Révolution en physique?

02.11.2014

Jean-Paul Baquiast 02/11/2014

Dans un article publié par la Physical Review (référence ci-dessous), des chercheurs du Centre for Quantum Dynamics de l'Université Griffith (Australie) et de l'Université de Californie remettent en cause radicalement les bases de la mécanique quantique. Ils proposent pour ce faire une théorie basée sur l'existence d'un nombre fini d'univers parallèles et de leurs interactions. Si cette théorie s'avérait exacte, parce que vérifiée, elle introduirait une véritable révolution en physique fondamentale. Rien n'est encore fait, mais l'hypothèse mériterait d'être attentivement étudiée.

Disons pour simplifier que cette nouvelle hypothèse remplacerait les « bizarreries » de la mécanique quantique par l'appel à une cause certes tout aussi bizarre, celle des univers parallèles, mais en conservant dans ces univers la physique macroscopique à laquelle nous sommes habitués dans notre propre univers.

Les chercheurs postulent d'abord que les univers parallèles existent réellement et qu'ils interagissent. Dire qu'ils existent réellement suppose d'emblée que la réalité n'est pas relative, autrement dit définie par une relation entre un continuum sous-jacent et un observateur, comme le postule la mécanique quantique, mais qu'elle existe indépendamment de l'observateur, comme le postule la mécanique traditionnelle. Dans cette approche, il serait inutile de se demander si le multivers existe ou non. La réponse serait qu'il existe, tout comme existe, pour nous, notre univers lui-même.

Dire par ailleurs que les univers multiples interagissent signifie qu'au lieu d'évoluer indépendamment les uns des autres, les univers les plus rapprochés s'influencent réciproquement en exerçant sur les voisins une faible force de répulsion. L'interaction ainsi produite pourrait expliquer les bizarreries constatées par la mécanique quantique. L'hypothèse dite des "Many-Interacting Worlds" (Mondes multiples en interaction) proposée par l'équipe remet en cause celle, ayant cours depuis plus de 60 ans, dite "Many-Worlds Interpretation" (l'Interprétation des Mondes Multiples).

Selon cette dernière, chaque fois qu'une mesure quantique est réalisée dans un univers donné, elle divise cet univers en deux branches perdant définitive tout contact l'une avec l'autre. Ceci permet d'éviter le recours au principe d'indétermination, selon lequel il est impossible de connaître à la fois la position et la vitesse d'une particule.

L'Interprétation des Mondes multiples dit que, dans un univers, on peut connaître la position de la particule et dans un autre, sa position. Mais comme les deux univers ne communiquent pas, l'observateur d'un univers donné ne peut pas connaître à la fois la position et la vitesse de la particule. D'où l'indétermination que nous observons au sein de notre univers.

Les « Many-Interacting Worlds »

L'Interprétation des Mondes multiples est souvent critiquée. Comment pouvoir postuler ce qui se passe dans la branche d'univers créée à la suite de l'observation à laquelle l'observateur n'accède pas, puisque précisément il n'y a pas accès?

L'équipe de Griffith, s'appuyant sur l'hypothèse des "Many-Interacting Worlds" propose une approche différente. Les chercheurs la résume de la façon suivante:

1.L'univers que nous connaissons n'est que l'un parmi un nombre gigantesque mais fini d'autres univers. Certains sont presque identiques au nôtre, d'autres sont très différents.

2.Tous ces univers sont identiquement réels, ils existent dans le temps et possèdent des propriétés définies avec précision.

3.Tous les phénomènes que nous qualifions de quantique proviennent d'une force universelle de répulsion entre univers similaires, laquelle tend à les rendre moins similaires.

Ainsi, si n'existait qu'un seul univers, nous serions ramenés à la mécanique de Newton. S'il existait un nombre gigantesque d'univers, nous retrouverions la mécanique quantique. En fait, l'hypothèse prédit quelque chose de nouveau qui n'est ni l'une ni l'autre.

De plus, en ouvrant une perspective originale sur le monde quantique, elle devrait selon ses auteurs suggérer des expériences permettant de comprendre et exploiter les phénomènes quantiques, tels que ceux des fentes dites de Young . De même, en faisant appel à un nombre fini d'univers, il serait possible d'envisager des applications concernant les dynamiques moléculaires utiles à la compréhension des réactions chimiques.

Nous ne pouvons que laisser aux physiciens et mathématiciens la responsabilité de juger de la pertinence de l'hypothèse résumée ci-dessus et développée dans l'article de Physical Review. Certains diront peut-être que ses auteurs ont imaginé une solution ad hoc pour répondre aux aspects incompréhensibles de la mécanique quantique.

Cette solution voudrait par ailleurs nous faire admettre une réalité (celle d'un nombre gigantesque mais fini d'univers) qui, bien que présentée comme réelle, au sens du réalisme, nous transporterait dans un réel parfaitement étranger au nôtre. Et d'où proviendrait la faible force de répulsion qui nous éloignerait des univers voisins?

Bornons nous pour notre part à remarquer que nous sommes depuis longtemps habitués aux hypothèses de la mécanique quantique, parfaitement étrangères à notre monde, même si leurs effets sont vérifiés tous les jours dans un grand nombre de dispositifs: superposition d'états, intrication, téléportation. Depuis le temps qu'elles nous sont enseignées, elles ne nous surprennent plus.

L'hypothèse de l'équipe de l'Université de Griffith, celle d'un grand nombre de mondes semblables au nôtre dont une faible force de répulsion nous éloignerait des plus proches, pourrait paraitre, avec un peu d'habitude, moins « invraisemblable que les hypothèses de la mécanique quantique. Ceci également si elle pouvait trouver des applications crédibles en cosmologie.

Le plus urgent, comme toujours lorsqu'il s'agit de science, serait donc de quitter la théorie pour aborder la pratique, en proposant des expériences testables.

Reférence
Dr Michael Hall et al. Quantum Phenomena Modeled by Interactions between Many Classical Worlds https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.4.041013

Abstract
We investigate whether quantum theory can be understood as the continuum limit of a mechanical theory, in which there is a huge, but finite, number of classical “worlds,” and quantum effects arise solely from a universal interaction between these worlds, without reference to any wave function. Here, a “world” means an entire universe with well-defined properties, determined by the classical configuration of its particles and fields. In our approach, each world evolves deterministically, probabilities arise due to ignorance as to which world a given observer occupies, and we argue that in the limit of infinitely many worlds the wave function can be recovered (as a secondary object) from the motion of these worlds. We introduce a simple model of such a “many interacting worlds” approach and show that it can reproduce some generic quantum phenomena—such as Ehrenfest’s theorem, wave packet spreading, barrier tunneling, and zero-point energy—as a direct consequence of mutual repulsion between worlds. Finally, we perform numerical simulations using our approach. We demonstrate, first, that it can be used to calculate quantum ground states, and second, that it is capable of reproducing, at least qualitatively, the double-slit interference phenomenon.