20150225

Les multivers

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Alors que vous commencez la lecture excitante de cet article, dans un lointain univers un de vos double est en train de se faire casser la gueule : vous êtes définitivement un gros veinard.


 

La théorie des multivers n’existe pas en tant que tel. Il y a des théories. On peut citer trois grandes catégories, dans lesquelles peuvent ensuite s’exprimer une foultitude de variantes rigolotes. En pratique cependant nous n’avons aucun début de preuve de la validité de l’une d’elles. C’est donc pour l’instant hautement spéculatif.

Alors faisons un petit tour du paysage actuel. Je vous préviens il vaut mieux s’accrocher à son slip car ce sont des théories plutôt velues. La première est une interprétation de la physique quantique. La seconde est une conséquence de la théorie de l’hyper inflation de l’univers primordial (rien à voir avec la dette de la Grèce), et la dernière est une conséquence possible de la théorie des cordes (rien à voir avec les instruments à cordes). Mais je vous rassure on va aussi parler de un deux trois soleil, de petit déjeuner et de bain moussant.

 LE MONDE EVERETT

On part direct sur la théorie la plus velue. Comme ça, parce que je suis sadique. Et surtout parce que c’est la seule qui permet de fantasmer sur des univers où vous avez un double qui est plus moche et qui a moins bien réussi que vous (et je sais que c’est ça qui vous fait rêver petit sadique). Le modèle d’Everett est une proposition d’interprétation de la théorie quantique. Vous voyez le topo, il va falloir gérer un peu niveau théorie quantique si vous voulez vous y retrouver. En tout cas si vous n’arrivez pas à comprendre ne paniquez pas : sachez qu’Einstein en son temps non plus n’avait pas bien compris.  Alors pas de malaise.

On a découvert au début du siècle dernier qu’il n’est pas possible de décrire le monde de l’infiniment petit avec notre vision usuelle du monde. A petite échelle, tout est quantifié (d’où le terme quantique). Le temps, les distances, les énergies, tout est multiple de petites quantités fondamentales. Une autre propriété  étrange, c’est que  les objets se comportent comme des ondes (des vagues qui peuvent s’additionner ou se soustraire et qui sont présentes à plusieurs points de l’espace en même temps). Mais ils se comportent aussi parfois comme une particule localisée normale. C’est ce qu’on appelle la dualité onde-corpuscule. Du fait de ce comportement en ondes,  les objets peuvent être à plusieurs endroits en même temps, et lorsqu’on les observe, paf, être à un seul endroit. Ils font les deux. En gros c’est comme si on jouait à un deux trois soleil : une particule peut être n’importe où dans l’espace de jeu et on ne le sait que quand on se retourne pour regarder. On peut dire que oui, c’est hyper chelou.

Alors d’où ça vient dans la théorie quantique ? Car tout le cœur du problème d’interprétation est là. Un type a trouvé un moyen de décrire les objets quantiques facilement : on appelle cela l’équation de Schrödinger. Avec, vous pouvez calculer l’évolution temporelle de l’onde liée à une particule. Le problème c’est qu’avec le temps, cette onde s’étend. Et elle se mélange avec son environnement. Il y a très vite une sorte de paquet d’ondes, une mer agitée si vous voulez, où tout plein d’états possibles de plusieurs objets sont mélangés. Quand on regarde l’équation de Schrödinger, c’est tout à fait normal, et on ne peut même rien faire d’autre. On doit rajouter petit à petit tous les états possibles et propager les ondes des états intriqués. Mais quand cela devient-il une particule ponctuelle alors ?

Et bien on regarde, comme ça pour le fun pour voir à quoi ressemble ce paquet de bouillasse, avec un détecteur quelconque : et PAF ! On voit une particule faire un impact bien précis sur l’écran. Di diou c’est quoi ce bordel ? On recommence l’expérience tout de suite pour en avoir le cœur net : on retrouve la particule au même endroit. Bon ben c’est simple me direz-vous, il dit des schtroumpferies Schrödinger. Il n’y a pas d’onde ou de truc comme ça.

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Sauf que si on renouvelle l’expérience : PAF ! On détecte une particule, mais pas du tout au même endroit. Bordel. Je sens qu’on va y passer la nuit. On refait donc un milliard d’expérience, histoire d’être bien tranquille. Voilà alors ce qu’on observe : On dirait bien que la fonction d’onde calculée par Schrödinger permet de prédire où va se situer la particule le plus souvent et le moins souvent. Ce qui prouve que les particules se comportent bien comme une onde, et que c’est pas dû à notre ignorance comme dans un deux trois soleil (les gamins dans notre dos ne sont pas une onde présente partout dans l’espace à ce que je sache, c’est juste que je ne sais pas où ils sont) c’est l’expérience des fentes de Young : on crée deux particules, dont on connait bien la fonction d’onde, et on les fait passer par deux  fentes pour que leurs vagues interagissent comme quand on fait deux ronds dans l’eau l’un à côté de l’autre. Quand on essaie de les observer ensuite, on voit bien que les vagues se sont rencontrées et qu’il y a des endroits où on ne voit jamais de particules. Un objet n’aurait pas pu avoir d’interaction étendu dans l’espace comme cela avec un autre objet, c’est vraiment des vagues qui se propageaient avant qu’on les regarde. Les interférences qu’on peut observer ne sont possibles que pour une onde. Avant d’avoir mesuré la particule, elle est donc effectivement un peu partout à la fois.

Ce qui est troublant en revanche, c’est qu’une fois qu’on l’a mesurée, on sait exactement où elle est. Si on refait la mesure elle est encore là. Et on ne peut plus faire de somme d’ondes comme avant. Elle est devenue très localisée d’un coup. Sa fonction d’onde s’est énormément réduite. Elle s’étalera à nouveau dans le temps, mais là, soudainement, elle est proche d’un point. Il semble donc, chose très étrange, que ce soit l’observation, qui transforme la particule en un corpuscule localisée.

Quand les mecs au début ont découvert ça, ils ont un peu halluciné. Le calcul des probabilités à partir de la fonction d’onde s’appelle calcul de Born, et ça marche super bien.  Mais cette histoire de mesure et d’observation est complètement bizarre : pourquoi quand on fait une mesure la particule n’est plus qu’à un seul endroit ? Et pourquoi elle y reste quand on remesure ?

La première interprétation donnée par les fondateurs de la physique quantique est dite interprétation de Copenhague : elle dit grosso modo que c’est chelou, mais tant pis (admirez la simplicité minimaliste) : ce qu’il se passe au moment de la mesure c’est que « l’observateur » fait s’effondrer la fonction d’onde : elle se réduit à un seul point. Tous les états possibles qui étaient superposés se sont effondrés en un seul. Et voilà, magie de l’observateur. On regarde, PAF, tout s’effondre, il ne reste qu’un point. Après il peut bien s’étaler à nouveau si ça lui chante. Mais forcément ça prend du temps, et donc quand on l’observe rapidement après on le retrouve au même endroit. L’observateur perturbe le système, et donc il s’effondre. Fallait pas toucher espèce de gros balourd. Comme si Gaston Lagaffe pointait du doigt une rangée de dominos « oh les jolis dominos », et hop tout s’effondre.

Aujourd’hui  tout le monde est à peu près d’accord pour dire que l’interprétation de Copenhague c’est quand même pas génial. Comment définir un « observateur » ? ; C’est quoi, c’est les êtres vivants, c’est ça ? On a un fluide spécial? C’est un pouvoir psy ? Bref ce n’est pas gérable.

Il y a d’autres interprétations, comme la théorie Bohmienne, qui propose des variables cachées en plus, genre un potentiel quantique qui se déplace avec la fonction d’onde. Il y a des théories de la décohérence, qui justifie une sorte d’effondrement dû à la survivance uniquement d’états très particuliers de la particule. D’autres proposent de régulières fluctuations pour faire s’effondrer le tout etc …

Everett, lui, propose de simplifier à l’extrême, et de ne conserver que les hypothèses de base. En effet comment justifier que la fonction d’onde, qui est parfaitement définie par l’équation de Schrödinger, puisse changer tout d’un coup ? Pourquoi accepter un effondrement ou une autre explication de rupture sans aucune raison, sans savoir comment, sans savoir pourquoi ?  A la place, Everett propose de garder la jolie linéarité et continuité de l’équation de Schrödinger. La particule est dans plusieurs états superposés. Vous la mesurez. Maintenant c’est l’appareil de mesure qui est en superposition quantique avec la particule. Tout ceci est parfaitement bien défini. Plutôt que de supposer qu’il faille effondrer la fonction d’onde de superposition, et choisir de manière probabiliste l’un des états possibles, Everett suggère que TOUS les états existent et subsistent.  Indépendamment, dans des univers différents. En fait il propose de ne rien toucher : Puisqu’on décrit, « normalement », un état intriqué entre la particule et l’appareil, il n’est pas besoin de tricher.

Pas besoin d’être surpris et de dire on n’observe pas d’états intriqués mais un seul état, alors je vais rajouter un concept bizarre d’effondrement provoqué par mon regard de braise. Il suffit de dire que vous n’observez qu’un état, car vous êtes dans une seule des branches univers crée par la superposition. Vous ne voyez pas les autres mais elles existent. Elles se sont créées spontanément, et vous avez bifurqué sans vous rendre compte dans une branche unique parmi toutes les autres. Ainsi, on conserve une jolie continuité et on s’évite des hypothèses ad hoc.

Cette théorie est complètement foldingue, parce que ça signifie qu’à peu près toutes les possibilités existent quelque part dans un univers parallèle. Un univers dans lequel la France a gagné la bataille d’Azincourt par exemple. Et la pucelle d’Orléans a gagné The Voice. Oui c’est possible. Ça me rappelle la folle époque de Sliders.

Il ne faut pas trop nous prendre pour des jambons non plus, cette théorie est quand même vachement bancale pour plein de raisons. Par exemple en remontant le temps, il faut qu’on arrive à comprendre comment « recoller » les univers. Ce n’est pas évident. Et puis ça marche très bien parce que l’équation de Schrödinger est linéaire (c’est à dire en gros que pour elle la somme de deux solutions est encore solution). Si on modifie la théorique quantique, en lui rajoutant la gravitation universelle par exemple, et que le résultat n’est plus linéaire, alors l’interprétation d’Everett s’effondre (qui a dit comme la fonction d’onde ?). Et puis il y a deux trois autres bricoles, comme le fait qu’il ne soit pas évident du tout de détricoter le paquet d’états superposés pour savoir ce qu’il contient. Pour être plus précis il y a en fait plusieurs façons de le faire : par exemple au lieu de dire que le chat de Schrödinger est à moitié mort et à moitié vivant, on pourrait dire qu’il est à moitié mort-vivant et à moitié mort-vivant. Ca fait la même somme.  Pourquoi l’univers ne se séparerait pas en deux univers qui contiendraient chacun un chat mort-vivant ? Ca fait une idée de série sympa, les walking dead cats. En tout cas ce problème s’appelle le problème de la base d’états préférée, et n’est pas si évident à résoudre.

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Voilà si vous voulez vous prendre la tête sur un sujet philosophico-scientifique HYPER pointu, la discussion sur l’interprétation d’Everett est probablement un des sujets les plus animés des fins de repas entre prix Nobels de physique. Et on est encore loin d’avoir clos le débat, donc n’hésitez pas à émettre votre avis, vous ne pouvez pas avoir complètement tort (en tout cas dans cet univers).

INFLATION ET BULLE SPECULATIVE : LA FUITE FISCALE INTER-UNIVERS

Puisque les galaxies s’éloignent on imagine qu’en remontant le temps elles se concentraient toutes en un endroit très dense. On ne peut pas remonter avant le mur de Planck, c’est à dire un instant très ancien où l’univers était minuscule. Avant cela, nos théories sont invalides pour décrire l’univers ; on ne remonte donc jamais au Big Bang, l’instant pile initial, dont on ignore ce qui a pu le causer. On peut juste imaginer un univers minuscule et très dense. Ce qui est super cool c’est qu’on arrive à décrire ce qu’il est censé advenir d’un tel univers, comment la lumière pourrait seulement se diffuser à partir d’un certain moment par exemple, comment les premiers atomes se formeraient, l’hydrogène, l’hélium etc … Et on a des preuves direct que c’est bien exactement ce qu’il s’est passé. On a donc de bons indices que l’univers, il y a longtemps, était bien contracté et très dense. Donc pour l’instant nos hypothèses marchent bien.

Ensuite pour expliquer la répartition des galaxies et la taille de l’univers actuel, on doit faire une hypothèse supplémentaire un peu folle, celle d’une hyper inflation. C’est-à-dire que pendant le premier pouillème de seconde de l’univers (en fait un truc vertigineux tant c’est petit), la gravité aurait été répulsive au lieu d’être attractive, et l’univers aurait littéralement explosé, obtenant quasiment sa taille actuelle d’un coup. C’est le moyen  le plus simple aujourd’hui qu’on a de l’expliquer. Pour décrire tout ça, on a une théorie écrite par des gens très intelligents, qui fait un constat intéressant :  Si cela s’est bien passé ainsi, avec un univers très dense et très petit qu’une gravité répulsive aurait très rapidement étendu, rien n’empêche que cela arrive régulièrement dans d’autres endroits. C’est-à-dire que notre univers ne serait qu’une petite partie d’un immense univers, dans lequel une petite fluctuation d’énergie permettrait l’émergence d’un big bang. Il faut imaginer ça comme un ensemble d’univers bulles, c’est-à-dire comme un bain de mousse en fait. Dans le vrai univers immense (c’est à dire la baignoire, et pas seulement notre bulle), de petites fluctuations donnent naissance à une fulgurante création d’un univers, une petite bulle dans l’immensité de la baignoire. Il pourrait donc y avoir une infinité d’autres bulles, et le vrai univers encadrant tout cela serait beaucoup plus grand. C’est ébouriffant. Cela signifierait même que ces autres univers ne sont pas dans d’autres dimensions, mais juste très loin. On pourrait donc théoriquement y aller. En théorie en tout cas, parce qu’en pratique, heuuuuu comment dire … Il faudrait prévoir un paquet de sandwich pour le voyage quoi …

bain moussant

Il existe aujourd’hui la possibilité de valider en partie cette théorie en cherchant des ondes gravitationnelles : comme un mot écrit en petit sur un ballon de baudruche qui devient visible quand on le gonfle, de petites fluctuations aux premiers instants de l’univers devrait être visible dans le fond diffus de l’univers tout entier, à cause de cette accélération rapide qui les a en quelques sortes figés éternellement sur le fond de l’univers.  Si on observait effectivement ces fluctuations (lire les ondes gravitationnelles, sachant que les annonces d’observations faites à l’époque ont été démenties depuis), alors cela validerait la théorie de l’hyper inflation. On pourrait alors imaginer possible les multi univers bulles. Mais pour en prouver la réalité, et non pas seulement la possibilité théorique,  c’est une autre histoire.

LES BRANES ET LA THEORIE DU PAIN DE MIE AUX CEREALES EXPLOSIVES

Evidemment quand on parle physique, théorie moderne et univers on se retrouve à nouveau dans le bourbier des deux plus grandes et plus belles théories jamais crée, qui ont décidé de ne pas être compatible. D’un côté la relativité générale, qui décrit l’espace-temps et sa déformation dû à la densité d’énergie-masse (en fait c’est la même chose, énergie et masse ; et oui E=MC²). Elle s’applique principalement à grande échelle, lorsqu’on peut accumuler suffisamment d’énergie pour que cela influe visiblement sur l’espace-temps (à travers la grosse masse d’une étoile par exemple. J’aurais pu aussi faire une blague sur votre postérieur ou votre génitrice, mais je sais me tenir). De l’autre la physique quantique, qui comme décrit ci-dessus renverse tous nos a priori sur l’infiniment petit. Extrêmement précise chacune dans leur domaine, elles sont hautement mathématiques, et vouloir parler des deux en même temps n’est pas possible aujourd’hui. Et non. Elles n’utilisent pas du tout les mêmes outils mathématiques. Et vouloir utiliser les deux en même temps c’est chaud du slibard pour être courtois. En gros Il faudrait les réécrire entièrement en prenant en compte les postulats des deux théories, mais c’est tellement compliqué que personne n’a jamais réussi. Décrire les objets comme des ondes probabilistes qui se propagent sur un espace localement courbé j’en vomi des arcs en ciels rien que d’y penser.

Alors nombreux sont ceux qui proposent des théories alternatives (gravitation à boucle, théorie des cordes …) ou tente quand même la fusion des deux (gravitation quantique).  En l’occurrence celle qui nous intéresse c’est la théorie des cordes. Elle s’appelle ainsi parce qu’elle suppose que toutes les particules qui existent ne sont en fait que de petites ficelles qui vibrent. Suivant leur vibration, cela donne toutes les particules connues. Et ce qui est drôle c’est qu’en anglais ça s’appelle la théorie des strings. Et rien que ça moi j’adore.

Dans cette magnifique théorie des strings à paillettes, on imagine que l’univers est une brane. Ne cherchez pas c’est un terme mathématiques désignant un espace, ou une surface. Mais on peut voir ça comme une membrane. Il y plusieurs types de branes suivant le nombre des dimensions qui la composent. S’il y a un nombre p de dimensions  on appelle ça une p-brane. S’il y a toutes les dimensions possibles c’est un all-brane et c’est idéal pour un petit déjeuner complet. Nous avons donc notre univers qui est une p-brane (comme vous l’avez compris personne ne sait trop combien vaut p), et ça pourrait ressembler à une grosse tranche de pain. Du coup dans cette théorie merveilleuse qui sent bon le sable chaud on peut envisager qu’il y a plusieurs tranches de pain de mie qui forment une grosse miche (je me disais, le string sans les miches c’était dommage).  Nous aurions donc plusieurs tranches d’univers p-brane les uns à côté des autres, comme des couches si vous préférez (moi je préfère les miches).

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Il y aurait un moyen de tester cette hypothèse ; les univers étant plus ou moins concomitant, on pourrait créer de très fortes réactions entre particules, ce qui ferait des gros booms à travers plusieurs branes, et permettrait à notre univers de perdre un peu d’énergie en faveur d’un autre univers. Alors on fait péter des trucs dans des accélérateurs de particules en regardant s’il manque quelque chose. Les physiciens comptent régulièrement pour voir si le petit déjeuner n’est pas parti vers une autre miche. Et ils font la blague du « hé, hé,  la brane qui pète, hé, hé ». Mais pour l’instant on n’a rien vu qui confirmerait cette théorie.