De l’univers spatial à l’univers causal?

Lors d’un récent café-philo l’on discutait du lien entre les lois écrites par l’Homme et les lois dites naturelles, un certain JJ Rousseau ayant estimé que l’on ne pouvait espérer connaître ces dernières sans connaître l’Homme naturel débarrassé des premières. Intéressant, mais pas l’objet du présent article au-delà d’un constat similaire que certains font en physique: on ne peut connaître la réalité de l’univers décrit par les lois quantiques sans faire abstraction des lois de la physique classique tels définies par la relativité d’Einstein.

Autrement dit, si l’on veut comprendre ce qu’il se passe vraiment à l’échelle quantique, c’est-à-dire ces superpositions d’états, décohérences, ondes de probabilités et autres bizarreries, toutes choses a priori réelles mais n’entrant pas dans le modèle dit classique, c’est qu’il faut abandonner le modèle classique.

Après l’espace-temps d’Einstein.

La proposition est lourde de sens: abandonner le modèle classique relativiste d’Einstein c’est abandonner l’idée d’un univers constitué d’un espace-temps au sein duquel se passent des choses, espace et temps n’étant que les deux faces d’une même pièce et ce temps n’étant ni absolu (d’où la notion de relativité) ni irréversible en principe.

Il n’est pas dit qu’il serait impossible de réconcilier ces deux modèles, le classique et le quantique, mais cela semble extrêmement périlleux du fait d’incompatibilités a priori fondamentales sur les notions de temps et de gravité entre ces modèles. Le temps est donc à la gravité, pourrait-on dire, d’où de profondes réflexions sur de possibles alternatives qui conservent la réalité phénoménologique du microcosme quantique et du macrocosme classique.

Quel modèle pourrait alors à la fois être enraciné dans le monde quantique et épanoui dans le monde dit classique, apportant au passage des réponses aux phénomènes toujours inexpliqués de la matière noire (celle qui permettrait à nos galaxies de se former) et de l’énergie noire (celle qui alimenterait l’expansion de l’univers)?

Un éminent spécialiste de la recherche sur une possible unification de la relativité (modèle classique) et de la mécanique quantique, Lee Smolin, semble en être arrivé, sinon à la conclusion, du moins à l’hypothèse que notre modèle dit classique doit être remplacé par un modèle au sein duquel ce n’est plus l’espace-temps qui serait le creuset de tout ce qui peut exister, mais que l’espace-temps serait en fait la conséquence de suites causales (d’événements engendrant d’autres événements) ayant lieu sur une ligne de temps aussi fondamental qu’irréversible.

Autrement dit ce sont les événements issus d’interactions entre événements « parents » (telles les collisions entre particules à l’échelle quantique), ayant eu lieu dans un certain temps et ce de manière irréversible, qui construisent au fil de ce même temps ce que nous appelons aujourd’hui l’espace-temps.

La clé pour comprendre ce modèle est la notion d’horizon: l’horizon, c’est tout ce qui existe dans le passé d’un événement donné. C’est tout ce que nous voyons derrière nous. Pour que deux événements puissent interagir, pour que nous puissions interagir avec quelqu’un d’autre, il faut qu’il y ait un point de contact, un recouvrement entre les deux horizons car si cela n’est pas le cas aucune information ne peut passer de l’un à l’autre.

Dit autrement, plus deux événements ont un horizon similaire plus ils ont de probabilité d’interagir, c’est-à-dire de donner naissance à un troisième événement, augmentant d’autant la taille de l’espace-temps. Mais un horizon similaire ne veut pas nécessairement dire une proximité spatiale, cela veut dire une proximité causale, ce que Smolin appelle une similarité.

Dans le monde macroscopique, là où les choses bougent relativement lentement, il y a une concordance de fait entre la proximité spatiale et la proximité causale: les événements susceptibles d’interagir entre eux du fait de leur similarité (proximité causale) sont souvent physiquement proches, mais il n’en va pas de même dans le microcosme où tout se déplace à la vitesse de la lumière. Et c’est là où se situe, il me semble, le trait de génie:

Proximité causale et intrication quantique.

Prenons les choses dans l’ordre. Ce qui est incompréhensible dans la mécanique quantique, pour un observateur vivant dans le macrocosme, est l’apparente communication entre des particules relevant de l’intrication quantique (cad issues d’un même événement) mais séparées, au moment de la mesure, par des distances telles que toute forme de communication entre les deux est a priori impossible car devant largement dépasser la vitesse de la lumière. Phénomène qui d’ailleurs hérissait particulièrement Einstein, qui refusait d’y croire.

Les expériences ont pourtant largement démontré ce phénomène: si l’on sépare deux particules intriquées, communément appelées Alice et Bob, et que l’on fait ensuite une mesure sur Alice on observera une réaction immédiate de Bob, alors qu’il est impossible que les deux puissent communiquer aussi rapidement du fait de la distance qui les sépare. Comment Bob peut-il savoir ce qu’il se passe avec Alice reste à ce jour un mystère fondamental sur lequel des armées de physiciens se sont cassés les dents.

Le trait de génie, donc. Dans le modèle de Smolin, c’est la proximité causale et non plus la proximité spatiale qui détermine le degré d’interaction. Les horizons de Alice et de Bob sont déterminés par leur passé causal commun, ce tout à fait indépendamment de leur relation spatiale qui n’est qu’une conséquence. Autrement dit Alice et Bob sont, et restent, très similaires peu importe leur positionnement spatial et quand on fait une mesure sur Alice, on agit en réalité sur l’horizon partagé par Alice et Bob, ce qui fait que Bob « voit » ce qui arrive à Alice sans qu’il y ait besoin d’une quelconque communication entre les deux.

Yes.

Une hypothèse non démontrée.

Certes tout ceci reste à l’état d’hypothèse, c’est avant tout une tentative de sortie d’un cul-de-sac où les théories visant à unifier les deux mondes (microcosme et macrocosme, quantique et classique), genre gravitation quantique à boucles (!), se révèlent être d’une complexité aberrante et impossibles à vérifier expérimentalement (1).

Même si l’hypothèse de Smolin, qui fut initiée en 2013 et améliorée depuis, ne se révèle pas être correcte elle aura au moins ouvert le jeu à un niveau fondamental: le remplacement de l’espace-temps d’Einstein où la causalité est contingente des positions et des vitesses, à un univers « causal » où l’espace-temps devient la conséquence d’événements reliés entre eux par une similarité ou proximité causale.

Ce qui ne change rien à la validité prédictive des équations quantiques ou einsteiniennes, mais fait sauter la barrière conceptuelle entre les deux mondes. Moyennant quelques hypothèses relatives à la conservation de l’énergie et à la nature du temps, la gravité d’Einstein peut désormais se déduire des équations quantiques (2). J’ignore quelle place cette approche va occuper dans le paysage de la physique théorique du XXIème siècle mais je trouve ce renversement conceptuel entre spatialité et causalité particulièrement intéressant.

Liens et sources:

(1)

(2) https://leesmolin.com/einsteins-unfinished-revolution/related-scientific-papers/

https://www.newscientist.com/article/mg24332440-600-quantum-weirdness-isnt-real-weve-just-got-space-and-time-all-wrong/

A propos Vincent Verschoore

Animateur de Ze Rhubarbe Blog depuis 2008.

2 réponses

  1. roc

    humm une théorie se doit d’expliquer les faits auquel on la confronte et qui demeure inexpliqués de notre univers et il ne manque pas !

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