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.

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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.

Image d’en-tête : dessin de Chiara Barbato pour Science infuse – Tous droits réservés – Thème : galaxie de la Roue de chariot

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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.

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