Le modèle holographique de l’univers fut proposé dans les années 60 par le grand physicien David Bohm suite à ses travaux dans le domaine de la physique quantique et ses nombreuses conversations avec Einstein lorsqu’il était à l’université de Princeton. Mais ce même modèle fut co-construit à la même période de manière tout à fait indépendante par le neurophysiologiste américain Karl Pribram suite à ses travaux sur le fonctionnement du cerveau et, notamment, la mémoire.

La rencontre des deux approches dans le courant des années 70 fut le point de départ d’intenses réflexions sur ce modèle dont la pertinence semblait couvrir aussi bien notre cerveau que la cosmologie et l’univers des particules. Même si on ne peut pas encore parler, aujourd’hui, de réelle théorie holographique de l’univers, la pertinence du modèle se vérifie de plus en plus. Alors, de quoi s’agit-il ?

D’abord quelques mots sur la notion d’hologramme: théorisé en 1948 par le physicien hongrois Dennis Gabor (récompensé pour cela par un prix Nobel de physique) un hologramme est une image virtuelle tridimensionnelle produite à partir d’un film bidimensionnel contenant cette même image sous la forme d’un motif d’interférences créé à partir de l’objet photographié et une source de lumière ad hoc (un laser). Des explications bien plus complètes existent sur Internet, mais pour l’instant il suffit de savoir qu’un hologramme a des caractéristiques très différentes d’une image classique, notamment le fait que chaque partie de l’image interférentielle (2D) contient l’entièreté de l’information : si on fait un hologramme d’une fleur, que l’on coupe ensuite le film en deux et que l’on recrée l’hologramme, on aura toujours une fleur complète (en fait deux fleurs, une par moitié de film), mais avec une résolution inférieure à l’original.

C’est cette caractéristique qui frappa Karl Pribram: en effet quoi qu’il arrive à notre cerveau, nous nous souvenons toujours d’objets complets, mais avec plus ou moins de détail. Nous n’oublions jamais la moitié de notre famille ou la moitié d’un bon repas entre amis, simplement notre souvenir peut être plus ou moins précis. Notre cerveau et en particulier notre mémoire fonctionnerait ainsi sur le principe holographique, le motif interférentiel étant généré par les signaux électriques de nos neurones. Le biologiste Paul Pietsch a mené de nombreuses expériences sur la mémoire des salamandres et à pu démontrer qu’effectivement la mémoire est non-locale et fonctionne indépendamment des modifications de structure du cerveau.

Dans le domaine de la physique le modèle holographique apporte des réponses à des problèmes ardus de physique quantique, par exemple le problème de la « communication non locale » entre particules. En effet il est démontré que deux particules ayant une même origine semblent capable de communiquer (avoir des spins en phase) de manière instantanée indépendamment de la distance qui les sépare, ce qui viole directement une loi fondamentale de la relativité qui dit que rien ne peut aller plus vite que la lumière.

En 1982 le physicien français Alain Aspect fit une expérience majeure en prouvant définitivement cette faculté de communication instantanée théorisée par la physique quantique, à laquelle n’existe aucune explication convaincante.Du point de vue de Bohm et du modèle holographique par contre, l’explication serait la suivante : les deux particules ne sont en fait qu’une seule et même « chose » dont nous voyons deux images (comme un sujet filmé par deux caméras à des angles différents). Ce que nous voyons ne serait que l’image virtuelle holographique d’une réalité plus fondamentale.

De manière plus générale, notre réalité serait un vaste hologramme tridimensionnel + temps, une image animée que notre cerveau peut interpréter projetée à partir d’une source bidimensionnelle qui serait l’enveloppe interne de l’Univers.

En d’autres termes, nous vivons dans un océan de motifs interférentiels générés à la frontière de l’Univers à partir d’une réalité que nous ne pouvons percevoir directement. Ce modèle permet d’appréhender de nombreux phénomènes physiques et psychiques totalement incompatibles avec les modèles mécanistes classiques car, comme dans un hologramme de source humaine classique, des mises au point différentes d’une même image permettent d’accéder à différents niveau de cette image.

Si l’ensemble de l’image est contenue dans chacune de ses parties (ce qui est le cas d’un hologramme classique) et que l’on peut varier la « mise au point » (par exemple en prenant certains substances hallucinogènes, ou par des exercices de contrôle mental) on peut accéder à des horizons allant du plus petit au plus grand. Le psychiatre Stanislav Grof a développé cette approche dans son ouvrage de référence  Psychologie Transpersonnelle, que je recommande chaudement.

Du point de vue de la physique, outre une possible explication de l’expérience d’Aspect et une refondation générale de la physique quantique comme n’étant que « l’image » de processus sousjacents, le modèle holographique trouve une réelle pertinence dans l’étude des trous noirs et pourrait également expliquer certaines bizarreries récentes en recherche cosmologique.

Je vous invite juste maintenant à faire un petit break, prendre un whisky, respirer un grand coup car il va falloir s’accrocher un petit peu, les trous noirs c’est pas de la daube.

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, la capacité informationelle (nombre de bits d’information qu’il peut contenir) d’un trou noir n’est pas définie par son volume mais par sa surface. Quelles sont les implications de ce surprenant résultat ? En 1993 le prix Nobel Gerard ‘tHoof, puis le physicien Leonard Susskind en 1995 développèrent le concept de « limite holographique » entre deux formes d’univers, d’une part l’univers A de x dimensions et d’autre part l’univers B de (x+1) dimensions, B étant la projection holographique de A.

Cette équivalence holographique a une équivalence physique, par exemple la description d’un phénomène en A par la théorie des champs quantiques est équivalente à la description du même phénomène en B par la théorie des cordes. Ces équivalences, ou correspondances holographiques, sont aujourd’hui bien documentées. Mais surtout cela implique que la surface de notre trou noir (qui est une limite de notre espace-temps car nous ne pouvons pas savoir ce qui se passe à l’intérieur) est l’équivalent de mon univers A ci-dessus, avec une correspondance holographique en B qui est en fait le niveau de radiation du trou noir. Information en A (surface) =radiation en B (projection).

De ceci on peut tirer une hypothèse aussi générale qu’importante : une théorie globale basée sur le principe holographique ne serait pas concernée par des particules ou des champs ni même l’espace-temps mais par l’échange d’information. La « particule » de base serait l’unité d’information que nous traitons ensuite afin de recréer une forme de réalité physique. Si on extrapole à notre univers, A serait la surface interne de la « bulle », et B sa projection holographique dont nous faisons nous-mêmes partie. Toute l’information qui nous est disponible existe préalablement au niveau de A, la surface.

Pouvons-nous en faire la démonstration expérimentale ? Peut être. En 2008 une expérience allemande appelée GEO600 essayait de trouver des traces de vagues gravitationnelles, mais se trouvait confrontée à un inexplicable niveau de bruit l’empêchant de mener à bien ses mesures. Au même moment Craig Hogan, physicien et directeur du Fermilab Center for Particle Astrophysics planchait sur la même question. Apprenant que GEO600 avait effectivement un problème de bruit inexplicable, il expliqua aux Allemand que GEO600 était tellement sensible qu’il détectait sans doute le « grain » de l’espace-temps, un peu comme zoomer sur une photo permet de détecter le « grain » correspondant à la limite de la résolution de l’appareil. Sauf que ce « grain » de l’espace-temps n’est pas du à une image classique mais à une image holographique.

Pour Hogan, à moins de découvrir une autre cause pour ce bruit, GEO600 pourrait bien être une première démonstration expérimentale du modèle holographique.

Mais pourquoi il y aurait-il du grain ? Parce que le niveau d’information constitutif de l’univers est fixé par sa surface, qui est évidemment plus réduite que son volume. Pour que l’information de la surface remplisse le volume par le biais d’une forme de projection holographique, il s’ensuit que les « unités d’information » au sein du volume sont plus grandes, plus « graineuses » que les unités de surface (qui elles sont des unitésde surface de Planck, soit 10exp-66 cm2).

Enfin pour terminer et reboucler sur les trous noirs dont l’étude est très liée au modèle holographique, une étude publiée en mars 2010 par Nicodem Poplawski de l’Université d’Indiana examine la possibilité que le cœur des trous noirs ne soient pas une singularité (comme le dit la relativité générale) en utilisant une variante de cette théorie prenant en compte le spin (moment angulaire) des particules absorbées par un trou noir. Cette approche met en œuvre une propriété particulière de la matière appelée torsion, agissant comme un ressort anti-gravitationnel et permettant à la matière au sein du trou noir de « rebondir » dans une phase d’expansion ultrarapide. Comme le postule la théorie du Big Bang…. Il n’y aurait alors plus de singularité. Mais quoi ? Peut être un univers complet…

C’est ce que postule le chercheur, en ajoutant que la rotation du trou noir devrait imposer une direction préférentielle à notre espace-temps, en violation de la symétrie de Lorentz. Violation qui pourrait se traduire par une oscillation – effectivement observée- des neutrinos d’un type à l’autre, ce qui devrait rappeler quelque chose à mes chers lecteurs et lectrices…  Notre univers pourrait donc être encapsulé dans un trou noir. Et nous savons maintenant que la capacité d’information d’un trou noir est dérivée de sa surface.

Je propose donc le pas suivant : notre univers serait la projection holographique au sein du trou noir de l’information contenu à sasurface. Et chaque trou noir que nous observons nous-mêmes pourrait être la signature d’un autre univers fonctionnant sur le même principe.

Allez, on respire, on boit un coup et on laisse digérer…