Univers élégant, théorie des cordes et mondes parallèles

Mini Mandel Island, image fractale

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Il y a deux semaines, la possible découverte des ondes gravitationnelles du Big Bang a provoqué une grande effervescence chez les scientifiques. Si le Big Bang n’est qu’un phénomène banal au sein d’un multivers, cela nous conduira vers une nouvelle physique et des perspectives incroyables : l’éventualité de mondes parallèles.

Il y a quelques années, je suis tombé amoureux d’un documentaire absolument fascinant qui évoquait cette hypothèse : l’univers élégant. Inspirée d’un livre du physicien Brian Greene, cette série en 8 épisodes (tous disponibles ici) est passionnante. Simple d’accès pour le littéraire que je suis, mais également ambitieuse, cette série bouleverse la vision qu’on peut avoir de l’Univers.

Présenté par Brian Greene lui-même, le documentaire revient sur la quête menée par des physiciens : expliquer la totalité des lois physiques à travers une seule théorie susceptible de réconcilier la communauté scientifique ! La science du XXe siècle a en effet connu un schisme terrible. Au siècle dernier, alors qu’Albert Einstein expliquait avec succès sa fameuse relativité des phénomènes cosmiques gigantesques comme la gravitation des planètes, d’autres savants découvraient au niveau de « l’infiniment petit » la mécanique quantique, une physique déroutante… que méprisait Einstein ! « Dieu ne joue pas aux dés ». La mécanique quantique s’appuie en effet sur des statistiques : on peut connaître la vitesse d’une particule ou bien sa position, mais jamais les deux en même temps. Jusqu’à sa mort, Einstein s’isola dans ses recherches afin d’expliquer l’ensemble des lois qui régissent l’Univers via la relativité… en vain. Aujourd’hui, certains chercheurs essaient d’atteindre le Graal, réconcilier la relativité générale d’Albert Einstein avec cette étrange mécanique quantique, à travers une seule et même théorie : la théorie des cordes.

Avec simplicité et intelligence, le documentaire retrace cette formidable aventure qui a presque l’allure d’un thriller. Non seulement on comprend les enjeux présentés, mais on réalise qu’il est possible qu’une nouvelle physique s’impose dans les années à venir. Grâce à l’accélérateur de particules appelé LHC, la machine la plus sophistiquée de l’histoire de l’Humanité, les physiciens du CERN cherchent des particules exotiques comme l’hypothétique graviton, une particule de gravité qui démontrerait indirectement que d’autres dimensions existent ! En effet, la force de la gravité est à notre échelle, étonnamment faible. Dans la vie de tous les jours, un simple aimant permet de défier la gravité en soulevant, par exemple, un clou en métal dans les airs. Mais en réalité, peut-être que cette gravité est aussi forte que l’électro-magnétisme, mais qu’elle est diluée dans notre monde, parce que des gravitons s’échapperaient dans d’autres  dimensions supplémentaires que nous ne parvenons pas à percevoir.

Aussi incroyable que cela puisse paraître, ces dimensions supplémentaires n’ont rien d’étonnant pour les mathématiciens, qui n’ont pas attendu la théorie des cordes pour les intégrer dans leurs réflexions… sans pour autant les voir. Alors comment imaginer des réalités mathématiques qui nous dépassent ? C’est tout le propos d’Edwin Abbott dans son roman allégorique Flatland, écrit en 1884. L’auteur raconte l’histoire d’un carré doté de conscience, qui vit à la surface d’un monde plat en deux dimensions. Sa vie est bouleversée lorsqu’un jour, une sphère apparait devant lui… Est-ce un miracle ? De la magie ? Comment imaginer ce cercle en trois dimensions, cette « sphère » ? D’où vient-elle ? Que de mystères à élucider pour ce carré et son peuple…

"Reptiles", de l'artiste Escher. Pas simple de s'échapper quand on a que deux dimensions...

Reptiles, de l’artiste M.C. Escher. Pas simple pour ces lézards d’imaginer un monde en trois dimensions…

Flatland illustre poétiquement le fait que nous sommes tous limités par nos perceptions. De loin, un câble électrique ressemble à une simple ligne unidimensionnelle, pourtant si on regarde de plus près, une fourmi peut se déplacer dessus à sa surface sur deux dimensions. C’est précisément ce que nous vivons au quotidien lorsque nous marchons à la surface d’une sphère telle que la Terre. Mais comment imaginer des objets de dimensions supérieures ? Il suffit de regarder un hypercube selon différents points de vue.

Un hypercube representé en deux dimensions

Un hypercube representé en deux dimensions

Ou d’observer cet hypercube en mouvement :

Les dimensions supplémentaires constituent de belles vues de l’esprit, mais qu’en est-il des mondes parallèles ? Dans son livre la réalité cachée : les univers parallèles et les lois du cosmos, Brian Greene envisage très sérieusement l’existence d’autres univers, et explique quelles seraient les différentes possibilités. Le moins que l’on puisse dire, c’est que les hypothèses sont vertigineuses ! Commençons par la plus banale, admise par une très grande majorité de physiciens et d’astronomes :  l’univers est infini. Si ces scientifiques ont raison, il pourrait très bien y avoir d’autres copies du nôtre très loin dans notre espace… D’autres chercheurs pensent plutôt que nous pourrions vivre à l’intérieur d’une bulle dans un multivers inflationnaire qui grossit tel un ballon gonflable. Non seulement notre univers ne serait pas isolé, mais à l’instant où vous lisez ces lignes, d’autres seraient en train de naître perpétuellement. Là encore, il s’agirait d’univers comparables au nôtre : la récente (possible) découverte des ondes gravitationnelles du Big Bang nous rapprocherait de cette hypothèse.

Les bulles d’un multivers inflationnaire

Autre possibilité : un multivers de « branes », des structures décrites par la théorie des cordes, avec trois types d’univers parallèles plus exotiques, comme l’étrange monde riemannien imaginé par Greg Egan. Dans le premier scénario, notre univers, une brane, flotterait dans un gigantesque espace à plusieurs dimensions.

Plusieurs branes flottant dans un multi-univers

Plusieurs branes flottant dans un multi-univers avec, à gauche, notre univers

 

Dans ce cas de figure, les dimensions seraient tout près de nous, tellement minuscules qu’elles seraient cachées dans la matière. Ces dimensions seraient repliées sur elles-mêmes comme des cordes… mais dans l’hypothèse où elles seraient à une distance de 10-18 centimètres, grâce au LHC, les scientifiques du CERN pourrait les détecter ! Second scénario : la collision entre deux branes a provoqué le Big Bang, un événement… banal. Cette collision cyclique se reproduit, encore et encore, ce qui implique que notre univers n’est pas le premier, ni le dernier (personnellement, j’ai l’impression que c’est comme si on formatait périodiquement un disque dur pour réinstaller une partition… vous ne trouvez pas ça un peu humiliant ?). En fait, parler de « premier » et de « dernier » n’a pas de sens, étant donné que les branes évoluent parallèlement dans le temps, comme les époques du film Cloud Atlas.

Troisième et dernier scénario de la théorie des cordes, la théorie du multivers inflationnaire cité plus haut, couplée à des dimensions spatiales supplémentaires, qui donnerait un nombre incroyable d’univers variés. Comme si ce n’était pas déjà invraisemblable, Brian Greene garde le plus étrange pour la fin. Une hypothèse basée sur la recherche quantique des trous noirs : notre univers ne serait qu’une projection holographique d’une réalité différente, l’allégorie de la caverne de Platon. Personnellement, pour me représenter cette idée, j’imagine le reflet d’un miroir, l’illusion de découvrir un univers qui, en réalité, n’est qu’une copie du vrai. Malgré la grande impression de profondeur qu’on peut avoir en face de son image, le miroir peut être extrêmement fin. Si des êtres le peuplaient, ils essaieraient de comprendre les lois de leur univers, sans se rendre compte qu’en réalité leur monde ne serait qu’une résultante de la lumière qui se réfléchit sur le miroir. Toute leur réalité ne constituerait qu’une simple information lumineuse faite de photons, le reflet intime d’un univers lointain… Mais à notre échelle, ce serait encore plus déstabilisant : quoi de commun entre l’image tridimensionnelle d’un hologramme et le plastique éclairé au laser dont cette image est issue ? Si notre univers est un hologramme, bien qu’il partage une même information avec son univers d’origine, il est pourtant radicalement différent de cette « source », la réponse à bon nombre de questions se trouve là-bas… De l’illusion à la simulation artificielle façon Matrix, il n’y a qu’un pas que Brian Greene s’amuse à franchir, avant d’envisager le multivers suprême : tous les univers évoqués précédemment existeraient, car ils incarneraient l’ensemble des équations mathématiques possibles. Ou plutôt : tout serait une émanation des mathématiques, dont les objets fractals se retrouvent dans la nature : les nuages, les flocons de neige, les réseaux de rivières, le brocoli, nos vaisseaux sanguins…

Le brocoli, un objet fractal de la nature

Un chou romanesco, un object aussi fractal que le brocoli… attention à ne pas les confondre !

 

Vraie fractale

Un objet fractal

On peut même passer sa vie à explorer, à l’aide de logiciels très simples, des objets mathématiques d’une complexité inouïe, comme l’ensemble de Mandelbrot, étudié depuis près d’un siècle par des savants qui ressemblent plus à des poètes qu’à des mathématiciens…

Les recherches de ces dernières décennies, et la possible découverte des ondes gravitationnelles du Big Bang, donnent le sentiment que nous sommes à l’aube d’une révolution scientifique sans précédent. Après avoir découvert successivement que la Terre, le Soleil et notre galaxie ne sont pas le centre de l’Univers, il n’est pas impossible que l’Humanité réalise que ce même univers, et le Big Bang qui l’a créé, soient aussi communs qu’un grain de sable sur une plage… La physique spéculative ne peut, pour l’instant, déterminer si des civilisations se développent à des distances faramineuses, ou bien à quelques millimètres de nous. Mais en revanche, si la découverte des ondes gravitationnelles du Big Bang se confirme, il est possible qu’un modèle multivers inflationnaire à bulles s’impose dans les années à venir, ce qui constituerait rien de moins que l’acte de naissance d’une nouvelle cosmologie. Grâce à l’opiniâtreté des savants, la physique va peut-être redevenir une métaphysique qui, personnellement, me donne le vertige. Au cours des siècles prochains la distinction entre science, religion et art risque de ne plus avoir de sens. L’Humanité suivra peut-être une philosophie humaniste, basée sur la conscience qu’une force invisible vibre en chaque chose avec des intensités différentes. La conscience que nous sommes tous liés.

Aussi incroyable que cela puisse paraître, les mathématiques semblent bien vivantes, au point où nous en sommes peut-être l’une des émanations. Cette petite vidéo émouvante illustre cette universalité. Elle a été réalisée à partir d’Electric Sheep, un logiciel que j’utilise régulièrement pour admirer les fractales. Avant de lancer la vidéo, imaginez ces fractales comme autant d’univers parallèles, et n’oubliez pas de cliquer sur « plein écran », bon voyage…

Published in: on avril 4, 2014 at 9:45  Comments (34)  
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