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ARTICLE
L'univers
selon Leonard Susskind
par Jean-Paul Baquiast
11 novembre 2003
Leonard
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,
comme on sait, 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 (voir http://www.automatesintelligents.com/biblionet/2002/oct/smolin.html)
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/
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