunch. Mais là encore il faudrait découvrir l'énergie qui à l'échelle de l'univers, serait responsable de cette expansion accélérée. Comme les modèles explicatifs actuels ne permettent pas de le faire, la force en question a été nommée énergie noire.

Dans des articles précédents, nous avons évoqué ces deux hypothèses, matière noire et énergie noire, tout en constatant que les cosmologistes s'accommodent faute de mieux du vide explicatif mettant en défaut la force de gravité. On pourrait penser que tous les efforts de la cosmologie, théorique et observationnelle, devraient être appliqués pour résoudre ce double mystère, mais à l'impossible nul n'est tenu. Le mystère demeure.

La MOND

Il existe cependant depuis quelques années des hypothèses selon lesquelles la force de gravité, contrairement à ce qu'implique le principe cosmologique, ne serait pas uniforme dans l'univers. On parle souvent de MOND ou Modified Newtonian dynamics. Nous avons mentionné précédemment un certain nombre d'articles et même d'ouvrages développant cette hypothèse et ses conséquences. En résumant beaucoup, la MOND exploite l'idée présentée par Einstein et depuis abondamment vérifié, que la masse courbe l'espace environnant. Dans un univers où les masses se sont de moins en moins uniformément réparties, comme le montrent les observations du fond diffus cosmologique ou fond diffus micro-ondes, les dernières en date venant d'être produites par le satellite Planck, on peut imaginer que des gravités différentes, résultant de masses et de courbures d'espace différentes, se seraient progressivement installées.

Dans de tels « sous-espaces », si l'on peut se permettre le terme, les forces de gravité seraient de plus en plus fortes selon la concentration des masses. Point ne serait alors besoin d'imaginer une matière noire assurant la cohésion des galaxies et amas de galaxies. La gravité modifiée y régnant du fait de leur masse globale serait suffisante. De même, les vides de masse s'étant en parallèle formés progressivement ne permettraient plus en leur sein la convergence des rayons lumineux. Dans ce cas, des courbures négatives pourraient être observéés, à l'opposé des courbures positives ou nulles attribuées à un univers où les rayons convergeraient ou resteraient parallèles. A l'observation, au moins dans les vides, l'univers pourrait paraître plus grand qu'il ne l'est. Point ne serait besoin dans ce cas d'imaginer une énergie noire responsable de cette expansion.

La question qui reste posée, dans ces deux cas, concerne le poids relatif de cette gravité modifiée au niveau global de l'univers ou des structures que celui-ci contient. S'agirait-il d'effets finalement marginaux ne permettant pas d'expliquer la matière noire et l'énergie noire, ou au contraire d'effets résultant de ce que l'on pourrait appeler une nouvelle lois fondamentale de l'univers, s'ajoutant à toutes les autres? Par ailleurs, pourquoi l'expansion se serait-elle accélérée il y a 5 milliards d'années?

Les backréactionnistes

Les physiciens défendant l'hypothèse des effets marginaux sont encore en majorité. Ils se nomment en s'inspirant des termes anglais des antibackréactionistes. Autrement dit, ils refusent que les modifications de gravité envisagées dans les hypothèse de la MOND puissent avoir des effets en retour (backreaction) suffisants pour expliquer la matière noire et l'énergie noire. On cite parmi eux Stephen Green et Robert Wald qui ont présenté en 2004 des modèles mathématiques visant à le prouver. Mais de telles mathématiques sont discutables et demanderaient des moyens computationnels considérables pour les développer.

D'autres cosmologistes, considérant comme erronée l'hypothèse de la matière noire et de l'énergie noire, observent que les effets en retour de modification de la gravité découlant des inhomogénéités de l'univers (backreaction) commencent à se faire de plus en plus entendre. Ils se nomment eux-mêmes des « backreactionnistes ». Parmi ceux-ci, l'un des plus éloquent est le Pr. Thomas Buchert précité. Il a présenté avec des collègues plusieurs articles dont le plus récent date de 2015. Il y affirme que l'effet des inhomogénéités de l'univers peuvent produire des réactions en retour suffisantes pour produire les effets attribués aux prétendues matière noire et énergie noire.

Les uns et les autres attendent la réalisation de modèles mathématiques d'univers suffisamment fins pour intégrer les effets des inhomogénéités observées dans les observations satellitaires actuelles du fond diffus micro-ondes ou pouvant provenir d'observations futures. Les travaux en ce sens sont en cours, mais ne permettent pas encore de départager les antibackréactionnistes et leurs adversaires backréactionnistes. Il n'est pas impossible cependant que dans les mois ou les années qui viennent, les backréactonnistes comme Thomas Buchert se voient confortés dans leurs hypothèses. Les concepts mystérieux de matière noire et d'énergie noire disparaitraient alors, ce qui serait satisfaisant au regard d'une certaine rationalité scientifique. Mais il faudrait expliquer alors en détail les causes et les formes des modifications de gravité envisagées.

Sources

* https://arxiv.org/abs/1505.07800
Is there proof that backreaction of inhomogeneities is irrelevant in cosmology?

T. Buchert, M. Carfora, G.F.R. Ellis, E.W. Kolb, M.A.H. MacCallum, J.J. Ostrowski, S. Räsänen, B.F. Roukema, L. Andersson, A.A. Coley, D.L. Wiltshire

No. In a number of papers Green and Wald argue that the standard FLRW model approximates our Universe extremely well on all scales, except close to strong field astrophysical objects. In particular, they argue that the effect of inhomogeneities on average properties of the Universe (backreaction) is irrelevant. We show that this latter claim is not valid. Specifically, we demonstrate, referring to their recent review paper, that (i) their two-dimensional example used to illustrate the fitting problem differs from the actual problem in important respects, and it assumes what is to be proven; (ii) the proof of the trace-free property of backreaction is unphysical and the theorem about it fails to be a mathematically general statement; (iii) the scheme that underlies the trace-free theorem does not involve averaging and therefore does not capture crucial non-local effects; (iv) their arguments are to a large extent coordinate-dependent, and (v) many of their criticisms of backreaction frameworks do not apply to the published definitions of these frameworks. It is therefore incorrect to infer that Green and Wald have proven a general result that addresses the essential physical questions of backreaction in cosmology.

* Autres sources provenant de Thomas Buchert
http://cdsads.u-strasbg.fr/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=2005CQGra..22L.113B&db_key=PHY&data_type=HTML&format=&high
=41163951fb16303

A system of effective Einstein equations for spatially averaged scalar variables of inhomogeneous cosmological models can be solved by providing a 'cosmic equation of state'. Recent efforts to explain dark energy focus on 'backreaction effects' of inhomogeneities on the effective evolution of cosmological parameters in our Hubble volume, avoiding a cosmological constant in the equation of state. In this letter, it is argued that if kinematical backreaction effects are indeed of the order of the averaged density (or larger as needed for an accelerating domain of the universe), then the state of our regional Hubble volume would have to be in the vicinity of a far-from-equilibrium state that balances kinematical backreaction and average density. This property, if interpreted globally, is shared by a stationary cosmos with effective equation of state {\bf p}_{\bf \rm eff} = -1/3 {\boldsymbol \varrho}_{\bf \rm eff} . It is concluded that a confirmed explanation of dark energy by kinematical backreaction may imply a paradigmatic change of cosmology.

Références

*Thomas Buchert http://www.galpac.net/members/buchert_fr.html
* Pages cosmologie http://www.cosmunix.de/
*Articles sur arxiv http://arxiv.org/a/buchert_t_1.html

* Principe cosmologique Wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_cosmologique
* Inflation cosmique Wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Inflation_cosmique
* MOND Wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_MOND