Les théories pré-espace temps (partie 2)

Dans la première partie, nous avons vu les deux théories les plus en vogue concernant la création de l'Univers : A1 (scénario ekpyrotique) et A2 (scénario du multivers). Ces deux théories correspondent à la définition A (scientifique) de l'Univers.

Avant de présenter une théorie du pré-Univers alternative, j'aimerai pointer les problèmes posés par les théories A1, A2 et plus généralement par toutes les théories pré-Univers basées sur la définition A.

Les problèmes des théories Ax

Le point commun entre toutes ces théories est que l'Univers (sphère causale) ne représente justement pas "l'ensemble de toute chose" : on admet qu'il puisse exister en dehors de la sphère causale un méta-système qui l'a engendré.

Cette hypothèse est - à mon avis - motivée par deux raisons que l'on a déjà évoqué dans la première partie :

• Le principe de conservation de l'entropie (énergie/matière)
  
• Le principe anthropique
  

D'après moi, ces deux principes ne sont pas justifiés lorsqu'on tente d'établir un modèle pour la création de l'Univers, j'expliquerai plus loin pour quelles raisons.

Problème 1 : Le principe de conservation de l'entropie

Au début du XXème siècle, Emmy Noether, une mathématicienne Allemande a démontré un des plus beaux théorèmes qui s'applique à la physique théorique.

Vous pourrez trouver un site très pédagogique sur le théorème de Noether ici : http://semsci.u-strasbg.fr/noether.htm

Le théorème de Noether nous dit que chaque loi de conservation correspond à une symétrie sur le système considéré : Le principe de conservation de l'énergie correspondrait à la symétrie de translation temporelle.

Citons un passage du site ci-dessus, qui définit cette symétrie : "L'invariance par translation dans le temps rend l'origine du temps inobservable, assurant par la même la conservation de l'énergie".

On en déduit que la conservation de l'énergie est valable en tout point de l'espace-temps, sauf - justement - à l'origine du temps. (c'est du moins ce que j'en ai déduit...).

Problème 2 : Le principe anthropique

Le principe anthropique est valable en supposant l'existence d'un grand nombre d'Univers possibles et du fait qu'on ne dispose d'aucun critère, autre que notre existence, pour expliquer l'Univers dans lequel nous vivons.

Ce principe est en ce moment très à la mode dans un autre domaine de la physique : la théorie des cordes. En effet, la théorie des cordes possède un très grand nombre de paramètres que l'on peut ajuster pour obtenir des théories très différentes. Les cordistes appelent cet ensemble le "paysage" et justifient le choix du "bon" paysage par le principe anthropique.

Ici, nous sommes dans un cas légèrement différent : pourquoi supposer que la création de l'Univers (sphère causale) est un événement "multiple" ?

En fait, ce choix est justifié uniquement par la définition A : l'Univers est la sphère causale, mais pas "l'ensemble de toute chose", on peut donc supposer qu'il existe "autre" chose (donc de multiples sphères causale) en dehors de la nôtre.

On se retrouve alors dans un raisonnement cyclique : les théories Ax sont basées sur le principe anthropique, car le principe anthropique est basé sur la définition A !

Mais avant de remettre en cause la définition A, il me reste un problème important à examiner. Un problème plus fondamental, qui s'appliquera de toute façon, à toutes les théories - quelle que soit la définition de l'Univers.

Problème 3 : La preuve expérimentale

Bernard Weber - dont je suis fan - disait à juste titre "Pour comprendre un système, il faut s'en extraire" (je ne suis d'ailleurs pas sûr que cette citation soit de lui, bref...).

Toutes les théories pré-Univers sont
et resteront vraissemblablement spéculatives, pour quelle raison ? Eh bien, que l'on prenne la définition A ou B, nous nous trouvons dans une sphère causale dont nous ne pouvons sortir. Si nous supposons qu'il existe des membranes ou d'autres sphères causales en dehors de la nôtre, nous ne pourrons malheureusement jamais le savoir, du moins directement.

Il pourrait effectivement exister des "indices" en faveur d'une ou l'autre théorie, mais en réalité, ces indices nous montreraient simplement que la création de notre sphère causale n'est pas incompatible avec telle ou telle théorie.

En fait, tout ce que nous imaginons au delà de notre sphère causale n'a aucune justification, si ce n'est par exemple, que le taux d'expansion de notre sphère causale pourrait correspondre à un cycle expansion/contraction de l'Univers (il se trouve que c'est un mauvais exemple car il semble que notre sphère causale soit en fait en expansion accélérée, mais ceci est un autre débat...).

Alors si tout ce que l'on imagine au delà de la sphère causale n'est pas justifié, pourquoi l'imaginer ?

On peut supposer que l'Univers est la sphère causale, tout en étant "l'ensemble de toute chose". (Je suis enfin d'accord avec les scientifiques et les religieux sur la définition du mot Univers !)

Unification des définition A et B

Posons donc notre nouvelle définition de l'Univers, que l'on pourrait appeler A+B, ou AB pour les puristes...

Définition AB : L'Univers est l'ensemble de toute chose, c'est à dire la sphère causale

Cette définition de l'Univers bénéficie d'un principe supplémentaire, qui est souvent essentiel dans la nature (même s'il est parfois trompeur) : le principe d'économie : Il n'existe rien en dehors de la sphère causale.

Maintenant que nous possédons une nouvelle définition, quelles théories pré-Univers peut-on formuler ?

Et bien, il me semble qu'il n'y a que deux possibilités :

• Théorie AB1 : l'Univers n'a pas eu de création et donc a toujours existé. Cette théorie semble peu probable si on considère la théorie du Big Bang.
• Théorie AB2 : "l'Univers s'est créé lui-même" à partir... de rien. Je développerai cette théorie un peu plus bas.
  

Mon point de vue :

Si vous avez lu ma "démonstration" dans la première partie, vous "savez" déjà que Dieu = Univers. Je trouve amusant que l'expression "L'Univers s'est créé lui même" est alors équivalente à "Dieu à créé l'Univers". Mais revenons à notre théorie AB2...

Théorie AB2 : l'Univers s'est créé lui-même à partir de rien

Cette phrase peut sembler absurde (et je sais que pour beaucoup elle l'est certainement...). Cependant, je voudrai insister sur deux points qui la justifient, en suivant la définition AB :

• Il n'existe rien en dehors de l'Univers lui-même, donc rien n'est susceptible de l'avoir créé
• La théorie de la relativité générale montre clairement que l'Univers est dynamique, l'Univers ne peut donc pas "toujours avoir existé"
  

Quelles sont les objections a cette théorie ? Et bien - à ma connaissance - aucune, si ce n'est les deux problèmes que nous avons identifié pour les théories Ax :

• Le principe de conservation de l'énergie n'est pas respecté
• Le principe anthropique n'est pas valable

N'étant pas physicien, je ne peux pas développer davantage cette théorie que j'ai appelé AB2.

Cependant, peut-être serez-vous surpris de savoir que d'autres ont déjà tenté de développer une telle théorie ? Je veux parler bien-sûr de la théorie de la singularité initiale de Igor et Grishka Bogdanov.

Mon point de vue :

Cette théorie est bien sûr très controversée et j'ai longtemps hésité avant de prendre parti pour cette théorie de peur d'être considéré comme un imbécile par mes (quelques) lecteurs (potentiels).

J'ai eu connaissance de cette théorie en juin 2004, lors de la sortie du livre - lui aussi très discuté - "Avant le Big Bang". J'ai lu 2 ou 3 fois ce livre, en alternance avec d'autres livres, considérés comme "plus sérieux".

Malgré toutes les oppositions et tous les arguments - en apparence bien fondés - à l'encontre de cette théorie et des frères Bogdanov, je ne pouvais m'empêcher d'admirer cette théorie.

Je dois bien l'avouer aujourd'hui, je suis un "pro-Bogda", ou plutôt un "pro-théorie de la singularité initiale", pour ne pas être assimilé à un fan inconditionnel des frêres Bogdanov (bien que j'apprécie leurs émissions).

Dans la prochaine partie, je tenterai donc de présenter la théorie AB2 : Théorie de la singularité initiale, des frêres Bogdanov.

Je tiens à donner une dernière précision aux "anti-Bogda" : comme je l'ai dit précédemment - et comme les Bogdanov le reconnaissent eux-mêmes - toute théorie pré-Univers est spéculative. Il n'y a donc à priori aucune raison de ne pas considérer la théorie AB2 avec la même crédibilité que les théories Ax.

A suivre...

Les théories pré-espace temps

J'ai souhaité écrire cet article pour tenter de faire un petit état des lieux, à mon niveau, des théories qui décrivent la création de l'univers - ou plus précisément ce qui a engendré l'Univers - et discuter les hypothèses qui sous-tendent ces théories.

Vous trouverez aussi dans cet article quelques réflexions subjectives un peu "métaphysiques", j'ai annoté ces passages "Mon point de vue".

Avant toute chose, pour se mettre d'accord sur le vocabulaire, je tenterai de donner une, ou plutôt deux définitions de l'univers.

Définition A (scientifique) : L'Univers est la sphère causale qui englobe toute les ondes, particules et forces physiques

Définition B (sémantique) : L'Univers est l'ensemble de toute chose.

La définition A que j'ai surnommée "scientifique" est celle - me semble t'il - qui est admise par la communauté scientifique.

La définition B est plutôt "sémantique", elle s'intéresse à ce que signifie le mot Univers, indépendamment des connaissances scientifiques actuelles.

Comme je l'ai précisé, les théories pré-Univers proposées au sein de la communauté scientifique portent toutes (à ma connaissance), sur la définition A. La définition B quant à elle paraît plus métaphysique et il semble donc difficile d'élaborer un modèle concret à partir d'une définition aussi vague. Examinons donc les théories pré-Univers compatibles avec la définition A. J'appelerai ces théories Ax, x étant l'ordre dans lequel j'en parle (ayant une très faible connaissance de ces théories, je n'ai aucune préférence particulière)

Une dernière précision : je ne prétend pas donner une explication complète ni même correcte de chaque théorie évoquée ci-dessous, j'essayerai simplement d'en résumer l'idée principale. Toutes les précisions ou corrections seront les bienvenues.

Théorie A1 : Le scénario ekpyrotique

L'Univers ("sphère causale") serait issu du "choc" entre deux membranes à plusieurs dimensions (au sens de la théories des cordes). Ces membranes seraient en mouvement périodique, qui engendrerait un cycle création/destruction de l'Univers, à priori infini.

Théorie A2 : Le scénario du Multivers

L'Univers serait une "bulle" causale, engendré par une autre bulle-Univers causale. Il existerait une infinité (?) d'Univers connectés les uns aux autres dans une sorte d'arbre, que l'on pourrait appeler le Multivers.

Ces deux théories - j'imagine, comme d'autres théories Ax - ont un avantage indéniable : elles permettent de respecter le principe de conservation de l'entropie (énergie/matière). En effet, la sphère causale est vue comme le résultat d'une interaction entre d'autres éléments, dans un système plus grand (les membranes ou le multivers) : rien ne se crée, rien ne se perd, etc.

Cependant en faisant cela, ne retombe t'on pas finalement sur la même question, légèrement transformée : Au lieu de se demander "d'où vient l'Univers ?" on se demande maintenant "d'où viennent les membranes ?" ou "d'où vient le Multivers ?" ...

Je ne connais pas l'explication pour la théorie ekpyrotique, je peux cependant citer l'argument de la théorie du Multivers : Le Multivers représente l'ensemble de tous les Univers possibles, il n'y a donc pas d'explication - ou de choix - à l'origine de son existence. Donc pour revenir à nous, nous existons dans notre Univers car c'est celui dans lequel on existe : il s'agit de l'argument anthropique. J'imagine que la théorie ekpyrotique avance un argument un peu similaire, du style : chaque cycle engendre un Univers différent qui au final créé tous les Univers possibles, on peu alors avancer l'argument anthropique.

Un dernier point commun qui me semble essentiel entre ces 2 théories est l'aspect "infini" du méta-système (membranes ou multivers), par opposition à la taille "finie" de l'Univers (sphère causale).

En outre, ce que j'ai appelé le méta-système (membranes ou multivers) semble correspondre maintenant à la définition B : L'ensemble de toute chose.

Mon point de vue :

Depuis que je suis tout petit, j'adhère à la définition B. Pour moi, l'Univers ne peut-être que l'ensemble de toute chose : si l'on trouve quelque chose qui englobe l'Univers connu, alors on devrait appeler ce nouvel ensemble l'Univers.

J'aimerai au passage donner ma "démonstration" (un peu tirée par les cheveux, il est vrai...) de la non existence de Dieu avec cet argument :

Supposons que Dieu existe et a créé l'Univers. L'Univers étant l'ensemble de toutes chose (B), on en déduit que Dieu est inclus dans l'Univers. Supposons enfin, comme c'est le cas - à ma connaissance - dans les 3 grandes religions monothéistes, que Dieu "est partout", autrement dit que l'Univers est inclus dans Dieu. Ces deux concepts étant inclus l'un dans l'autre, on en déduit qu'il sont égaux : le mot Dieu, désigne la même chose que le mot Univers. On peut penser soit que Dieu n'existe pas, que ce n'est qu'un autre terme pour définir l'Univers, soit que l'Univers est Dieu (pour les plus croyants).

Je tiens à préciser que le point - à mon avis - sur lequel les religieux ne sont pas d'accord avec ce raisonnement est la définition B de l'Univers : L'Univers n'est pas l'ensemble de toute chose, car Dieu n'est pas DANS l'Univers, Dieu l'a créé.

Pour conclure ce point de vue, il semble que "ma" définition de l'Univers ne soit ni acceptée par les scientifiques, ni par les religieux (je suis tout seul ...snif) . Plus étonnant encore, il semble même, d'après la remarque que j'ai faite dans le paragraphe précédent, que la définition A de l'Univers soit la même pour les scientifiques ET pour les religieux (aurions nous trouvé un point d'entente ?)

Je reviendrai dans la prochaine partie sur les théories A1 et A2 et j'essayerai de défendre "ma" définition B en présentant une théorie que j'appellerai - à priori - B1.

A suivre...

Peter Woit : Même pas pédagogue...

Je viens d'achever (enfin!) la lecture du livre "Même pas fausse" écrit par Peter Woit, un professeur de mathématique de l'université de Columbia.

Le livre, à priori fait par un vulgarisateur, dans le but de vulgariser la théorie des cordes et ses limites m'a malheureusement déçu. Voici en quelques lignes les points forts du livre, et les points qui m'ont déçu.

Autant l'avouer tout de suite, je n'ai pas du tout aimé ce livre. Je dirais même que j'ai haï certains passages, à commencer par le début où l'auteur se gargarise de sa propre compétence et de sas grandes capacités, il m'a semblé d'entrée de jeu que Monsieur Woit ne connaissait pas la modestie.

Le livre est très peu accessible aux non-initiés, notament à la théorie des groupes. De nombreuses notions sont jetées sur le tapis sans aucune explication : boson de Higgs, supersymétrie, doublets ou triplets, groupe E8...

Je me suis même demandé à un moment si ce professeur enseignait vraiment à ses élèves et si ce livre s'adressait aux non initiés, où s'il s'agissait d'une discussion entre experts...

Bref, j'ai vraiment souffert en lisant ce livre, et je pense qu'il me faudra sûrement un relecture pour l'apprécier à sa juste valeur et comprendre tous les arguments techniques qui y sont avancés.

Un autre point qui m'a profondément agacé et le rejet sans appel du travail de Igor et Grishka Bogdanov, qui sont lapidairement évoqués dans un chapître de 3 pages, présentés comme "un canular à la Sokal" (d'après le nom du physicien qui avait sousmis un article volontairement fantaisiste à la publication dans un grand journal scientifique).

Pire, l'université de Bourgogne, qui a délivré la thèse des jumeaux est taxée de laxiste, ses professeurs "d'incompétents" ! J'ai reconnu là tous les reproches caractéristiques du complexe de supériorité malheureusement si fréquent chez les américains...

Encore pire, malgré la rapidité du chapître, il arrive à livrer un nombre incommensurable d'âneries , comme par exemple : "Aucun spécialiste ne s'est risqué à soutenir les travaux des Bogdanov". Ceci est tout simplement faux. Leur directeur de thèse Moshé Flato, décédé peu avant leur thèse les à bien sûr encouragé, mais surtout leur dernier directeur de thèse, le Dr Sternheimer, directeur de recherche au CNRS, vous trouverez un article édifiant à cette adresse : http://users.skynet.be/catherinev/sternheimer.htm

Un autre aspect négatif du livre est qu'il passe presque 2/3 des pages à raconter - voire à encenser - le modèle standard des particules. Il faudra attendre autour de la page 200 pour entendre enfin parler de la théorie des cordes...

Pour terminer sur une note plus positive, voici les points positifs que j'ai trouvé à ce livre :
- Un bel historique de l'évolution de la physique du début du siècle à nos jours.
- Une longue explication du modèle standard, plus complète que dans d'autres livres
- De belles anecdotes sur les plus grands physiciens (notament Edward Witten)
- Des arguments précis contre la théorie des cordes (on va au delà du simple "elle ne fait aucune prédiction")

Je lis en ce moment "Rien ne va plus en physique", écrit par Lee Smolin, qui traite du même sujet (l'échec de la théorie des cordes). Je n'en suis qu'au début, mais il est clair que ce livre est de bien meilleure qualité. Toutes les explications sont claires, expliqués simplement et accessibles au premier venu : il identifie par exemple, dès le premier chapître, les "5 grands problèmes fondamentaux de la physique".

Je ferai prochainement un petit post sur ce livre qui m'a l'air bien plus instructif et surtout à ma portée, que le précédent. Cependant, je pense que je relirai tout de même "Même pas fausse", après celui-ci, histoire de voir si je comprends mieux les arguments de Monsieur Woit.

Pour terminer, quand Peter Woit critique les Bogdanov pour leur manque de clarté et de pédagogie, je pense qu'il ferai mieux de relire ce qu'il écrit et de penser à ceux qui ne sont pas dans sa tête. J'ai lu "Avant le Big Bang", et le livre et d'une clarté incomparable par rapport à "Même pas fausse". Il est possible que monsieur Woit ne sache pas expliquer la "vérité" clairement, mais il est certainement impossible que les Bogdanov puisse expliquer clairement quelque chose "qui n'a aucun sens" (citation de Monsieur Woit).

Sur ce, bon réveillon à tous et à très bientôt !

A quoi ressemble l'univers ?

J'ai eu envie de faire le point sur ce que je "pense savoir" (ou que mon intuition me dicte) de l'Univers, voici une petite liste pêle-mêle de ce que je pense être vrai concernant l'Univers :

1. L'Univers est de dimension finie
2. L'Univers n'est pas borné (il ne contient pas sa frontière)
3. L'affirmation selon laquelle l'Univers n'est pas borné est équivalente à dire que L'Univers est borné par l'ensemble vide (le néant)
4. L'Univers est né du néant (conséquence du point 3)
   
5. Le néant est un point de dimension nulle
6. L'Univers est une hypersphère de dimension 3, plongée dans un espace à 4 dimensions (qu'on ne peut visualiser)
   

Les points 1 et 2 sont suggérés par Stephen Hawking, dans l'excellent livre "Une Brêve Histoire du Temps", il s'agit bien sûr d'une hypothèse mais qui m'a bien séduite. Il semble y avoir un consensus à ce sujet, mais je ne sais pas si ces points sont réellement reconnus par le modèle standard.

Le point 3 est une manière que j'ai trouvé pour reformuler le point 2. Cela m'a semblé correct d'un point de vue strictement logique.

Les points 4 et 5 m'ont été "inspirés" du livre très controversé "Avant le Big Bang" écrit par les frères Bogdanov (j'écrirai prochainement un petit billet sur ce bouquin histoire que tout le mon de puisse se défouler...) :

• Le point 4 est comme indiqué, une conséquence du point 3, mais également une application du principe d'économie pour un modèle du Big Bang plus "élégant". Malheureusement, ce point ne semble pas applicable à la "réalité" (mur de planck).
• Le point 5 me semble correct , mais un peu paradoxal : le néant (ensemble vide) peut-il réellement être considéré comme un point de dimension nulle ? Il faudrait creuser la question à l'aide de la topologie...
  

Le dernier point est une hypothèse assez communément admise, également évoquée dans "Une brève histoire du temps" et que j'ai pu appronfondir grâce à une livre de vulgarisation en topologie, "Grigori Perelman face à la conjecture de Poincaré", qui retrace entre-autres la résolution d'un des septs problèmes du millénaire.

Je lis en ce moment "Même pas fausse" (Peter Woit) qui explique plus en détail la théorie des cordes, des avancées et ses limites. Je complèterai peut-être ma liste à la fin de la lecture.

En attendant, n'hésitez pas à mettre en ligne votre propre liste, à me dire quels points vous pensez vrais, faux ou indécidables, ou encore à me dire quels points vous modifierez et dans quel ordre vous les mettriez.

Théorie du Tout Espace-Temps

J'ai eu tout à l'heure une idée apparemment "folle" (quoi que peut-être pas tant que çà, vu que je ne suis apparemment pas le seul à avoir eu cette idée là...) bref, voici cette idée :

Est si la matière n'était qu'une propriété (plus précisément une courbure extrêmement locale) de l'espace-temps ?

Voici maintenant quelques unes des idées connexes à cette hypothèse :

La physique actuelle n'arrive pas à unifer d'un côté l'approche discrète de la matière (chromodynamique quantique) de l'approche continue de l'espace-temps (relativité générale). L'objectif de la théorie du "Tout" est cette unification, donc on sera à terme amené à conclure soit que la matière est une propriété de l'espace, soit l'inverse.

J'ai alors repensé à la théorie de la relativité générale, qui affirme que la gravité est en fait une propriété de l'espace-temps. C'est la matière, répartie de manière "irrégulière" (cet aspect là est également un mystère, bien qu'on puisse peut-être le justifier avec l'argument anthropique, mais c'est un autre débat...), donc c'est la matière qui courbe l'espace-temps. Autrement dit, dans cette approche, on considère que la gravité est une conséquence de la matière, sans qu'il y ait la moindre justification à cette assertion logique.

Ne pourrait-on pas dire, avec la même rigueur que la présence de matière est une conséquence de la courbure de l'espace-temps ?

Etudier l'univers reviendrait à étudier la courbure de l'espace-temps en tout point (avec un champs de vecteur j'imagine...).

Ou bien, ce qui revient évidemment au même étudier l'énergie (ou la masse) en tout point.

Je vais tenter d'étayer cette hypothèse, avec des arguments plus ou moins personnels dont certains, je le reconnais, tiennent plus de l'intuition que du raisonnement, mais allons y à fond :

- Le modèle standard suggère que les trous noirs sont des déchirures de l'espace temps, donc ce ne sont pas eux-mêmes de la matière. Pourtant, on peux calculer leur masse, ce qui montre bien que la courbure de l'espace-temps peut engendrer de la masse (donc, mais je n'ose le dire, de la "matière").

- L'approche continue pourrait sembler plus appropriée et plus élégante pour fournir une théorie du Tout : la mécanique quantique et la physique expérimentale ont engendré des dizaines (voire des centaines) de particules "élémentaires", ce qui à mon avis devrait suffire à démontrer que ce n'est pas une théorie assez "élégante".

- La théorie des cordes, pour corriger ce problème, amène l'idée d'une particule élémentaire : la corde (ou membrane suivant les variantes). Le problème de la théorie des cordes - d'après les faibles connaissances que j'en ai - serait que pour générer toutes les particules observées expérimentalement, elle a dû introduire 6 dimensions supplémentaires qui existent à des échelles quantiques et qui s'ajoutent aux quatre dimensions "macroscopiques" que nous suggèrent notre intuition. Elle est valable localement, mais les calculs sont apparemment tellement complexes qu'il semble difficile de l'appliquer à la compréhension globale de l'univers. La théorie des cordes là encore, me semble un peu trop complexe et pour tout dire assez peu intuitive : à moins d'une erreur de ma part, la corde est une particule de dimension 1, autrement dit, un fil.

- Il faut cependant reconnaître que la matière à des petites échelles se comporte de manière corpusculaire (électrons, photons, nucléons ...) la question que je me pose est : existe t-il une fonction d'onde pour chaque particule qui pourrait remplacer son aspect corpusculaire, quitte éventuellement à ce que cette fonction soit composée de fonctions non continues comme la fonction delta de Dirac ? Il faudra très certainement que je me documente davantage sur cette question.

En résumé, dans cette hypothèse, je vois la théorie du Tout comme une équation qui donne l'évolution d'un champs de vecteurs, généré à partir de l'ensemble vide, à l'échelle 0 (ou au temps zéro si vous préférez) vers l'état actuel de l'univers.