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11 Novembre 2003
par Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin

L'Univers selon
Leonard Susskind

Leonard SusskindLeonard Susskind, professeur à Stanford, est un des pères de la théorie des cordes, qui cherche à unir la mécanique quantique et la gravitation. Comme on le sait, les applications de ces travaux concernent aussi bien la physique microscopique que la cosmologie. Dans un article du NewScientist (01/11/2003) assez "groundbreaking", selon l'expression britanniques, l'auteur étudie les éléments récents permettant de légitimer l'hypothèse anthropique dite "faible". Celle-ci cherche à expliquer l'étonnante convergence des lois et constantes de la nature ayant permis l'apparition de l'homme et de la conscience. Quelques infimes modifications de décimales dans les constantes auraient rendu la vie impossible. Pourquoi ces modifications ne se sont-elles pas produites? Si on exclut l'hypothèse anthropique "forte" ou finaliste, selon laquelle le monde est ce qu'il est car il avait été dessiné dès l'origine pour permettre l'apparition de l'homme, il faut admettre que nous habitons le seul univers parmi une infinité d'autres pouvant permettre la vie et l'intelligence telles que nous les concevons. Ajoutons en passant un point rarement évoqué par les défenseurs du principe anthropique faible. Si celui-ci s'appliquant à l'univers entier, justifiait l'apparition de la vie sur Terre, il n'y aurait aucune raison de supposer que la même cause n'aurait pas favorisé similairement l'apparition de la vie sur les milliards de milliards de planètes peuplant les milliards de galaxies de l'univers visible. Ce qui vaudrait dire que la vie et l'intelligence sont partout dans notre univers.

Nous avons dans une série d'articles évoqué les conséquences philosophiques de telles perspectives, généralement passées sous silence par les philosophes français contemporains. Il est donc intéressant d'analyser les arguments de Leonard Susskind, expert incontesté, en faveur de ce principe anthropique faible. Rappelons que nous avons précédemment consacré aux travaux du physicien Lee Smolin, sur des thèmes très voisins, une page de notre rubrique Publiscopie.

L'article commence par un rappel du jugement du physicien Steven Weinberg dans son ouvrage à succès Dreams of a Final Theory, 1994 : on ne peut pas comprendre l'univers tel qu'il nous apparaît sans y inclure l'homme. Ce jugement avait d'autant plus surpris qu'il provenait d'un irréductible matérialiste, pour qui toutes les lois naturelles découlent de l'interaction entre particules élémentaires. A l'époque, en tant que physicien, Weinberg espérait que la théorie des cordes, dont il est un des pères, allait déboucher sur une théorie finale au sein de laquelle toutes les constantes de la nature pourraient être prédites avec précision, sans faire appel à l'existence de l'homme comme facteur explicatif. Mais en tant que cosmologiste, Weinberg devait tenir compte d'un phénomène qui venait d'être suspecté, une accélération continue de l'expansion de l'univers.

La constante cosmologique

Cette accélération est attribuée aujourd'hui à l'influence d'une constante dite "constante cosmologique". Le concept avait été imaginé par Einstein pour expliquer le fait que les corps célestes ne s'effondraient pas les uns sur les autres sous l'effet de la gravité ("Ma plus grosse bêtise", avait dit Einstein). Mais la bêtise du grand physicien s'est révélée ultérieurement prémonitoire, avec la découverte de ce phénomène d'expansion accélérée, plus rapide que la vitesse d'expansion jusqu'ici considérée comme standard suite à l'observation de la fuite des galaxies annoncée par Hubble. Aujourd'hui, le concept de constante cosmologique, dite aussi énergie du vide, désigne la force qui dans les modèles contemporains paraît causer ladite expansion accélérée.

Or, la constante cosmologique, estimée grâce aux observations satellitaires récentes, paraît avoir la valeur exacte indispensable pour que toutes les autres lois physiques que nous connaissons en découlent. Ces lois elles-mêmes apparaissent comme ajustées (fine-tuned) aux décimales près pour permettre la formation du système solaire, celle de la terre, celle de la vie terrestre et finalement de l'intelligence humaine.

Peut-on concilier les observations cosmologiques mettant en évidence une constante cosmologique avec les travaux de la théorie des cordes ? Les physiciens des particules qui développent cette dernière ne désespèrent pas, nous dit Leonard Susskind, de trouver en cette dernière l'ultima ratio expliquant pourquoi l'univers est ce qu'il est, ou plutôt pourquoi l'univers ne pouvait pas être ce qu'il n'est pas. Leur espoir est que la théorie des cordes, ou celles susceptibles de lui succéder (l'hypothétique Théorie du Tout …), pourront décrire la nature d'une façon unique. Ainsi s'expliqueraient toutes les lois physiques, y compris la supposée constante cosmologique, de telle sorte qu'il n'y aurait pas lieu de s'étonner de leur ajustement réciproque, les secondes découlant des premières. De la même façon, connaissant les théories de l'hérédité, nous ne nous étonnons pas de voir les caractères des ascendants se transmettre aux descendants selon certaines lois bien précises.

Mais il faut revenir à la constante cosmologique. Celle-ci paraît aujourd'hui interdire l'espoir de voir une théorie de la physique fondamentale expliquer une accélération de l'expansion ne diminuant pas avec le temps, contrairement aux hypothèses précédentes selon lesquelles au Big Bang devait succéder un Big Crunch ? On sait qu'aujourd'hui, on désigne par vide un état quantique complexe, fluctuant, dans lequel les particules sont constamment créées et annihilées à une vitesse telle qu'elle échappe aux détecteurs les plus sensibles. C'est un tel vide qui aurait précédé (si l'on peut dire, puisque la dimension temps n'existait pas alors) le Big Bang, ou que l'on retrouverait au cœur de certains trous noirs. Comme toute énergie, celle du vide crée un champ gravitationnel répulsif, s'accroissant avec la distance. Mais cette répulsion doit être obligatoirement très faible, sinon quasiment nulle. Sinon, ses effets perturberaient l'équilibre gravitationnel que nous observons entre les corps célestes. Ce n'est qu'aux échelles cosmologiques que le champ gravitationnel deviendrait perceptible.

Mais alors pourquoi, dans cette hypothèse, l'énergie du vide, résultant des créations et annihilations de particules positives et négatives, serait-elle ajustée avec assez de précision pour être quasiment nulle ? Si elle ne l'était pas, nous ne serions pas là pour en parler. On peut poser la question autrement : pourquoi les fluctuations de l'énergie du vide aboutissent-elles à un résultat quasiment nul, sauf un petit quelque chose à la 120e décimale qui les rend finalement positives, de sorte que l'expansion de l'univers peut subir une accélération constante ?

En 1961, le cosmologiste Robert Dicke de Princeton (1916-1997) avait fait remarquer ce que nous évoquions plus haut : pourquoi, parmi l'infini variété des solutions possibles, l'univers a-t-il l'âge qu'on lui suppose ? Il avait répondu en disant que s'il avait eu un âge très différent, plus jeune ou plus vieux, la vie et l'homme n'auraient pu apparaître ou auraient déjà disparu. Ainsi introduisit-il le principe anthropique. Le raisonnement fut étendu ensuite à l'ensemble des paramètres nécessaires à l'apparition de l'homme et de sa conscience. Weinberg a montré qu'il en était de même de la constante cosmologique. Toute valeur de celle-ci différente, même à la centaine de décimales, rendrait la vie improbable, sinon impossible. Qui ou quoi en ce cas lui a donné la valeur qu'elle a ?

Si l'on exclut le doigt de Dieu, on aboutit, pour répondre à cette question, à l'hypothèse des multivers, proposée initialement par André Linde de Stanford : dans un univers infiniment plus grand que celui susceptible d'être exploré par nous, il pourrait exister des espaces où la constante cosmologique prendrait d'autres valeurs, entraînant d'autres conséquences quant à l'émergence des astres et de leurs contenus. De plus, le nombre de ces espaces possibles pourrait être quasi infini, de sorte que la probabilité de trouver parmi eux un univers adapté à l'homme ne soit pas nulle ?

Une position conciliatrice

Dans cette opposition latente entre théoriciens des cordes et cosmologistes, Leonard Susskind s'efforce de trouver une position conciliatrice. Il ne cache pas sa perplexité. Il a participé aux développements de la théorie des cordes qui, nous l'avons dit, serait incompatible avec l'hypothèse que l'univers global pourrait adopter des formes non uniques. Mais il a aussi étudié avec des collègues cosmologistes les observations récentes relatives à l'expansion de l'univers conformément à la constante cosmologique. Il s'est convaincu que la recherche d'une théorie susceptible d'expliquer d'une seule et unique façon les lois physiques devait être considérée dorénavant comme une illusion, sauf à renoncer à la constante cosmologique. En effet, une théorie légitimant le principe anthropique requiert deux conditions : avoir un nombre infini de solutions et expliquer pourquoi l'évolution de l'espace conduit naturellement à un univers comportant toutes ces solutions.

La théorie des cordes est loin d'être achevée. Mais elle ne laisse pas pour le moment espérer de solution unique susceptible de tout expliquer. Elle comporte des centaines de variables dont les choix de valeur et les combinaisons peuvent conduire à des solutions d'univers (ou plutôt de vides) très différentes. Parmi ces solutions en nombre immensément grand, il serait très improbable que ne se trouve pas un espace doté d'un type de vide (d'une constante cosmologique) propre à faire apparaître la vie et l'homme, c'est-à-dire justifier le principe anthropique. Mais on ne pourra développer l'hypothèse que si les théoriciens des cordes peuvent produire les mathématiques nécessaires à la modélisation de la diversité des espaces compatibles avec la théorie.

Si pourtant ce résultat était atteint, l'hypothèse des multivers pourrait prendre de la consistance. On pourrait admettre que les fluctuations quantiques de l'énergie du vide génèrent à tous moments des univers de poche ou bébé-univers, dont certains prennent de la consistance et comportent des conditions susceptibles d'abriter des formes de...on ne sait quoi, on ne dira pas de vie, mais de quelque chose qui y ressemblerait. Notre univers serait l'un d'eux, unique dans la multitude des autres, réglé de telle sorte qu'il aurait permis l'apparition de l'homme.

Certes, les mathématiques adéquates de la théorie des cordes n'ont pas encore été développées et, parallèlement, nul n'imagine par quelles technologies observer des populations de bulles d'univers à leur naissance, encore moins des univers adultes tels que le nôtre. Mais rien ne dit que ces difficultés ne se résoudront pas en partie à l'avenir. "We shall see" (on verra), conclut l'auteur. .

Quoi qu'il en soit, nous pouvons ici convenir que de telles hypothèses relatives à l'univers et à ses lois, émanant de gens aussi sérieux que le sont les physiciens théoriciens et les cosmologistes expérimentaux, ne peuvent que commencer à bouleverser radicalement les conceptions du monde qui étaient admises dans la plus grande partie du 20e siècle. Beaucoup de scientifiques pressentent pour les prochaines années un changement très profond dans notre façon de voir le monde et de nous voir nous-mêmes.

Encore faudra-t-il admettre la forme de réalisme dont nous avons discuté dans divers articles de cette revue (voir notamment dans ce numéro notre article Un réel constructible), selon laquelle il existe une réalité extérieure à l'observateur dont celui-ci peut espérer rendre de mieux en mieux compte, en affinant ses méthodes de modélisation et ses moyens instrumentaux. De plus en plus de gens se refusent désormais à voir le réel de cette façon.

Pour en savoir plus
Sur Leonard Susskind. CV : http://www.stanford.edu/dept/physics/people/faculty/susskind_leonard.html
Lire aussi un article de Susskind développant la théorie résumée ici : http://arxiv.org/abs/hep-th/0302219
Sur Steven Weinberg, prix Nobel de Physique 1979, auteur de divers livres dont Dreams of a Final Theory, 1994 : http://www.pbs.org/faithandreason/bio/wein-body.html,
Sur Robert Dicke : http://www.nap.edu/html/biomems/rdicke.html
Sur Andre Linde : http://www.stanford.edu/~alinde/


© Automates Intelligents 2003

 





 

 

 

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