Biblionet
Par
delà le visible
La réalité du monde physique
et la gravité quantique
Carlo
Rovelli.
Editions
Odile Jacob
2015
Présentation
par Jean-Paul Baquiast
01/02/2015
Ce
livre est la traduction française d'un
livre original de l'auteur paru en italien
en 2014 : La realtà non è
come ci appare
| |
 Carlo
Rovelli, physicien et historien des
sciences, membre senior de l’Institut
universitaire de France, est l’un
des pères, internationalement
reconnu, de la "gravité
quantique à boucles", théorie
qui cherche à comprendre l’intérieur
des trous noirs et les tout premiers
instants de l’Univers.
Il dirige le groupe de recherche en
gravité quantique au Centre de
physique théorique de Marseille-Luminy.
-
Carlo Rovelli
: page
personnelle
- Wikipedia :
Carlo Rovelli
|
Quatrième
de couverture
Pionnier
dans l'étude de la gravité quantique,
Carlo Rovelli propose dans "Par delà
le visible"une vaste fresque des grandes
avancées de la physique. Des atomes
de Démocrite aux "atomes d'espace",
de la chaleur des trous noirs aux hypothèses
sur le rôle de l'information dans notre
perception de la réalité, il
nous guide, sans aucune équation, sur
le fascinant chemin des grandes théories
– physique quantique, relativité
générale – qui ont changé
notre vision du monde et nous ont dévoilé,
par-delà le visible, une autre réalité.
Atomes, quanta et espace-temps courbe mènent
le lecteur vers l'étrange image du
réel suggérée par la
physique d'aujourd'hui : celle d'un monde
sans espace ni temps, ni énergie. Seulement
un fourmillement probabiliste de quanta élémentaires
qui, dans leur danse folle, dessinent l'espace,
le temps, la matière et la lumière.
C'est la trame d'un nouveau regard sur la
réalité qui se révèle
sous la plume d'un merveilleux conteur.
Nous
avons déjà présenté
ce scientifique et son oeuvre dans
un article précédent, auquel
nous demandons expressément au lecteur
de se référer.
Le lecteur peut réagir à cet
article sur notre
blog Philoscience
Ce
livre nous paraît excellent. Je pense
même que c'est le meilleur des ouvrages
permettant dans l'état actuel des connaissances
de commencer à se faire une idée
sur ce qu'est en profondeur l'univers, dont
nous sommes une composante. Il est très
lisible par le grand public, du fait qu'il
est écrit dans un langage familier
et qu'il évite toute formulation mathématique.
Néanmoins, c'est un livre difficile,
dont on peut craindre qu'il ne soit pas lu
par ce même grand public, ou , s'il
est lu, qu'il ne le soit que superficiellement.
Ceci
pour deux raisons :
- D'une part il oblige le lecteur, non seulement
à connaître un tant soit peu
les deux fondements de la physique récente
que sont la relativité einsteinienne
et la mécanique quantique, mais aussi
à repenser ce qu'il croyait savoir
de ces deux grandes théories, grâce
aux analyses en profondeur qu'en présente
Carlo Rovelli(1).
-
D'autre part et surtout, il évoque
dans la seconde partie de l'ouvrage un thème
qui constitue et constituera de plus en plus
une révolution majeure des connaissances,
mais qui demeure encore très souvent
ignoré, la gravitation ou gravité
quantique. Pour combattre cette ignorance,
Carlo Rovelli rappelle l'historique du problème
et la façon dont il se pose aujourd'hui,
ce que les manuels de physique n'ignorent
évidemment pas, mais il apporte sur
ces sujets des données neuves de la
première importance, données
que ces mêmes manuels, les scientifiques,
les philosophes et le grand public ignorent
encore,.et qu'il leur faudra apprendre à
connaître.
Le
livre explique en effet que la grande question
posée par la gravité quantique
est en voie d'être résolue par
la petite équipe de chercheurs s'étant
depuis quelques années consacrée
au problème, dans le cadre des travaux
connus des spécialistes sous le nom
de gravité quantique à boucles
(quantum loop gravity en anglais)(2).
Autrement dit, le problème, loin d'être
insoluble est en voie de solution rapide.
Il faudra désormais se pénétrer
de cette information décisive
Cependant
cette solution qui semble dès maintenant
extrêmement solide, et qui dans les
prochaines années inspirera certainement
les esprits des scientifiques, des philosophes
et du grand public reste encore aujourd'hui
radicalement inimaginable pour la plupart
de ceux-ci. Le temps et l'espace, pour chacun
d'entre nous, représentent un cadre
incontournable dans lequel paraissent s'inscrire
nos actions. Or il ne s'agit, selon la gravité
quantique, que de constructions globales commodes
mais fausses, cachant la nature profonde de
l'univers. De même nos ancêtres
étaient-ils convaincus que la Terre
était plate alors qu'elle est sphérique.
Le
livre de Carlo Rovelli, pionnier de la nouvelle
théorie, dont il est même devenu
pourrions nous dire le pilote, quitte à
offenser sa discrétion, explique qu'en
profondeur, le temps et l'espace ne sont ni
continus, ni infinis, mais granulaires. Ou
plus exactement que l'univers est constitué
de granulations ou quanta élémentaires
en dehors desquels il n'y a rien, c'est-à-dire
pour qui le concept d'infini n'est plus nécessaire
puisqu'au delà de ces quanta élémentaires
il n'y a effectivement rien. Même pas
le vide de la physique appliquée ou
de la cosmologie, qui n'est jamais vraiment
vide.
Les
interactions ou relations entre ces entités
« discrètes »
qui ne sont ni dans l'espace ni dans le temps,
peuvent faire émerger le temps, l'espace,
l'énergie, la matière et finalement
les structures biologiques et cérébrales
propres aux humains et à ce qu'ils
nomment leur esprit. Les particules classiques
et les champs (électromagnétiques,
gravitationnels), qui paraissent aujourd'hui
pour le public constituer la réalité
profonde, disparaissent au profit de ce que
la gravité quantique nomme des « champs
quantiques covariants », c'est-à-dire
probabilistes et variant en relation les uns
avec les autres.
La
difficulté, notamment dans sa seconde
partie, tient à ce que l'auteur entreprend
d'expliquer pour le grand public l'état
actuel des recherches en voie d'aboutir à
ces conclusions. Comme indiqué plus
haut, il n'utilise que des concepts et non
des formulations mathématiques, mais
ces concepts obligent à un tel effort
de représentation qu'ils risquent de
rester longtemps encore totalement incompréhensibles
par la plupart des humains. Il faut beaucoup
de temps au lecteur, malgré les explications
précises apportées par le livre,
à se représenter par exemple
ce que sont des champs quantiques co-variants.
Mais
ceci, comme le rappelle Carlo Rovelli, a toujours
été le sort des hypothèses
scientifiques. Comment, dès l'antiquité
grecque, des humains croyant constater que
la Terre était plate, pouvaient-ils
imaginer une autre humanité vivant
sous leurs pieds la tête en bas. Quoiqu'il
en soit, les lecteurs qui auront la persévérance
de suivre Carlo Rovelli dans ses explications
ne le regretteront pas. Pour la plupart d'entre
eux – ceux qui n'abandonneront pas le
livre en cours de route - une vision du monde
incroyablement stimulante commencera à
se faire jour.
Par
ailleurs, les applications de la gravité
quantique ne se limitent pas à mieux
représenter notre univers quotidien,
la matière et l'énergie. Elles
concernent bien plus encore la cosmologie.
Celle-ci vient d'admettre des notions longtemps
contestées. Il s'agit d'abord de celles
décrivant un univers en évolution,
né d'un Big Bang et éventuellement
suivi d'un Big Crunch et pouvant rebondir
vers un nouveau Big Bang. Il s'agit aussi
des Trous noirs où sous l'effet de
la gravité s'effondre la matière,
la lumière et par conséquent
le Temps. Ne mentionnons pas le grand point
d'interrogation qui demeure, concernant la
"matière noire".
Or
si la cosmologie admet les postulats de la
gravité quantique, selon lequel notre
univers est un continuum spatio-temporel se
dissolvant en une nuée de probabilités
néanmoins descriptibles par les équations,
elle doit aussi faire le lien entre ces hypothèses
et les siennes propres concernant l'univers.
Elle devrait aussi admettre la possibilité
qu'existent ailleurs que dans notre univers,
d'autres continuum spatio-temporels analogues
au nôtre, ou différents, et vivant
la même histoire, ou des histoires différentes,
faisant alors émerger d'autres temps
et d'autres espaces, avec éventuellement
d'autres lois fondamentales. Précisons
cependant que si tout ceci parait encore impossible
à vérifier expérimentalement,
des perspectives en ce sens commencent à
apparaître.
Recherches
nouvelles
Carlo
Rovelle ne se limite pas à présenter
ce qui semble généralement acquis
dans la théorie de la gravité
quantique. Il mentionne les domaines qui,
selon lui, imposent des recherches nouvelles,
auxquelles il se consacre désormais.
Il mentionne d'abord le concept d'information,
bien défini par Claude Shannon en 1948
et que l'on retrouve dans toutes les sciences
et techniques d'aujourd'hui. L'information
permet l'établissement d'un réseau
d'interactions réciproques entre tous
les systèmes physiques. Or ceci, selon
Carlo Rovelli, permet de comprendre des aspects
encore mystérieux de la mécanique
quantique, par exemple pourquoi les effets
d'une mesure sont toujours finis, et non infinis
comme le prévoit cette dernière
: parce que l'information est elle-même
finie.
Résumons
très sommairement sur ce pont l'argument
de l'auteur ( p. 228 ) Un système physique
se manifeste toujours par la relation qu'il
entretient avec les autres. La description
de son état est toujours une description
de l'information qu'il a d'un autre système,
et donc de la corrélation qu'il entretient
avec tous les autres systèmes. La mécanique
quantique repose sur deux postulats: l'information
dans un système physique est finie
– on peut toujours acquérir une
nouvelle information sur ce système.
Ceci
caractérise la granularité de
la mécanique quantique, tenant au fait
qu'il n'existe qu'un nombre fini de possibilités.
Ceci explique aussi l'indétermination,
selon laquelle il est toujours possible d'obtenir
un nouvelle information sur un système.
Or lorsque l'on obtient une nouvelle information
sur un système, comme le nombre de
celles-ci ne peut croitre indéfiniment,
une partie de l'information précédente
devient négligeable et s'efface.
Un
deuxième thème auquel s'intéresse
dorénavant l'auteur est celui du "temps
thermique" (p. 232 ). La notion de temps,
comme il a été vu, ne joue pas
de rôle en gravité quantique.
Mais comment comprendre la perception de temps
que nous ressentons dans notre expérience
quotidienne ? Pour Carlo Rovelli, l'origine
du temps est semblable à celle de la
température. Elle découle du
fait que l'on établit des moyennes
sur un grand nombre de variables microscopiques.
Or dans la théorie thermodynamique,
qui joue un rôle de plus en plus grand
en physique, la température, spontanément,
décroît toujours avec le temps.
Mais
pourquoi peut-on dire que la dissipation de
chaleur produit du temps, au lieu de dire
que le temps produit de la dissipation de
chaleur ? Parce que la notion de chaleur découle
du fait que l'on procède à des
moyennes sur de nombreuses variables. L'idée
de temps thermique vient elle aussi du fait
que nous avons seulement affaire à
des quantités moyennes intéressant
de nombreuses variables. Ainsi, le temps en
général n'est qu'un effet de
l'ignorance que nous avons à l'égard
des micro-états physique des choses.
Ajoutons
que les postulats de la gravité quantique
décrits l'auteur justifient un postulat
auquel nous avons souvent fait allusion dans
cette revue. La physicienne Mioara Mugur Schächter,
dans les nombreux travaux qu'elle lui a consacré,
l'a nommé principe de conceptualisation
relativisée. En simplifiant, nous pouvons
dire que cette conceptualisation s'oppose
au réalisme dit des essences pour lequel
il existe un réel en soi indépendant
de l'observateur. De la même façon,
Carlo Rovelli, dans son livre, rappelle que
pour la mécanique quantique, tout savoir
dépend d'une relation entre un objet
et un observateur. Il n'est pas possible d'affirmer
que l'univers, que la réalité,
existent en soi. La connaissance que nous
en avons est liée au réseau
de relations, d'informations réciproques
qui constitue le monde. La gravité
quantique n'oblige pas à remettre en
cause cette constatation épistémologique
découlant de la mécanique quantique.
Au contraire, elle lui donne une nouvelle
portée.
Commentaires
conclusifs
Ajoutons
que l'on retrouve dans ce livre tout ce qui
fait la force des ouvrages et articles précédents
de l'auteur :
*
Une connaissance poussée des débuts
de la pensée scientifique moderne,
datant des premiers siècle de l'Antiquité
grecque, avec notamment les grands philosophes,
véritablement inspirés, que
furent Lucippe et Démocrite. Pour eux,
l'univers entier est formé d'un espace
vide infini, sans espace ni bords, où
circulent d'innombrables atomes. Il rappelle
que cette vision prémonitoire fur mal
comprise par Platon et Aristote, puis complètement
étouffée sous la conquête
romaine. A sa suite, le christianisme, relayé
par l'islamisme, imposèrent jusqu'au
siècle des Lumières et aujourd'hui
encore, avec une force renouvelée,
des conceptions de l'univers tirées
des textes dits sacrés et n'ayant aucune
consistance scientifique.
* Un intérêt porté en
permanence à la personnalité
et à l'oeuvre des grands découvreurs,
dont il signale un caractère connu
mais mal encore expliqué par la psychologie,
l'extrême jeunesse.
* Un plaidoyer constamment argumenté
en faveur du rôle véritablement
civilisationnel de la science, tenant non
seulement à ses applications, mais
à sa méthode, la méthode
scientifique expérimentale. Or aujourd'hui
l'on constate que cette méthode est
plus que jamais battue en brèche, non
seulement par les religions mais par un mysticisme
para-scientifique voire anti-scientifique
qui ne cesse de proliférer et se répandre,
grâce notamment aux réseaux numériques.
* Un plaidoyer enfin en défense et
illustration de l'athéisme, dit aussi
matérialisme scientifique. Si les individus
sont en droit d'avoir toutes les croyances
qu'ils veulent, ils ne doivent pas faire interférer
ces croyances avec les processus de la science
expérimentale.
Questions
complémentaires
La
lecture de Par delà le visible,
incite le lecteur à se poser, à
tort ou à raison, certaines questions
débordant quelque peu le cadre de l'ouvrage,
mais sur lesquelles nous aimerions connaître
le point de vue de Carlo Rovelli. En voici
quelques unes, en désordre:
*
Comment expliquer que les grandes avancées
de la science ont le plus souvent été
dues, non à des progrès dans
l'instrumentation, mais à des visions
s'étant imposées à certains
esprits, souvent très jeunes, en contradiction
avec les convictions régnantes les
plus affirmées. Pourquoi ainsi Démocrite
a-t-il puis concevoir un univers vide peuplé
d'atomes, alors que la mythologie régnante
faisait appel à des Dieux ou esprits
sur le modèle humain ? La même
question se pose à l'égard d'Einstein
et les pères fondateurs de la mécanique
quantique, ayant très jeunes bouleversé
les conceptions dominantes. Leur cerveau était-il
particulier ? Des psychologues ont évoqué
une certaine forme d'autisme. Avaient-ils
pour des raisons encore inconnues, la possibilité
d'accéder ne fut-ce que par éclairs,
à des "réalités"
plus profondes(3).
*
Concernant les théories de la gravitation
quantique, comment Carlo Rovelli réagit-il
aux arguments pour lesquels Lee Smolin paraît
avoir abandonné la théorie des
boucles, et peut-être même abandonné
le sujet lui-même, tout en refaisant
du Temps le cadre immuable de toutes évolutions,
comme le suggère son dernier livre(4).
Des synthèses seraient-elles envisageables
?
*
Nous avons compris que Carlo Rovelli conservait
l'approche de la mécanique quantique
faisant de l'observateur un couple indissociable
de l'observé. Mais qui, dans l'hypothèse
d'un univers primordial constitué d'interactions
entre "champs quantiques covariants",
joue le rôle de l'observateur. S'agit-il
d'un rôle alternativement partagé
par tous ?
*
Comment en ce cas l'univers sort-il d'un état
résultant d'interactions a-temporelles
et à-localisées entre champs
quantiques covariants, à un état
comportant l'espace-temps einsteinien et les
champs quantiques de la mécanique quantique,
introduisant le Temps et le déterminisme
fut-il probabiliste? Ce passage est-il obligé?
Autrement dit, tout ce qui constitue notre
univers, faisant émerger le temps,
la gravité, les champs et les particules,
se produit-il en permanence, de façon
probabiliste, dans l'univers primordial ?
* Nous avons compris que pour la gravité
quantique, ce que notre physique nomme des
lois fondamentales de l'univers sont des émergences,
pouvant se retrouver différentes dans
d'autres univers. Mais ne doit-on pas évoquer
l'existence de lois plus fondamentales présidant
à l'organisation de l'univers décrit
par la gravité quantique (p. 171 et
suivantes). On retrouve le problème
de la poule et de l'oeuf, auquel Lee Smolin
veut échapper en refaisant du Temps
une constante des constantes. Mais en ce cas
la question resterait posée. D'où
viendrait le Temps?
Enfin, de façon plus pratique, pourrait-on
commencer à imaginer les conséquences
applicatives que pourrait avoir la théorie
de la gravité quantique. Il serait
inimaginable qu'elle n'en ait pas. Nous pouvons
pour notre part penser qu'elles seront, si
l'humanité ne périt pas dans
l'intervalle, beaucoup plus importantes encore
que celles de la relativité et de la
mécanique quantique. Les auteurs de
science-fiction ne manqueront d'ailleurs pas
de broder très vite sur ce thème.
Notes
(1)
Voir à cet égard la page 66
qui présente le concept de « temps
étendu », permettant de
préciser la structure de l'espace temps.
"Pour chaque observateur, le présent
étendu est la zone intermédiaire
entre le passé et le futur". On
est loin de la conception devenue courante
de l'espace temps, selon laquelle l'espace
varie en fonction du temps. De même,
le livre mentionne le concept de 3.sphères
(p. 88) permettant de mieux se représenter
l'espace-temps einsteinien, concept généralement
non évoqué par les commentateurs
des travaux d'Einstein.
(2) La théorie des cordes, autre approche
de la gravité quantique, abondamment
financée aujourd'hui par les laboratoires
de recherche, grâce à l'habile
publicité qu'ont su lui donner certains
chercheurs, comme Brian Greene, paraît
aujourd'hui en voie d'abandon. Carlo Rovelli
n'est pas le seul à le suggérer.
(3) Nous avons abordé la question du
rôle du cerveau dans la construction
des connaissances scientifiques, en relation
avec la matière organique et physique
dont ce même cerveau est constitué,
notamment dans
l'article précité.
(4)
Voir aussi
l'article précité.
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