La mécanique quantique, théorie qui régit le monde microscopique des atomes et des particules, a certainement le facteur X. Contrairement à de nombreux autres domaines de la physique, elle est bizarre et contre-intuitive, ce qui la rend éblouissante et intrigante. Lorsque le prix Nobel de physique 2022 a été décerné à Alain Aspect, John Clauser et Anton Zeilinger pour leurs recherches sur la mécanique quantique, il a suscité enthousiasme et discussions.

Mais les débats sur la mécanique quantique – que ce soit sur les forums de discussion, dans les médias ou dans la science-fiction, peuvent souvent s’embrouiller en raison d’un certain nombre de mythes et d’idées fausses persistants. En voici quatre.

1. Un chat peut être mort et vivant

Erwin Schrödinger n’aurait probablement jamais pu prédire que son expérience de réflexion, le chat de Schrödinger, atteindrait le statut de mème sur Internet au XXIe siècle.

Elle suggère qu’un félin malchanceux coincé dans une boîte dotée d’un interrupteur déclenché par un événement quantique aléatoire – une désintégration radioactive, par exemple – pourrait être vivant et mort en même temps, tant que nous n’ouvrons pas la boîte pour vérifier.

Nous savons depuis longtemps que les particules quantiques peuvent se trouver dans deux états – par exemple à deux endroits – en même temps. Nous appelons cela une superposition.

Les scientifiques ont pu le démontrer dans la célèbre expérience des doubles fentes, où une seule particule quantique, comme un photon ou un électron, peut passer simultanément par deux fentes différentes dans un mur. Comment le savons-nous ?

En physique quantique, l’état de chaque particule est également une onde. Mais lorsque nous envoyons un flux de photons – un par un – à travers les fentes, cela crée un motif de deux ondes qui interfèrent l’une avec l’autre sur un écran situé derrière la fente. Comme chaque photon n’a pas eu d’autres photons avec lesquels interférer lorsqu’il a traversé les fentes, cela signifie qu’il a dû traverser simultanément les deux fentes – en interférant avec lui-même (image ci-dessous).

Lumière de diffraction

Expérience de la double-fente (théorie des ondes de Young)

Cependant, pour que cela fonctionne, les états (ondes) de la superposition de la particule qui traverse les deux fentes doivent être « cohérents« , c’est-à-dire avoir une relation bien définie entre eux.

Ces expériences de superposition peuvent être réalisées avec des objets de taille et de complexité toujours plus grandes. Une expérience célèbre réalisée par Anton Zeilinger en 1999 a démontré la superposition quantique avec de grandes molécules de carbone 60 connues sous le nom de « buckyballs« .

Que cela signifie-t-il pour notre pauvre chat ? Est-il vraiment à la fois vivant et mort tant que nous n’ouvrons pas la boîte ? De toute évidence, un chat n’a rien à voir avec un photon individuel dans un environnement de laboratoire contrôlé, il est beaucoup plus grand et plus complexe. Toute cohérence que les trillions de trillions d’atomes qui composent le chat pourraient avoir entre eux est extrêmement brève.

Cela ne signifie pas que la cohérence quantique est impossible dans les systèmes biologiques, mais simplement qu’elle ne s’applique généralement pas aux grandes créatures comme les chats ou les humains.

2. Des analogies simples peuvent expliquer l’intrication

L’intrication est une propriété quantique qui relie deux particules différentes de sorte que si on en mesure une, on connaît automatiquement et instantanément l’état de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare.

Les explications courantes de cette propriété font généralement appel à des objets du quotidien de notre monde macroscopique classique, tels que des dés, des cartes ou même des paires de chaussettes de couleur différente. Par exemple, imaginez que vous dites à un ami que vous avez placé une carte bleue dans une enveloppe et une carte orange dans une autre. Si votre ami emporte et ouvre l’une des enveloppes et trouve la carte bleue, il saura que vous avez gardé la carte orange.

Mais pour comprendre la mécanique quantique, il faut imaginer que les deux cartes contenues dans les enveloppes sont dans une superposition conjointe, c’est-à-dire qu’elles soient à la fois orange et bleue (plus précisément orange/bleu et bleu/orange). L’ouverture d’une enveloppe révèle une couleur déterminée au hasard. Mais l’ouverture de la seconde révèle toujours la couleur opposée, car elle est liée de manière « effrayante » à la première carte.

On pourrait forcer les cartes à apparaître dans une autre série de couleurs, ce qui reviendrait à effectuer un autre type de mesure. On pourrait ouvrir une enveloppe en posant la question suivante : « Es-tu une carte verte ou rouge ? ». La réponse serait à nouveau aléatoire : verte ou rouge. Mais surtout, si les cartes étaient intriquées, l’autre carte donnerait toujours le résultat opposé à cette même question.

Albert Einstein a tenté d’expliquer ce phénomène à l’aide de l’intuition classique, en suggérant que les cartes pourraient avoir reçu un ensemble d’instructions internes cachées leur indiquant la couleur à afficher pour une question donnée. Il a également rejeté l’apparente action « effrayante » entre les cartes qui leur permettrait de s’influencer instantanément, ce qui impliquerait une communication plus rapide que la vitesse de la lumière, ce qui est interdit par les théories d’Einstein.

Cependant, l’explication d’Einstein a ensuite été écartée par le théorème de Bell (un test théorique créé par le physicien John Stewart Bell) et les expériences menées par les lauréats du prix Nobel de 2022. L’idée que la mesure d’une carte intriquée modifie l’état de l’autre n’est pas vraie. Les particules quantiques sont juste mystérieusement corrélées d’une manière que nous ne pouvons pas décrire avec la logique ou le langage de tous les jours ; elles ne communiquent pas tout en contenant un code caché, comme le pensait Einstein. En conséquence, vous pouvez oublier les objets du quotidien lorsque vous pensez à l’intrication.

3. La nature est irréelle et « non-locale »

On dit souvent que le théorème de Bell prouve que la nature n’est pas « locale », qu’un objet n’est pas Influencé uniquement directement par son environnement immédiat. Une autre interprétation courante est qu’il implique que les propriétés des objets quantiques ne sont pas « réelles », qu’elles n’existent pas avant la mesure.

Mais le théorème de Bell ne nous permet de dire que la physique quantique signifie que la nature n’est pas à la fois réelle et locale que si nous supposons quelques autres choses en même temps. Ces hypothèses incluent l’idée que les mesures n’ont qu’un seul résultat (et non plusieurs, peut-être dans des mondes parallèles), que la cause et l’effet s’écoulent dans le temps et que nous ne vivons pas dans un « univers mécanique » dans lequel tout est prédéterminé depuis la nuit des temps.

4. Personne ne comprend la mécanique quantique

Une citation classique (attribuée au physicien Richard Feynman, mais sous cette forme paraphrasant également Niels Bohr) postule : « Si vous pensez comprendre la mécanique quantique, vous ne la comprenez pas. »

Cette opinion est largement répandue dans le public. La physique quantique est supposée impossible à comprendre, y compris par les physiciens. Mais en se plaçant au XXIe siècle, la physique quantique n’est ni mathématiquement ni conceptuellement particulièrement difficile pour les scientifiques. Nous la comprenons extrêmement bien, à tel point que nous pouvons prédire les phénomènes quantiques avec une grande précision, simuler des systèmes quantiques très complexes et même commencer à construire des ordinateurs quantiques.

La superposition et l’intrication, lorsqu’elles sont expliquées dans le langage de l’information quantique, ne nécessitent pas plus que des mathématiques de niveau secondaire. Le théorème de Bell ne nécessite pas du tout de physique quantique. Il peut être dérivé en quelques lignes à l’aide de la théorie des probabilités et de l’algèbre linéaire.

La véritable difficulté réside peut-être dans la manière de concilier la physique quantique avec notre réalité intuitive. Le fait de ne pas avoir toutes les réponses ne nous empêchera pas de faire de nouveaux progrès en matière de technologie quantique. Il suffit de nous taire et calculer.

Heureusement pour l’humanité, les lauréats du prix Nobel Aspect, Clauser et Zeilinger ont refusé de se taire et ont continué à demander pourquoi. D’autres, comme eux, pourraient un jour contribuer à réconcilier les bizarreries quantiques avec notre expérience de la réalité.

Malgré le théorème de Bell, la nature pourrait bien être réelle et locale, si l’on permettait de briser certaines autres choses que nous considérons comme relevant du bon sens, comme le temps qui avance. Et la poursuite des recherches permettra, espérons-le, de réduire le grand nombre d’interprétations potentielles de la mécanique quantique. Cependant, la plupart des options sur la table – par exemple, le temps s’écoulant à rebours, ou l’absence de libre arbitre – sont au moins aussi absurdes que l’abandon du concept de réalité locale.

Pour aller plus loin

Texte paru initialement en anglais dans The Conversation, traduit par la Rédaction. La traduction étant protégée par les droits d’auteur, cet article traduit n’est pas libre de droits. Nous autorisons la reproduction avec les crédits appropriés : « Citizen4Science/Science infuse » pour la version française avec un lien vers la présente page.

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La gravité lie nos corps à la planète Terre, mais elle ne définit pas les limites de l’esprit humain en pleine expansion. En novembre 1915 – il y a un siècle – la preuve en a été faite lorsqu’Albert Einstein, dans une série de conférences données à l’Académie des sciences de Prusse, a présenté une théorie qui allait révolutionner notre façon de voir la gravité. et la physique elle-même.

Pendant deux siècles, la théorie de la gravitation universelle de Newton, remarquablement simple et élégante, avait semblé bien expliquer la question. Mais, comme c’est de plus en plus souvent le cas en physique, la simplicité n’est plus de mise.

Le point de départ d’Einstein pour la relativité générale était sa théorie de la relativité restreinte, publiée en 1905. Cette théorie explique comment formuler les lois de la physique en l’absence de gravité. Au centre de ces deux théories se trouve une description de l’espace et du temps différente de celle que le bon sens suggère.

Les théories expliquent comment interpréter le mouvement entre différents endroits qui se déplacent à des vitesses constantes les uns par rapport aux autres, plutôt que par rapport à une sorte d’Éther absolu (comme Newton l’avait supposé). Bien que les lois de la physique soient universelles, différents spectateurs verront le timing des événements différemment en fonction de la vitesse à laquelle ils voyagent. Un événement qui semblerait prendre 1 000 ans vu de la Terre peut sembler ne prendre qu’une seconde pour quelqu’un dans un vaisseau spatial voyageant à grande vitesse.

Au centre des théories d’Einstein se trouve le fait que la vitesse de la lumière est indépendante du mouvement de l’observateur qui mesure cette vitesse. C’est étrange, car le bon sens suggère que si vous êtes assis dans votre voiture le long d’une voie ferrée, un train qui passe vous semblera se déplacer beaucoup plus vite que si vous le suiviez dans la même direction. En revanche, si vous êtes assis et que vous regardez passer un faisceau lumineux, celui-ci se déplacera à la même vitesse, que vous le suiviez ou non, ce qui indique clairement que le bon sens ne fonctionne pas.

L’implication de cette théorie est que nous devons abandonner l’idée qu’il existe un temps universel, et accepter que le temps enregistré par une horloge dépende de sa trajectoire lors de son déplacement dans l’univers. Cela signifie également que le temps passe plus lentement lorsque l’on va vite, ce qui veut dire qu’un jumeau qui part dans l’espace vieillira plus lentement que son frère ou sa sœur restés sur Terre. Ce « paradoxe des jumeaux » peut sembler être une bizarrerie mathématique, mais il a en fait été vérifié expérimentalement en 1971, lors d’une expérience utilisant des horloges atomiques sur des vols commerciaux.

La relativité restreinte ne fonctionne que pour les cadres inertiels qui se déplacent l’un par rapport à l’autre à vitesse constante – elle ne peut pas décrire ce qui se passe s’ils accélèrent. Einstein s’est demandé comment l’étendre pour inclure une telle accélération et tenir compte de la gravité, qui provoque une accélération et qui est, après tout, partout.

Il s’est rendu compte que l’effet de la gravité disparaît si l’on n’essaie pas de la surmonter. Il a imaginé des personnes dans un ascenseur dont le câble s’était rompu en chute libre et a calculé que, puisque les objets flottaient soit immobiles, soit à vitesse constante, les personnes ne ressentaient pas la gravité. Aujourd’hui, nous savons que c’est vrai, car nous l’avons constaté nous-mêmes chez des personnes dans la station spatiale internationale. Dans les deux cas, aucune force ne s’oppose à l’effet de la gravité et les personnes ne ressentent aucune gravité.

Einstein s’est également rendu compte que l’effet de la gravité est le même que l’effet de l’accélération ; rouler à grande vitesse nous pousse vers l’arrière, comme si la gravité nous tirait. Ces deux indices ont conduit Einstein à la relativité générale. Alors que Newton considérait la gravité comme une force se propageant entre les corps, Einstein l’a décrite comme une pseudo-force ressentie parce que l’ensemble du tissu entrelacé de l’espace et du temps se plie autour d’un objet massif.

Einstein lui-même avait déclaré que son chemin était loin d’être facile. Il écrivit : « De toute ma vie, je n’ai jamais travaillé aussi dur, et je me suis imprégné d’un grand respect pour les mathématiques, dont la partie la plus subtile était jusqu’à présent considérée comme un pur luxe par mon esprit simple ».

Les preuves

Dès qu’Einstein a découvert la relativité générale, il a réalisé qu’elle expliquait l’incapacité de la théorie de Newton à rendre compte de l’orbite de Mercure. L’orbite n’est pas tout à fait circulaire, ce qui signifie qu’il existe un point où la planète est la plus proche du soleil. La théorie de Newton prédit que ce point est fixe, mais l’observation montre qu’il tourne lentement autour du soleil et Einstein a découvert que la relativité générale décrit correctement cette rotation.

« J’étais fou de joie et d’enthousiasme », écrivait-il quelques mois plus tard. Depuis lors, la relativité générale a passé avec brio de nombreux tests d’observation.

Vous utilisez la relativité générale chaque fois que vous faites appel au système GPS pour connaître votre position sur la surface de la Terre. Ce système émet des signaux radio en provenance de 24 satellites et le récepteur GPS de votre téléphone ou de votre voiture analyse trois de ces signaux ou plus pour déterminer votre position en utilisant la relativité générale. Si vous aviez utilisé la théorie de Newton, le système GPS aurait donné une position erronée.

Mais si la relativité générale fonctionne bien pour décrire le monde physique à grande échelle, la mécanique quantique s’est imposée comme la théorie la plus aboutie pour les particules minuscules telles que celles qui composent un atome. Tout comme les théories de la relativité, la mécanique quantique est contre intuitive. Il reste à voir s’il est possible d’unir les deux, mais il est peu probable que cela réintroduise du bon sens dans la physique.

Pour aller plus loin

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Je croyais encore en Dieu (je suis désormais athée) lorsque j’ai entendu la question suivante lors d’un séminaire, posée pour la première fois par Albert Einstein, et j’ai été stupéfait par son élégance et sa profondeur : « S’il existe un Dieu qui a créé l’univers entier et TOUTES ses lois physiques, Dieu resoecte-il ses propres lois ? Ou bien Dieu peut-il supplanter ses propres lois, par exemple en se déplaçant plus vite que la vitesse de la lumière et en étant ainsi capable de se trouver à deux endroits différents en même temps ? La réponse pourrait-elle nous aider à prouver si Dieu existe ou non, ou est-ce là que l’empirisme scientifique et la foi religieuse se croisent, sans qu’il y ait de véritable réponse ?

David Frost, 67 ans, Los Angeles

J’étais en confinement lorsque j’ai reçu cette question et j’ai été instantanément intrigué. Le moment choisi n’a rien d’étonnant : les événements tragiques, tels que les pandémies, nous amènent souvent à nous interroger sur l’existence de Dieu : s’il existe un Dieu miséricordieux, pourquoi une telle catastrophe se produit-elle ? L’idée que Dieu puisse être « lié » par les lois de la physique, qui régissent également la chimie et la biologie et donc les limites de la science médicale, était donc intéressante à explorer.

Si Dieu n’était pas capable d’enfreindre les lois de la physique, il ne serait sans doute pas aussi puissant que ce que l’on attend d’un être suprême. Mais si c’était le cas, pourquoi n’avons-nous pas vu de preuves que les lois de la physique aient jamais été transgressées dans l’univers ?

Pour aborder la question, décortiquons un peu tout cela. Premièrement, Dieu peut-il voyager plus vite que la lumière ? Prenons la question au pied de la lettre. La lumière voyage à une vitesse approximative de 3 x 10⁵ kilomètres par seconde, soit 300 000 miles par seconde. Nous apprenons à l’école que rien ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière – pas même l’USS Enterprise dans Star Trek lorsque ses cristaux de dilithium sont réglés au maximum.

Mais est-ce vrai ? Il y a quelques années, un groupe de physiciens a émis l’hypothèse que des particules appelées tachyons se déplaçaient à une vitesse supérieure à celle de la lumière. Heureusement, leur existence en tant que particules réelles est jugée hautement improbable. S’ils existaient, ils auraient une masse imaginaire et le tissu de l’espace et du temps serait déformé, ce qui entraînerait des violations de causalité (et peut-être une migraine pour Dieu).

Il semble, jusqu’à présent, qu’aucun objet n’ait été observé pouvant voyager plus vite que la vitesse de la lumière. En soi, cela ne dit rien du tout sur Dieu. Il renforce simplement le fait que la lumière voyage très vite.

Les choses deviennent un peu plus intéressantes si l’on considère la distance parcourue par la lumière depuis le début. Dans l’hypothèse d’une cosmologie traditionnelle du big bang et d’une vitesse de la lumière de 3 x 10⁵ km/s, on peut calculer que la lumière a parcouru environ 10²³ km au cours des 13,8 milliards d’années d’existence de l’univers. Ou plutôt, de l’existence de l’univers observable.

L’univers s’étend à une vitesse d’environ 70 km/s par Mpc (1 Mpc = 1 mégaparsec soit environ 3 x 10¹⁹ km). Les estimations actuelles suggèrent donc que la distance jusqu’à la limite de l’univers est de 46 milliards d’années-lumière. Au fur et à mesure que le temps passe, le volume de l’espace augmente, et la lumière doit voyager plus longtemps pour nous atteindre.

Il y a beaucoup plus d’univers que nous ne pouvons en voir, mais l’objet le plus éloigné que nous ayons vu est une galaxie, GN-z11, observée par le télescope spatial Hubble. Elle se trouve à environ 10²³ km ou 13,4 milliards d’années-lumière de nous, ce qui signifie que la lumière de cette galaxie a mis 13,4 milliards d’années pour nous parvenir. Mais lorsque la lumière a « explosé », la galaxie n’était qu’à environ 3 milliards d’années-lumière de la Voie lacté, notre galaxie.

Nous ne pouvons pas observer ou voir l’ensemble de l’univers qui s’est développé depuis le big bang, car il ne s’est pas écoulé suffisamment de temps pour que la lumière des premières fractions de seconde nous parvienne. Certains affirment que nous ne pouvons donc pas être sûrs que les lois de la physique puissent être transgressées dans d’autres régions cosmiques – peut-être ne s’agit-il que de lois locales, accidentelles. Et cela nous amène à quelque chose d’encore plus grand que l’univers.

Le multivers

De nombreux cosmologues pensent que l’univers fait peut-être partie d’un cosmos plus étendu, un multivers, où de nombreux univers différents coexistent mais n’interagissent pas. L’idée du multivers est soutenue par la théorie de l’inflation – l’idée que l’univers s’est considérablement étendu avant d’être âgé de 10^-32 secondes. L’inflation est une théorie importante car elle peut expliquer pourquoi l’univers a la forme et la structure que nous voyons autour de nous.

Mais si l’inflation a pu se produire une fois, pourquoi pas plusieurs fois ? Des expériences nous ont appris que les fluctuations quantiques peuvent donner lieu à l’apparition soudaine de paires de particules, pour disparaître quelques instants plus tard. Et si de telles fluctuations peuvent produire des particules, pourquoi pas des atomes ou des univers entiers ? Il a été suggéré que pendant la période d’inflation chaotique, tout ne se passait pas au même rythme – les fluctuations quantiques dans l’expansion auraient pu produire des bulles qui ont explosé pour devenir des univers à part entière.

Mais comment Dieu s’intègre-t-il dans le multivers ? L’un des maux de tête des cosmologistes est le fait que notre univers semble parfaitement adapté à l’existence de la vie. Les particules fondamentales créées lors du big bang avaient les propriétés adéquates pour permettre la formation d’hydrogène et de deutérium, substances qui ont donné naissance aux premières étoiles.

Les lois physiques qui régissent les réactions nucléaires dans ces étoiles ont ensuite produit la matière dont est faite la vie : carbone, azote et oxygène. Alors comment se fait-il que toutes les lois et tous les paramètres physiques de l’univers aient les valeurs qui ont permis aux étoiles, aux planètes et finalement à la vie de se développer ?

Certains affirment qu’il ne s’agit que d’une heureuse coïncidence. D’autres disent que nous ne devrions pas être surpris de voir des lois physiques favorables à la vie – après tout, ce sont elles qui nous ont produits, alors que pourrions-nous voir d’autre ? Certains théistes, en revanche, affirment que cela indique l’existence d’un Dieu créant des conditions favorables.

Mais Dieu n’est pas une explication scientifique valable. La théorie des multivers, au contraire, résout le mystère car elle permet à différents univers d’avoir des lois physiques différentes. Il n’est donc pas surprenant que nous nous trouvions dans l’un des rares univers susceptibles d’accueillir la vie. Bien sûr, vous ne pouvez pas réfuter l’idée qu’un Dieu ait pu créer le multivers.

Tout ceci est très hypothétique, et l’une des plus grandes critiques des théories du multivers est que, comme il ne semble pas y avoir eu d’interactions entre notre univers et d’autres univers, la notion de multivers ne peut être testée directement.

Bizarrerie quantique

Voyons maintenant si Dieu peut se trouver à plusieurs endroits en même temps. Une grande partie de la science et de la technologie que nous utilisons dans les sciences spatiales est basée sur la théorie contre-intuitive du monde minuscule des atomes et des particules connue sous le nom de mécanique quantique.

Cette théorie permet ce que l’on appelle l’intrication quantique : des particules étrangement connectées. Si deux particules sont intriquées, vous manipulez automatiquement sa partenaire lorsque vous la manipulez, même si elles sont très éloignées l’une de l’autre et sans que les deux n’interagissent. Il existe de meilleures descriptions de l’intrication que celle que je donne ici – mais celle-ci est suffisamment simple pour que je puisse la suivre.

Imaginez une particule qui se désintègre en deux sous-particules, A et B. Les propriétés des sous-particules doivent s’additionner aux propriétés de la particule originale – c’est le principe de conservation. Par exemple, toutes les particules ont une propriété quantique appelée « spin » – en gros, elles se déplacent comme s’il s’agissait de minuscules aiguilles de boussole. Si la particule originale a un « spin » de zéro, l’une des deux sous-particules doit avoir un spin positif et l’autre un spin négatif, ce qui signifie que chacune des particules A et B a 50 % de chances d’avoir un spin positif ou négatif. (Selon la mécanique quantique, les particules sont par définition dans un mélange de différents états jusqu’à ce que vous les mesuriez réellement).

Les propriétés de A et B ne sont pas indépendantes l’une de l’autre – elles sont enchevêtrées – même si elles se trouvent dans des laboratoires distincts sur des planètes différentes. Ainsi, si vous mesurez le spin de A et que vous constatez qu’il est positif. Imaginez qu’une amie mesure le spin de B exactement au même moment que vous mesurez A. Pour que le principe de conservation fonctionne, elle doit trouver que le spin de B est négatif.

Mais – et c’est là que les choses se compliquent – comme la sous-particule A, B a une chance sur deux d’être positif, donc son état de spin est « devenu » négatif au moment où l’état de spin de A a été mesuré comme positif. En d’autres termes, l’information sur l’état du spin a été transférée instantanément entre les deux sous-particules. Un tel transfert d’informations quantiques se produit apparemment plus vite que la vitesse de la lumière. Étant donné qu’Einstein lui-même a décrit l’intrication quantique comme une « action étrange à distance », je pense que nous pouvons tous être pardonnés de trouver cet effet plutôt bizarre.

Il existe donc bien quelque chose de plus rapide que la vitesse de la lumière : l’information quantique. Cela ne prouve ni ne réfute Dieu, mais cela peut nous aider à penser à Dieu en termes physiques – peut-être comme une pluie de particules enchevêtrées, transférant des informations quantiques dans les deux sens, et occupant ainsi plusieurs endroits en même temps ? Et même de nombreux univers en même temps ?

J’ai l’image d’un Dieu qui fait tourner des assiettes de la taille d’une galaxie tout en jonglant avec des balles de la taille d’une planète – jetant des bribes d’information d’un univers chancelant à un autre, pour que tout reste en mouvement. Heureusement, Dieu est capable de faire plusieurs choses à la fois, en maintenant le tissu de l’espace et du temps en fonctionnement. Tout ce qu’il faut, c’est un peu de foi.

Cet essai est-il parvenu à répondre aux questions posées ? Je ne le pense pas : si vous croyez en Dieu (comme moi), l’idée que Dieu soit lié par les lois de la physique est absurde, car Dieu peut tout faire, même voyager plus vite que la lumière. Si vous ne croyez pas en Dieu, la question est tout aussi absurde, car il n’y a pas de Dieu et rien ne peut aller plus vite que la lumière. Peut-être la question s’adresse-t-elle en réalité aux agnostiques, qui ne savent pas s’il existe un Dieu.

C’est en effet là que la science et la religion diffèrent. La science exige des preuves, la croyance religieuse exige la foi. Les scientifiques n’essaient pas de prouver ou de réfuter l’existence de Dieu parce qu’ils savent qu’il n’y a pas d’expérience qui puisse jamais détecter Dieu. Et si vous croyez en Dieu, peu importe ce que les scientifiques découvrent sur l’univers – tout cosmos peut être considéré comme compatible avec Dieu.

Notre vision de Dieu, de la physique ou de toute autre chose dépend finalement de la perspective. Mais terminons par une citation d’une source qui fait vraiment autorité. Non, ce n’est pas la bible. Ce n’est pas non plus un manuel de cosmologie. C’est tiré de « Le Faucheur » de Terry Pratchett :

« La lumière pense qu’elle voyage plus vite que tout le reste, mais elle a tort. Peu importe la vitesse à laquelle la lumière voyage, elle découvre que l’obscurité est toujours arrivée la première et qu’elle l’attend. »

Texte paru initialement dans The Conversation, traduit par la Rédaction. La traduction est protégée par les droits d’auteur, en conséquence notre article n’est pas libre de droits. Veuille contacter la Rédaction pour tout souhait de reproduction.

Pour aller plus loin …

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Les physiciens s’efforcent depuis longtemps d’expliquer pourquoi l’univers a commencé par offrir des conditions propices à l’évolution de la vie. Pourquoi les lois et constantes physiques prennent-elles les valeurs très spécifiques qui permettent aux étoiles, aux planètes et finalement à la vie de se développer ? La force expansive de l’univers, l’énergie sombre sont par exemple beaucoup plus faibles que ce que la théorie suggère, permettant à la matière de s’agglutiner plutôt que de se déchirer.

Une réponse courante est que nous vivons dans un multivers infini d’univers, et que nous ne devrions donc pas être surpris qu’au moins un univers se soit avéré être le nôtre. Une autre hypothèse est que notre univers est une simulation informatique, dont quelqu’un (peut-être une espèce extraterrestre évoluée) en paramètre les conditions avec précision.

Cette dernière option est soutenue par une branche de la science appelée physique de l’information, qui suggère que l’espace-temps et la matière ne sont pas des phénomènes fondamentaux. Au contraire, la réalité physique est fondamentalement constituée de bits d’information, à partir desquels émerge notre expérience de l’espace-temps. À titre de comparaison, la température « émerge » du mouvement collectif des atomes. Aucun atome ne possède fondamentalement de température.

Cela conduit à l’extraordinaire possibilité que notre univers tout entier puisse en fait être une simulation informatique. L’idée n’est pas si nouvelle. En 1989, le légendaire physicien John Archibald Wheeler a suggéré que l’univers est fondamentalement mathématique et qu’il peut être considéré comme émergeant de l’information. Il a inventé le célèbre aphorisme « it from bit ».

En 2003, le philosophe Nick Bostrom, de l’université d’Oxford au Royaume-Uni, a formulé son hypothèse de simulation. Selon cette hypothèse, il est hautement probable que nous vivions dans une simulation. En effet, une civilisation avancée devrait atteindre un point où sa technologie est si sophistiquée que les simulations seraient impossibles à distinguer de la réalité, et les participants ne seraient pas conscients d’être dans une simulation.

Le physicien Seth Lloyd, de l’Institut de technologie du Massachusetts, aux États-Unis, a porté l’hypothèse de la simulation à un niveau supérieur en suggérant que l’univers entier pourrait être un ordinateur quantique géant.
Et en 2016, le magnat des affaires Elon Musk a conclu « Nous sommes très probablement dans une simulation »

Preuve empirique

Certaines données suggèrent que notre réalité physique pourrait être une réalité virtuelle simulée plutôt qu’un monde objectif qui existe indépendamment de l’observateur.

Tout monde de réalité virtuelle sera basé sur le traitement de l’information. Cela signifie que tout est finalement numérisé ou pixellisé jusqu’à une taille minimale qui ne peut être subdivisée davantage : les bits. Cela semble imiter notre réalité selon la théorie de la mécanique quantique, qui régit le monde des atomes et des particules. Elle stipule qu’il existe une unité minimale et discrète d’énergie, de longueur et de temps. De même, les particules élémentaires, qui constituent toute la matière visible dans l’univers, sont les plus petites unités de matière. Pour le dire simplement, notre monde est pixellisé.

Les lois de la physique qui régissent tout dans l’univers ressemblent également aux lignes de code informatique qu’une simulation suivrait dans l’exécution du programme. De plus, les équations mathématiques, les nombres et les motifs géométriques sont présents partout – le monde semble être entièrement mathématique.

Une autre curiosité de la physique soutenant l’hypothèse de la simulation est la limite de vitesse maximale dans notre univers, qui est la vitesse de la lumière. Dans une réalité virtuelle, cette limite correspondrait à la limite de vitesse du processeur, ou à la limite de la puissance de traitement. Nous savons qu’un processeur surchargé ralentit le traitement informatique dans une simulation. De même, la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein montre que le temps ralentit à proximité d’un trou noir.

La preuve la plus convaincante de l’hypothèse de la simulation provient peut-être de la mécanique quantique. Celle-ci suggère que la nature n’est pas « réelle » : les particules dans des états déterminés, tels que des emplacements spécifiques, ne semblent pas exister, sauf si vous les observez ou les mesurez réellement. Au contraire, elles se trouvent simultanément dans un mélange de différents états. De même, la réalité virtuelle nécessite un observateur ou un programmeur pour que les choses se produisent.

« L’intrication » quantique permet également à deux particules d’être reliées de manière effrayante, de sorte que si vous en manipulez une, vous manipulez automatiquement et immédiatement l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare – l’effet étant apparemment plus rapide que la vitesse de la lumière, ce qui devrait être impossible.

Cela pourrait toutefois s’expliquer par le fait que, dans un code de réalité virtuelle, tous les « lieux » (points) devraient se trouver à une distance à peu près égale d’un processeur central. Ainsi, alors que nous pouvons penser que deux particules sont à des millions d’années-lumière l’une de l’autre, elles ne le seraient pas si elles étaient créées dans une simulation.

Expériences possibles

En supposant que l’univers soit effectivement une simulation, quelles sortes d’expériences pourrions-nous déployer à l’intérieur de la simulation pour le prouver ?

Il est raisonnable de supposer qu’un univers simulé contiendrait de nombreux bits d’information partout autour de nous. Ces bits d’information représentent le code lui-même. Par conséquent, la détection de ces bits d’information prouvera l’hypothèse de la simulation. Le principe d’équivalence masse-énergie-information (M/E/I) récemment proposé – qui suggère que la masse peut être exprimée sous forme d’énergie ou d’information, ou vice versa – stipule que les bits d’information doivent avoir une faible masse. Voilà qui nous donne quelque chose à rechercher.

J’ai postulé que l’information était en fait une cinquième forme de matière dans l’univers. J’ai même calculé le contenu d’information attendu par particule élémentaire. Ces études ont conduit à la publication, en 2022, d’un protocole expérimental pour tester ces prédictions. L’expérience consiste à effacer l’information contenue à l’intérieur des particules élémentaires en les laissant s’annihiler avec leurs antiparticules (toutes les particules ont des versions « anti » d’elles-mêmes qui sont identiques mais ont une charge opposée) dans un éclair d’énergie – en émettant des « photons », ou particules de lumière.

J’ai prédit la gamme exacte des fréquences attendues des photons résultants en me basant sur la physique de l’information. L’expérience est tout à fait réalisable avec nos outils actuels, et nous avons lancé un site de crowdfunding) pour la réaliser.

Il existe également d’autres approches. Le regretté physicien John Barrow a fait valoir qu’une simulation accumulerait des erreurs de calcul mineures que le programmeur devrait corriger pour qu’elle puisse continuer à fonctionner. Il a suggéré que ces expériences de corrections pourraient se traduire par l’apparition soudaine de résultats expérimentaux contradictoires, comme le changement des constantes de la nature. La surveillance des valeurs de ces constantes est donc une autre option.

La nature de notre réalité est l’un des plus grands mystères qui soient. Plus nous prenons l’hypothèse de la simulation au sérieux, plus nous avons de chances de la prouver ou de la réfuter un jour.

Texte paru initialement en anglais dans The Conversation, traduit par la Rédaction. La traduction étant protégée par les droits d’auteur, le présent article traduit n’est pas libre de droits. Veuillez contacter la Rédaction pour tout souhait de reproduction.

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