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Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe

Lee Smolin
Penguin Books, 2013

Présentation par Jean-Paul Baquiast 08/05/2013

 

Lee Smolin bénéficie d'une notoriété certaine, non seulement aux Etats-Unis et dans les pays anglophones, mais aussi en France. Il s'agit d'un cosmologiste (un scientifique qui étudie l'univers dans son acception la plus large). Mais au lieu comme la plupart de ses collègues, de se limiter à des recherches ou publications réservées aux spécialistes, il prend le temps de publier des ouvrages en langage courant, dépourvus de la moindre équation, qui s'adressent non pas au grand public proprement dit, mais à ce que l'on pourrait appeler un public éclairé.

Il ne s'agit pas cependant de vulgarisation, au sens usuel du terme, car il n'hésite pas à y aborder les sujets les plus difficiles, ceux sur lesquels ni la philosophie ni la science n'ont encore réussi à s'accorder. En fait, comme le lui reprochent certains de ses collègues, il y expose ses propres critiques et hypothèses intéressant l'évolution actuelle et les perspectives de la cosmologie. Mais il le fait avec un tel art de la pédagogie que ses lecteurs non seulement sont à même de partager le cas échéant ses idées mais peuvent procéder à une révision très poussée de l'état des connaissances et des théories sur ces questions, en remontant le cas échéant à plusieurs siècles en arrière.

Ouvrages précédents

Lee Smolin s'est fait connaître par plusieurs ouvrages portant autant sur des questions scientifiques intéressant la cosmologie que sur leurs interprétations philosophiques. Nous avions à l'époque rendu compte de deux d'entre eux. Le lecteur pourra se reporter à ces articles, où peu de choses aujourd'hui ne nécessiteraient d'être actualisées.

Dans son premier livre The Life of the Cosmos, 1999, il propose d'appliquer la sélection naturelle à la cosmologie. L'univers que nous connaissons serait le résultat d'une évolution ayant affecté des univers plus anciens et plus primitifs. Il fait l'hypothèse qu'un univers peut en engendrer d'autres lors de la formation d'un trou noir. Les constantes fondamentales de la physique, comme par exemple la vitesse de la lumière dans le vide, seraient différentes d'un univers à l'autre. De telles variations pourraient entraîner des différences dans la probabilité de formation des trous noirs dans un univers donné, c'est-à-dire sur sa fécondité. Pour Smolin, les univers les plus féconds, c'est-à-dire susceptibles de produire le plus de "bébé-univers", sont les univers riches en carbone et en oxygène. Ce sont aussi par ailleurs des univers susceptibles d'abriter la vie telle que nous la connaissons. Une telle théorie est une réponse au principe anthropique fort.

Nous avions pour notre part, avec beaucoup d'autres critiques, souligné que cette hypothèse paraissait découler d'une transposition quelque peu naïve de la théorie darwinienne appliquée à la vie biologique. En effet elle ne peut être testée (aucune observation ou expérience ne pourrait la corroborer ou l'infirmer). De plus elle génère l'idée que le nombre des univers découlant de cette évolution serait immense, compte tenu du nombre encore plus grand de trous noirs, ne fut-ce que dans notre seul univers. Or ceci ne paraît pas crédible, si l'on peut dire, ou serait sans intérêt pratique. Nous pensions que Smolin en vieillissant aurait rangé ce premier livre au nombre des erreurs de jeunesse. Mais dans Time reborn, il reprend l'hypothèse, ce qui est un peu décevant. Il persiste à prétendre que l'étude des trous noirs de notre Univers peut affirmer ou infirmer sa théorie, ce qui implique un certain nombre de prédictions falsifiables.

En 2001, Lee Smolin a écrit The Three Roads to Quantum Gravity . On sait que l'approche dite de la gravitation quantique vise à rendre compatible la cosmologie relativiste et la mécanique quantique. Rien de tel n'est encore apparu possible. Le livre de Smolin faisait ce constat, mais il allait plus loin en mettant sur un pied d'égalité dans cette approche la théorie des cordes, une théorie un peu différente dite M-Théorie et une théorie dont il avait été le principal auteur, la théorie de la gravitation quantique à boucles. Cela lui avait valu beaucoup de procès en présomption, du fait que les deux précédentes approches avaient mobilisé et mobilisent encore des milliers de chercheurs et des crédits de recherche considérables, alors qu'il était à peu près le seul à défendre la troisième. Là aussi, nous pensions qu'il avait avec le temps un peu laissé de côté le concept de gravitation quantique à boucle, mais la lecture de Time reborn montre qu'il n'en est rien – même s'il convient que la gravitation quantique à boucles est loin de résoudre la question de la gravitation quantique.

Son ouvrage de 2006, The Trouble With Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next, fait d'ailleurs ce constat. C'est une attaque direct de la théorie des cordes, qui selon lui se révèle incapable de répondre aux 5 grands problèmes de la physique théorique qu'il a identifié et qu'il définit comme tels: la question de la gravitation quantique, déjà évoquée, les questions fondamentales non traités par la mécanique quantique, la possibilité d'unifier les particules et les forces dans une théorie permettant de les rattacher à un phénomène d'ensemble non encore découvert, la question de savoir pourquoi les constantes fondamentales de la physique sont ce qu'elles sont et non différentes, et finalement la question de savoir à quoi correspondent les deux grands mystères non encore résolus de la cosmologie récente, l'énergie noire et la matière noire. Le livre a comme on peut le supposer déclenché une « guerre des cordes » entre théoriciens impliqués par ces critiques.

Time reborn


La lecture de Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe, montre que Lee Smolin n'a rien perdu de son goût de la controverse. Mais nous dirions que dans l'ensemble, il défend une thèse qui paraît beaucoup plus acceptable, ne fut-ce qu'aux yeux d'une opinion publique formée à la philosophie scientifique occidentale, issue de l'époque des Lumières. Il s'agit de la matérialité ou, pour parler en termes de « réalisme », de la réalité du temps, le temps qui s'écoule, ou la « flèche du temps », dont chacun d'entre nous perçoit intuitivement l'existence. Il convient, propose-t-il, de rejeter les différentes théories physiques qui prétendent que le temps ne serait qu'une illusion n'ayant pas à être pris en compte dans les modèles de la physique, soit que ces modèles restent valables lorsque l'on renverse le sens d'évolution du temps, soit que le temps soit considéré comme un état non susceptible d'évoluer, soit que, comme en ce qui concerne la mécanique quantique, la prise en compte de la variable temps ne s'impose pas. Autrement dit, la perception de chacun d'entre nous, selon laquelle tout sans exception évolue dans le temps, serait parfaitement scientifique.

Lee Smolin assimile à cette façon de se représenter certaines choses comme intemporelles, hors du temps, les innombrables philosophies d'inspiration religieuse ou morale pour qui existerait, au dessus ou en dehors de l'univers quotidien où nous voyons le temps passer, un univers intemporel parfait où règneraient des valeurs elles-mêmes intemporelles qui s'imposeraient à nous. Il est certain que, pour les religions monothéistes notamment, s'impose un Dieu intemporel régnant au sein d'un paradis lui-même intemporel. La religion chrétienne propose même ceci comme un mystère que la raison doit admettre sans le discuter. On peut assimiler à ces croyances celles des mathématiciens postulant l'existence d'un univers des mathématiques flottant intemporellement au dessus de nous.

Pour Smolin au contraire la flèche du temps doit être considérée comme une réalité, la seule réalité même qui mériterait d'être prise en considération, toutes les autres, y compris l'univers et même les lois fondamentales que l'on croit y détecter, évoluant avec le temps. Il propose que ces lois soient considérées comme des systèmes dynamiques obéissant à ce qu'il nomme des ensembles de « relations », relations dont il espère que la physique de demain pourra présenter la théorie et dont le livre vise à esquisser les bases.

Il reconnaît n'avoir pas encore une telle théorie à présenter lui-même pour le moment, d'autant plus qu'il lui fixe des objectifs extraordinairement ambitieux: s'appliquer à l'univers entier et non à de simples sous-ensembles de celui-ci, éliminer les confusions et les paradoxes de la cosmologie contemporaine, répondre aux innombrables questions encore non résolues et, finalement, générer des prédictions originales et vérifiables concernant l'évolution du cosmos. S'il ne possède pas cette théorie, il pense pouvoir dans le livre et dans ses recherches ultérieures établir un ensemble de principes qui en guideraient la recherche.

Ce faisant, Lee Smolin veut s'inspirer du philosophe Gottfried Leibniz et de son Principe de Raison Suffisante. Pour ce dernier, toutes les choses et les évènements composant la nature devaient avoir des causes exactes. Sa croyance en un Dieu parfait lui commandait de penser que ce Dieu avait une raison justifiant tous les choix qu'il faisait et qu'aucun de ceux-ci ne pouvait être arbitraire. Smolin rejette explicitement toute référence religieuse, mais il n'en pense pas moins que des causes fondamentales imposent que tout ce qui arrive dans le monde obéit pour ce faire à une raison, s'opposant à d'autres raisons. Si l'on connaissait tous ces facteurs, il apparaitrait qu'aucune autre solution ne serait possible.

Aussi raisonnable que paraisse cette philosophie de la nature, elle est directement contredite par les interprétations de la mécanique quantique selon lesquelles, notamment, il n'est pas possible, autrement que de façon probabiliste, d'assigner une position précise à une particule. Ceci parce qu'une disposition particulière de la nature s'y oppose. Smolin, comme l'on pouvait le supposer, rejette cette assomption. Il se réfère à la théorie des variables cachées , dite aussi de Bohm et De Broglie, selon laquelle restent à découvrir des facteurs profonds de l'univers physique qui permettraient de lever cette indétermination. Mais comme l'on pouvait s'y attendre, il n'apporte pas d'éléments précis en ce sens, bien que le livre en évoque plusieurs.

Une autre des nombreuses idées sur lesquelles il appuie son effort pour reconstruire la cosmologie est nommé par lui l'erreur ou tromperie cosmologique (cosmological fallacy) . Il la définit comme la tentation d'appliquer à l'univers entier des lois ou principes, mêmes jugés fondamentaux, qui décrivent convenablement des sous-ensembles de cet univers. C'est pourtant ce que la physique, l'astronomie et la cosmologie au sens large ont décidé depuis longtemps de faire. Ceci non pas en se fondant sur un principe arbitraire, mais parce que manquent généralement des preuves certaines selon lesquelles nous ne pourrions pas appliquer au cosmos tout entier les lois qui opèrent à notre échelle de l'univers observable.
On appelle principe Copernicien ce postulat selon lequel notre partie du monde n'aurait rien de spécial et devrait se retrouver partout ailleurs. Certes, en permanence, des théoriciens proposent pour expliquer telle ou telle bizarrerie de l'observation que des règles différentes de celles observées ici puissent être évoquées, comme par exemple en matière de gravité modifiée. Mais rien encore de concluant n'a pu être accepté de tous.

Or le postulat principal auquel procède Smolin est que l'ensemble des règles que nous observons ici et maintenant en matière de lois fondamentales de l'univers n'ont rien de définitif. Comme tous les autres éléments de l'univers, il s'agit de données appelées à évoluer. Non seulement d'autres univers, dans l'hypothèse du multivers, pourraient être définis par d'autres lois. Mais au sein de notre propre univers, rien n'interdit de penser que les lois actuelles puissent être transformée avec le temps. Seul celui-ci, selon Smolin, sous la forme de la flèche du temps, doit être considéré comme fournissant un cadre immuable.

Cette hypothèse portant sur l'évolution possible des constantes fondamentales fera plaisir à tous ceux pour qui se référer à celles-ci impose des contraintes injustifiées à l'imagination de ceux qui cherchent à expliquer des anomalies apparentes dans les modèles actuels (telles que l'énergie noire mentionnée plus haut) par l'existence d'autres règles encore non précisées. Encore faudrait-il le prouver, notamment en raisonnant sur des exemples fournis par d'autres univers. Or nul ne peut le faire à ce jour, ne disposant que d'un seul univers, le nôtre.

Sur ce sujet, on pourrait objecter à Lee Smolin qu'il est le premier (comme d'ailleurs tous ses collèges cosmologistes théoriciens pour qui il est possible d'envisager l'existence d'un univers entier) à tomber dans l'erreur cosmologique. A supposer que nous fassions confiance à nos instruments d'observation, qui par définition ne portent que sur l'univers observable, qu'est-ce qui nous permet de supposer, en dehors de présupposés logiques, qu'il existerait non seulement des parties de cet univers s'étendant au delà de ces observations, mais même un univers entier? Et que serait à cet égard un univers entier, tant dans le temps que dans l'espace? Les modèles qu'en donnent la relativité générale pourraient-ils s'appliquer à lui? Les « non-modèles » qu'en donne de son côté la physique quantique, pour qui il n'est pas possible de décrire la réalité quantique, et donc un univers entier reposant sur ces interprétations, ne nous éclairent pas davantage.

Pour notre part, nous préférerions penser qu'envisager la perspective d'un univers entier découle d'une déformation de notre cerveau de mammifère, pour qui il est toujours vital de faire l'hypothèse qu'il y a toujours quelque chose (d'éventuellement dangereux) au delà de ce que nous proposent nos sens.

Conclusion provisoire

Ajoutons, à l'intention de lecteurs éventuels, que le livre est, comme les précédents, extraordinairement enrichissant. Dans une première partie, intitulée « L'expulsion du temps », il aborde tout l'historique des théories ayant d'une façon ou d'une autre conduit à se débarrasser du concept de temps. Ces théories sont pour la plupart encore très vigoureuses: notamment celle de la relativité et celles qui sous-tendent la cosmologie quantique.

Dans une seconde partie « La renaissance du temps », il propose les principes d'une nouvelle cosmologie telle qu'il la conçoit: des lois fondamentales susceptibles d'évoluer - une mise en compatibilité à un niveau supérieur de la relativité et de la physique quantique - l'émergence de l'espace (émergence qui, contrairement au temps, ne pourrait s'appliquer à celui-ci, considéré comme fondamental et donc non émergent) - les considérations applicables à la naissance, la vie et la mort de notre univers - la renaissance du temps à partir de la chaleur (entropie) et de la lumière - les questions relatives à l'infini, infini de l'espace ou infini du temps - et finalement l'avenir du temps lui-même. Une très abondante bibliographie, généreusement commentée, est jointe.

Il faudrait des heures pour résumer avec pertinence un tel ouvrage, des heures bien plus nombreuses,et beaucoup de compétence, pour discuter les propos et thèses de l'auteur. Nous ne pouvons qu'en conseiller la lecture. Puisqu'il s'agit de temps retrouvé, cela ne serait du temps perdu pour personne.

NB1. On pourra lire l'article de Smolin "It's time physics recognize that time exists" ainsi que l'intéressant débat associé dans le NewScientist du 26 avril 2013

NB2. Sur le temps, on pourra lire aussi Sean Carroll's From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time,