La renaissance du temps (Lee Smolin Partie II chap. 9)

Le défi cosmologique 

 

 

http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2013/136/smolin.htm

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

 

 


Préambule: Dans ces articles que je consacre à Lee Smolin, j'écris la suite des articles de mon blog à propos des univers multiples d'Aurélien Barrau pour les quels je retiens quelques commentaires qui vont orienter mes réflexions nouvelles.

Dans l'article "D'après Aurélien Barrau, Univers multiples Chap 1)": les propositions nouvelles face aux problèmes et paradoxes de la physique "peuvent constituer une "pulsion inchoactive" qui poussera vers une découverte sans précédent ou bien vers un réenchantement de ce que l'on savait déjà sans en avoir pris la "dé-mesure" et finalement vers une nouvelle sacralisation du "monde".
Dans "D'après Aurélien Barrau, Univers multiples. La gravitation quantique chap. 9": au chapitre L ConclusionCet article fait suite à l'article "D'après Aurélien Barrau, Univers multiples Chap 1)": "Aujourd'hui, la physique est en crise, le monde est en crise. Avec Lee Smolin et son "rien ne va plus en physique", Carlo rovelli parle de la schizophrénie bipolaire des physiciens (voir une révolution inachevée). La vision anthropique de Trin Xhuan Thuan et ma vision évangélique du monde, qui s'origine dans les mythes de l'Un et de l'ordre émergeant du Chaos initial, semblent exclus de la vision de bien des physiciens et cosmologues qui découvrent, comme l'a fait Jean Pierre Luminet, que l'Univers ne peut avoir été infiniment dense et donc que le big bang ne peut avoir été tel qu'on se l'imaginait depuis de nombreuses décennies. La possibilité d'un avant big bang a été mise en évidence avec un univers précédent qui se serait condensé jusqu'à une taille extrêmement petite mais non nulle et qui aurait "rebondi" en un big bounce pour donner notre Univers actuel en expansion après le phénomène d'inflation cosmique. Un des derniers rebondissements de ces recherches, avec Lee Smolin, pourrait bien aboutir avec sa "renaissance du temps" à une solution de la contradiction entre la physique quantique et la théorie de la relativité. A priori, ce serait une théorie unifiée des interactions fondamentales.

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Nous avons vu , au cours du long article consacré au chapitre 9 du livre "les mpndes multiples", de nombreuses théories nouvelles ou hypothèses qui proposent l'unification de la physique ou tout au moins des explications aux dilemmes et paradoxes que la cosmologie moderne a mis en évidence. Mais, dans "la renaissance du temps", au chapitre 8, Lee Smolin prévient: Le paradigme newtonien ne peut même pas apporter un embryon de réponse à ces questions et dilemmes: Pourquoi ces lois? Pourquoi ces conditions initiales de l'univers? Quel mécanisme les a t-il sélectionnées parmi une multitude infinie de possibilités? etc. Il appelle ceci "l'erreur cosmologique": appliquer à l’Univers entier dans sa globalité des lois établies et vérifiées sur des sous-systèmes. Dans le paradigme newtonien, ce que nous appelons une loi doit s'appliquer dans tous les cas. Mais l'application d'une loi à n'importe quel morceau d'univers implique une approximation, parce que nous devons négliger toutes les interactions entre ce morceau et le reste de l'univers. Donc les applications vérifiables d'une loi sont toutes des approximations. Smolin fait remarquer en particulier que les lois se vérifient sur beaucoup de sous-systèmes. Mais si on veut appliquer une loi de la nature sans approximation, c'est à l'univers entier qu'il faudrait l'appliquer, alors que nous n’avons qu’un seul Univers sous la main. Et un seul cas n'apporte pas suffisamment d'indices pour justifier l'affirmation qu'une loi particulière de la nature s'applique. C'est ce que Lee Smolin appelle le dilemme cosmologique (faire de la physique dans une boite: "on considère un petit sous-système isolé du reste de l’univers dans lequel on néglige certains effets pour ne s’intéresser qu’à certaines variables qui définissent un espace de configuration, atemporel"). Et pourquoi cette loi et pas une autre? De plus, beaucoup de théories cosmologiques (théorie des cordeséquation d’Einstein …) admettent en réalité une infinité de solutions, parmi lesquelles une seule correspond à notre univers. Doit-on se résoudre à admettre l’existence d’une infinité d’Univers inaccessibles pour pouvoir justifier le notre par un principe anthropique

Nous pensions, dit Lee Smolin, savoir comment répondre à ces questions. Une théorie unique mathématiquement cohérente pourrait incorporer les 4 lois fondamentales de la nature. Mais cet espoir a été anéanti. On se trouve face à ce qu'il appelle "le défi cosmologique". On vient de voir qu'il faudrait étendre la science à une théorie de l'Univers entier. Le défi est qu'il ne peut pas exister de composante statique qui puisse servir de cadre de référence, car tout dans l'Univers change et il n'existe aucun extérieur, rien qui puisse être qualifié de fond par rapport auquel les mouvements du reste de l'Univers (que nous négligeons). Or, toutes les théories physiques divisent le monde en deux parties, une partie « dynamique », qui change, et une statique, qui contient un « fond » de choses immuables, comme les constantes fondamentales.  Le « défi cosmologique » consiste à formuler une théorie de l’univers « indépendante du fond », purement dynamique afin de ne rien supposer d’extérieur à l’Univers: " Lorsqu’on fait de la « physique dans une boite », le « fond » comprend notamment les conditions initiales, et la méthode expérimentale permet de contrôler les conditions initiales afin de s’assurer que les lois sont indépendantes de ces conditions. En cosmologie, cette distinction entre « lois » et « conditions initiales » aggrave le problème qu’elle résout « dans une boite »: si nos observations du fond diffus cosmologique ne correspondent pas bien à la théorie de l’inflation cosmologique, faudra-il corriger la loi ou les conditions initiales? Smolin critique aussi les théories effectives qui décrivent bien ce qui se passe à une certaine échelle de grandeur, mais en négligeant l’influence de ce qui est beaucoup plus grand ou plus petit." Pour Smolin, la théorie issue du défi cosmologique doit tenir compte de tout, sans rien négliger."

Je vais maintenant retracer "ma lecture" plus complète du livre de Lee Smolin d'une manière peu orthodoxe en ne commençant pas par la partie I ("le poids: le mort du temps), mais par la partie II "Lumière: la renaissance du temps". La partie I fera l'objet d'autre articles. Cette "mort du temps" est comme l'épilogue de la constatation de Lee Smolin traduite par son livre "rien ne va plus en physique (l'échec de la théorie des cordes)". Cette partie I 
explique pourquoi depuis la naissance de la science moderne, avec l'effet Copernic et Galilée, le paradigme newtonien sous-tend toutes les théories y compris les théories quantiques et  la relativité  (le « paradigme newtonien » et ce qu'il a impliqué, dont l'hypothèse des multivers, Il est utile pour décrire l'évolution d'un système dans un laboratoire, mais il perd tout sens appliqué à l'univers entier. Il n'explique pas pourquoi telles ou telles lois sont choisies parmi l'infinité de lois possibles.Selon ce paradigme, un système, quel qu'il soit, pourrait être décrit par un ensemble d'états initiaux qui lui sont attribués, puis par les lois présidant à son évolution en fonction du temps. Mais si ces données sont utilisées initialement pour décrire le système, il n'est pas possible de considérer qu'elles pourraient aussi être le résultat de son évolution. Il faut rechercher d'autres lois, ce que je vais tenter de faire maintenant en commentant celui qui ose affronter un nouveau paradigme, Lee Smolin).

 

 

 

1) Le défi cosmologique.

     -Rappel: dans l'article II donnant ma lecture de la renaissance du temps chapitre 8, nous avons vu que pour Lee Smolin, la seule manière d'échapper aux problèmes, dilemmes et paradoxes qui se présentent devant la physique actuelle, c'est d'adopter une méthodologie qui va au-delà du paradigme newtonien, c'est à dire chercher un nouveau paradigme applicable à la physique à l'échelle de l'univers. Sinon, on se place face au risque que la physique finisse dans l'irrationalité et le mysticisme. Mais tous arguments de la première partie qui poussent à éradiquer le temps hors de la physique sont basés sur le paradigme newtonien  et sur l'hypothèse qu'il peut être étendu à l'univers dans son entier. Mais si c'est faux, ces arguments pour éliminer le temps s'écroulent, et quand nous abandonnons le paradigme newtonien, il devient possible de croire que le temps est réel et on peut envisager la construction d'une "vraie(?)" théorie cosmologique dont on espère qu'elle fera mieux que les théories actuelles. 

C'est ce que nous allons voir maintenant en poursuivant l'aventure vers un au-delà des problèmes et paradoxes auxquels se confronte la connaissance actuelle. On l'a vu, l'application d'une loi à n'importe quel morceau de l'univers implique une approximation  parce que c'est faire de la physique dans une boite, et il faut alors négliger toutes les interactions entre ce morceau et le reste de l'univers. Donc, les applications vérifiables d'une loi de la nature sont toutes des approximations et si on veut appliquer une loi sans approximation, c'est à l'univers entier qu'il faudrait l'appliquer. Mais il n'existe qu'un univers, ce qui signifie qu'appliquer une loi particulière à un cas unique et cela ne peut apporter suffisamment d'indices pour affirmer qu'une loi particulière s'y applique. Lee Smolin suggère d'appeler ceci le dilemme cosmologique.

Ce dilemme va nous amener au défi cosmologique, qu'il faudra relever pour sortir de l'impasse.

    -Rien dans la  chair des théories existantes ne peut nourrir une théorie vraiment fondamentale affirme donc Lee Smolin avec force. C'est une idée bien audacieuse quand on sait les succès des théories dominantes, que soit la physique quantique ou la relativité générale. Rappelons une caractéristique que partagent toutes ces théories bien établies qui rend délicate leur extension à l'univers dans son entier: elles divisent toutes le monde en 2 parties, l'une qui est changeante et dont les degrés de liberté évoluent dans le temps, le système étudié, et l'autre qui est supposée immobile, le reste de l'univers, le "fond".  Cette partie, qui ne nécessite pas qu'on la décrive explicitement, se trouve de manière implicite dans ce qui donne sa signification au mouvement décrit dans la première partie qu'on observe: la distance entre les objets mesurés fait implicitement appel à des points fixes (le cadre de référence qui permet la description du système, le référentiel) et le temps par rapport auquel on décrit le mouvement implique l'existence d'une horloge extérieure au système (décrit par l'espace des configurations) et qui permet justement la mesure du temps. C'est sont ces points de référence fixes qui permettent de relier les prédictions de la théorie aux résultats des expériences.

 

Voir la suite de l'article dans mon autre blog: https://monblogdereflexions.blogspot.fr/2016/12/la-renaissance-du-temps-article-2.html#.WHfxp9ThA_4

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