article 1: La renaissance du temps (Lee Smolin)(Partie II chap. 8) Einstein insatisfait – L’erreur et le dilemme cosmologique


Einstein insatisfait – L’erreur et le dilemme cosmologique (Partie II chap. 8)

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


Préambule: Dans ces articles que je consacre maintenant 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 chp. 9« : au chapitre L) Conclusion: Cet 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 qui fait l’objet de cet article, 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 cordes, équation 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, 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 celui-ci, 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.

http://www.wearealgerians.com/up/uploads/139910915883722.pdf

Rien ne va plus en physique ! – L’échec de la théorie des cordes 

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

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

http://medias.dunod.com/document/9782100706679/Feuilletage.pdf (la renaissance du temps Dunod: quelques pages à feuilleter)

http://www.paris8philo.com/article-33714241.html: à propos de rien ne va plus en physique: billet de Jean Zin, pour une physique pluraliste, qui nous paraît essentiel pour comprendre les enjeux des théories physiques actuelles qui souvent tendent vers l’impossible, hors toute avancée, toute brèche se fait par dissymétrie, sans souci du qu’en-dira-t-on il suffit de voir l’attitude de Grigori Perelman, si non-chalante vis-à-vis de la communauté scientifique, ou devrait-on dire l’etablishment. Jean Zin reste un grand guetteur de ce qui se passe en science, nous vous recomandonsses articles.

1) Commençons la lecture de cette partie II par le chapitre 8: « Einstein insatisfait ».


    

      -Pour Lee Smolin, l’Univers-bloc des théories de la relativité d’Einstein fut l’étape ultime de l’éradication du temps (de la physique) hors de la physique.

Mais Einstein lui-même, qui s’était donné tant de mal à construire sa conception de la nature et dont les théories aboutissaient à un temps disparaissant dans un univers-bloc, n’était semble t-il pas heureux de ses implications. On trouve dans les citations de  Etienne Klein dans Le facteur temps ne sonne jamais deux fois: « A la fin de sa vie, Einstein se disait lui-même troublé par ce problème du « statut du maintenant » dans la théorie qu’il avait élaborée. Dans son Autobiographie intellectuelle, Rudolf Carnap rapporte à ce propos une anecdote intéressante : « Un jour, Einstein me confia que le problème du Maintenant le tracassait sérieusement. Il m’expliqua que l’expérience du Maintenant (par le sujet (1/2) et 2/2) a pour l’homme une signification à part qui la différencie radicalement de celle du passé et du futur, mais que cette différence n’est pas et ne peut être mise en évidence au sein de la physique. Qu’une telle expérience ne puisse être prise en charge par la science lui semblait aussi navrant qu’inévitable. Je lui fis remarquer que tout ce qui a effectivement lieu devrait pouvoir être décrit par la science : d’un côté, la succession temporelle des événements par la physique ; de l’autre, l’expérience particulière que l’homme a du temps, y compris ses appréhensions différentes du passé, du présent et du futur, qui peuvent être décrites et (en principe) expliquées par la psychologie. » 

Lee Smolin ne peut savoir ce à quoi songeait Carnap, sachant qu’il ne connait aucun moyen qui permettrait aux science de la psychologie ou de la biologie de rendre compte de notre expérience du temps dans un monde intemporel (voir Note 1 page 305: « Jim Brown (son ami adepte du platonisme) me dit que Carnap avait à l’esprit quelque chose comme la distinction entre les grandeurs primaires et secondaires. Nous faisons l’expérience du rouge, mais ce qui se passe vraiment c’est que les atomes vibrent et émettent de la lumière à une certaine fréquence. Nous faisons l’expérience du temps qui passe, mais la réalité est que nous sommes un bouquet de lignes d’univers dans un univers-bloc, avec une capacité à percevoir et à stocker des souvenirs. Pour moi (L. Smolin), ceci est une façon de poser le problème, mais en aucun cas de le résoudre.).

Et Etienne Klein précise: « Mais Einstein pensait que les descriptions scientifiques ne sont pas faites pour combler nos attentes d’êtres humains ; qu’il y a quelque chose d’essentiel à propos du Maintenant qui demeure hors de portée de la science. » (voir note 2: page 305: « The philosophy of Rudolf Carnap: Intellectual Autobiography ».

L’insatisfaction d’Einstein n’est-elle pas naturelle? Notre observation de la nature est organisée par le temps et notre expérience du monde structurée en tant qu’instants ne devraient t-elles pas être incorporées par une théorie fondamentale de la physique? Tout ce dont nous faisons l’expérience, pensée, impression, action, intention, fait partie d’un instant. Et nous n’avons pas le choix sur l’instant que nous occupons maintenant, ni pour faire un bond et avancer ou reculer dans le temps. Le temps est radicalement différent de l’espace pour lequel nous avons la choix de nous y déplacer à notre gré. Faire l’expérience de la nature sous la forme d’une série de moments présents ne fait pas partie de la conception de la nature chez les physiciens, et sur ce point, Einstein et Carnap sont d’accord. Alors le futur de la physique doit-il être réduit à un choix? Accepter avec Carnap que le présent n’ait aucune place dans la science ou s’ouvrir à l’intuition et à la réticence d’Einstein pour que sa résignation douloureuse ne soit pas une fatalité? On peut alors suivre ce grand scientifique pour qui le moment présent est réel et devrait faire partie d’une description objective de la réalité. On vient de voir que Carnap dit bien que pour Einstein, le moment présent est réel et devrait d’une façon ou d’une autre faire partie d’une description objective de la réalité. Il dit aussi « qu’il y a quelque chose d’essentiel à propos du Maintenant qui reste simplement hors de portée de la science. » Depuis plus de 60 ans qu’a eu lieu cette conversation, notre connaissance de la physique et de la cosmologie s’est beaucoup enrichie. N’en savons-nous pas assez pour intégrer enfin le Maintenant dans la description de la nature? C’est ce que Lee Smolin propose et que nous allons découvrir dans la partie II de son livre 


     -Dans la première partie du livre, ont été retracées 9 étapes de l’éradication du temps hors des conceptions des théories physiques, de Galilée puis Newton jusqu’à la cosmologie quantique de Julien Barbour. Il faut commencer par déconstruire ces arguments apparemment erronés. Ceux-ci se rangent en 3 groupes:

     *Les arguments newtoniens (issus de la physique de Newron ou du paradigme newtonien). Ces arguments sont caractérisés par: 1) Le gel du mouvement par une représentation graphique des observations passées. 2) L’invention et la mise en oeuvre de la configuration d’espace intemporelle. 3) Le paradigme newtonien lui-même. 4) L’argument du déterminisme (dont Valéry disait Le “déterminisme” est la seule manière de se représenter le monde. Et l’indéterminisme, la seule manière d’y exister” : . 5) La réversibilité du temps.

     *Les arguments einsteiniens (issus de la relativité restreinte et générale). Ils sont caractérisés par: 1) La relativité de la   simultanéité. 2) La vision de l’espace temps sous forme univers-bloc. 3) Le temps a eu un début dans le big-bang. 

     *Les arguments cosmologiques venant de l’extension de la physique à l’univers entier: cosmologie et la fin du temps. 

Remarque: La flèche du temps, que le sens commun postule à partir de l’expérience ordinaire, est devenue incertaine avec la science classique, dont les lois fondamentales font fi d’une telle direction. Seule la thermodynamique maintenait cette direction, avec la croissance gé- nérale de l’entropie, mais c’était à certaines conditions, qui ne se décrivent pas par les moyens de la physique. La Relativité a semblé longtemps bannir le problème de la science physique, puisqu’elle ne fait plus de distinction fondamentale entre l’espace et le temps. Pourtant son application à la cosmologie a rendu nécessaire la réintroduction de cette distinction qui s’est révélée féconde. Avec le temps cosmique, l’accord entre le temps du sens commun et le temps scientifique se trouve rétabli.

Ces 9 arguments conduisent à une vision de la nature qui nie la réalité du moment présent où, dans l’univers-bloc, ce qui est réel est seulement l’histoire complète de l’univers. Dans cette image, le temps est traité comme une dimension d’espace et la relation cause-effet dans le temps peut être remplacée par une inférence logique intemporelle. Les théories newtonienne et la relativité parlaient d’histoires évoluant dans le temps, mais ce temps était un simple ordre mathématique « débarrassé de toute notion de création ex nihilo des instants présents« . Ces théories où le temps n’est pas réel peuvent être qualifiées d’intemporelles. 

Le bannissement du temps serait t-il le prix à payer pour le progrès (faut t-il accepter le progrès à tout prix ?) de la science? Dans les chapitre suivants (chap. 8 à 11), Lee Smolin en montre les failles des arguments précédents. En effet, ils entretiennent la même erreur, celle que le paradigme newtonien peut être étendu pour produire une théorie de l’univers, sous prétexte que nous pouvons prédire l’état futur de n’importe quel système à partir de ses conditions initiales et des loi qui opèrent sur lui. Mais, bien que la méthode soit puissante lorsqu’il s’agit de faire de la physique dans une boite; dans laquelle « 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. De plus, en général on considère l’horloge comme extérieure au sous-système : l’évolution du système est mesurée en référence à une horloge extérieure, et rien de ce qui se produit dans le système n’est supposé influer sur l’horloge. » Mais, comme on va le voir dans les chapitres suivants, aucune extension du paradigme ne peut mener à une théorie de l’univers dans sa totalité et selon Smolin, elle n’est d’aucun pouvoir pour affronter les questions cosmologiques.

liens: http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2015/153/multivers.htm (lee smolin et  l’hypothèse du multivers) http://www.drgoulu.com/2015/01/28/la-renaissance-du-temps/#.WDVRZ9ThA_6 (dr goulu: la renaissance du temps 1/2)

http://www.drgoulu.com/2015/12/31/la-renaissance-du-temps-22/ (la renaissance du temps 2/2)

http://medias.dunod.com/document/9782100706679/Feuilletage.pdf (la renaissance du temps Dunod: feuilletage)

http://www.implications-philosophiques.org/actualite/une/einstein-et-le-temps-du-sujet-ambiguites-en-physique-relativiste/ [einstein et le temps du sujet : ambiguïtés en physique relativiste (1/2)]

http://www.implications-philosophiques.org/actualite/une/einstein-et-le-temps-du-sujet-ambiguites-en-physique-relativiste-22/Einstein et le temps du sujet : ambiguïtés en physique relativiste (2/2))

http://www.drgoulu.com/2008/12/24/la-nature-du-temps-2/#.WDV7KdThA_4 (dr goulu la nature du temps et l’univers-bloc)

http://guillemant.net/index.php?cate=articles&part=physique_temps&page=Le_temps_existe-t-il.htm#deb  (philippe guillement: Le temps existe-t-il ? Ce qu’en disent les physiciens Le futur influence-t-il le présent ? Peut-on changer le passé ? Peut-on changer le passé ?)

http://www.doublecause.net/index.php?page=Thibault_Damour.htm (double causalité, thibaud damour , le temps et l’univers-bloc)

http://www.doublecause.net/index.php?page=modele.htm (Le modèle d’univers de la théorie de la double causalité)

http://www.theorie-de-tout.fr/2015/03/30/univers-ouvert-ferme-existence-temps/ christian magnan: (l’univers n’existe pas, il passe, est-il un système ouvert ou un système fermé ? La cosmologie ne se fourvoie-t-elle pas en tentant de répondre à cette question obsessionnelle ?)

http://www.baglis.tv/ame/psychologie-mythes/2953-nombre-et-temps-unus-mundus-et-mecanique-quantique.html?utm_source=newsletter_80&utm_medium=email&utm_campaign=nombre-et-temps-unus-mundus-et-mecanique-quantique (NOMBRE ET TEMPS, carl jung, UNUS MUNDUS ET MÉCANIQUE QUANTIQUE)

http://etienneklein.fr/wp-content/uploads/2016/04/Le-temps-est-il-une-affaire-de-conscience-.pdf (étienne Klein: le temps est-il une affaire de conscience?)

https://www.matierevolution.fr/spip.php?article3379 (L’Univers, un calculateur géant ? par Daniel Shechtman, Nobel de chimie en 2011 : « Oui, les mathématiques décrivent l’Univers)

http://www.hatem.com/neant.htm (DU NEANT A L’ENERGIE UNIVERSELLE. EPISTEMOLOGIE METAPHYSIQUE par Frank HATEM DSD)

http://lepaysoeuvredart.ca/index.php/2016/11/03/wow-t2-7k-dans-la-foulee-des-recherches-cosmologiques-et-quantiques-du-physicien-britannique-julien-barbour/  (WOW-T=2.7K?»… DANS LA FOULÉE DES RECHERCHES COSMOLOGIQUES ET QUANTIQUES DU PHYSICIEN BRITANNIQUE JULIEN BARBOUR)

2) l’erreur cosmologique (chapitre I 8).

     -Dans la première partie, nous avons vu que la science a « transcendé l’expérience liée au temps en prônant l’existence du monde platonicien des mathématiques, atemporel, dans lequel existeraient les équations décrivant notre univers sensible. Pour Smolin, cette approche est du même ordre que le mysticisme religieux ». Cela a abouti, comme on vient de le voir au chapitre 1, à l’éradication du temps en 9 étapes hors des théories physiques et aux succès fulgurants de la physique, succès dus à l’utilisation d’une méthode: le paradigme newtonien. Mais l’éradication du temps, qui est le prix à payer pour ces succès des théories physiques n’a pas de raison d’être. En effet, on l’a signalé au chapitre 1, la tentative d’appliquer le paradigme newtonien à l’univers entier est une tâche impossible. Et pour étendre la science à la compréhension de l’univers entier, nous avons besoin, insiste Lee Smolin, d’une théorie neuve dans laquelle le temps est un élément central.

     -Revenons aux premiers balbutiements de la science. C’est le philosophe pré-socratique anaximandre que Carlo Rovelli présente comme le premier scientifique. En effet, comme il l’écrit dans un livre récent, le premier scientifique: Anaximandre et son héritage, il « fut le premier à chercher les causes au phénomènes naturels dans la nature elle-même plutôt que dans les désirs capricieux des dieux« . A cette époque, il était naturel de penser que si les choses tombent c’est parce que la loi fondamentale de la nature, confirmée expérimentalement est que « tout corps possède un « lieu naturel « qu’il tend à rejoindre, une pierre tombe car il est dans sa nature de tendre vers le bas« , la seule exception étant le ciel et les corps qui y sont établis. Mais pour étendre cette loi, si efficace pour les corps terrestres, à l’univers entier (la terre et le ciel), apparut un paradoxe. Si tout ce qui n’est pas fixé au ciel tombe, alors pourquoi la Terre elle-même ne tombe t-elle pas? Un hypothèse était que quelque chose la retient, une des propositions étant que la Terre repose sur le dos d’une tortue géante. Mais alors, qu’est-ce qui retient la tortue? Pourrait t-il y avoir un empilement infini de tortues? Anaximandre réalisa qu’une révolution conceptuelle était nécessaire pour éviter cet absurde amoncellement de tortues. Anaximandre proposa, ce qui semble évidant aujourd’hui mais pas à l’époque, que la direction « en-bas » n’est pas universelle, mais simplement la direction vers la Terre. La bonne formulation de la loi, ce n’est pas « les choses tombent », mais que « les choses tombent vers la Terre ». Cette formulation ouvrait la porte à d’autre révolutions et rendre possible la découverte que la Terre n’est pas plate mais ronde. Anaximandre ne franchit pas cette étape, mais sa redéfinition « d’en bas » lui permit de voir la Terre comme un corps flottant dans l’espace  et de faire l’étonnante suggestion que le ciel s’étendait autour de la terre, sous nos pieds aussi bien qu’au-dessus de nos têtes. A partir de cette intuition, on comprit que les astre se couchant à l’ouest et se levant à l’est, était du à une rotation journalière du ciel, sans avoir besoin de créer un nouveau soleil chaque matin. Cette nouvelle compréhension permit d’enlever une anxiété, la crainte que la divinité, responsable de créer un nouveau soleil chaque matin, puisse ne pas se réveiller ou abandonner son poste.

La révolution d’Anaximandre fut sans doute plus importante que celle de Copernic car; peut-être pour la première fois, l’attitude scientifique fut pensée et rendit discutable le besoin d’expliquer (ce qui devait soutenir la Terre). On mit en oeuvre la première méthode de « falsification ».  

     -L’erreur cosmologique. 

Les premiers philosophes qui cherchaient à comprendre ce qui retient la Terre de tomber comme tous les objets terrestres, commettaient simplement l’erreur à l’ensemble de l’univers une applicable localement. A l’époque, l’univers était la Terre et le Ciel alors que le notre est un vaste cosmos rempli de galaxies, mais une même erreur se trouve dans les spéculations actuelles en cosmologie. Comme à l’époque des présocratiques où il était naturel de penser que si les choses tombent c’est parce qu’elles sont attirées vers le bas, aujourd’hui il est naturel de penser que si une loi est universelle, elle devrait s’appliquer à l’univers. La tentation est alors grande d’utiliser une loi ou un principe que nous savons utiliser avec succès à tous les sous-systèmes du monde (par exemple la mécanique quantique), pour l’appliquer à l’univers dans sa globalité. Mais c’est commettre une erreur que Lee Smolin appelle « l’erreur cosmologique »  L’univers est une entité, différente par nature de n’importe laquelle de ses parties et ce n’est pas non plus simplement l’addition de ses parties.  Dans l’univers, les propriétés d’un objet ou d’un système sont définies par ses relations avec d’autre objets. Mais l’univers étant la somme de ses relations, ne peut avoir lui-même de propriétés définies par ses relations avec une autre entité similaire, puisque c’est l’univers, supposé être la totalité. Ainsi, dans l’univers d’Anaximandre, la Terre est la seule chose (terrestre) qui ne tombe pas, parce que c’est la chose vers laquelle les objets tombent. On peut faire l’analogie avec notre univers qui est l’unique chose qui ne peut être expliquée par quelque chose qui lui soit extérieure puisqu’il est la somme de toutes les causes. Alors, par analogie avec la Grèce antique, quand nous cherchons à étendre les lois valables à petite échelle ou à échelle locale à l’univers dans sa totalité, nous aboutirons à des paradoxes et à des questions sans réponse.
-Pourquoi le paradigme newtonien ne pourra pas nous apporter de réponse?
Rappelons qu’il est la source de toutes les théories modernes, quantiques ou relativistes. Il nous conduit à deux questions auxquelles aucune théorie basée sur ces paradigmes ne pourra  jamais répondre.
*Pourquoi ces lois? Qu’est-ce qui a les a sélectionnées au détriment d’autres lois qui auraient pu gouverner le monde? 

*L’univers commence au big bang avec un ensemble particulier de conditions initiales. Pourquoi ces conditions initiales? En effet quand les lois sont fixées, il y a toujours un nombre infini de conditions initiales pour le commencement de l’univers. Quel mécanisme les a t-il sélectionnées parmi le nombre infini de possibilités?

C’est parce que les lois et conditions initiales sont les données d’entrée du paradigme newtonien qu’il ne peut apporter un embryon de réponse à ces questions fondamentales et si la physique doit rester formulée au sein de ce paradigme, ces grandes questions resteront un mystère pour toujours. 

     -L’échec des théories actuelles.

Lee Smolin montre la désillusion de son « rien ne va plus en physique » en écrivant: « nous pensions savoir comment répondre à cette question « Pourquoi ces lois?« . De nombreux théoriciens ont cru qu’une unique théorie mathématique cohérente pourrait incorporer les 4 lois fondamentales de la nature […]. Si tel avait été le cas, la réponse […] aurait été qu’une seule loi de physique  serait capable de donner naissance à un monde grosso modo comme le nôtre ».  Mais cet espoir a été anéanti. Il semble qu’il n’y a pas de théorie unique, une théorie du tout qui incorpore tout ce que nous connaissons de la nature en réconciliant physique quantique et relativité générale. De grands progrès on été accomplis au cours des 30 dernières années et de nombreuses tentatives on été proposées, mais il s’avère que ce n’est jamais selon un scénario unique. Parmi les approches de la gravitation quantique, la mieux étudiée selon Smolin est la gravitation quantique à boucles, qui semble autoriser un large gamme pour les forces et les particules. Une autre approche, celle de la théorie des cordes (ou le rêve d’Einstein réalisé?) aboutit au même constat. Il y a un bonnes raisons de penser qu’il y a un nombre infini de théories des cordes, dont un grand nombre dépend de larges ensembles de paramètres (nombres qu’on peut ajuster à la main à n’importe quelle valeur voulue). Beaucoup d’entre elle décrivent des mondes avec des particules et des forces proches du notre, mais aucune n’a encore permis d’inclure le modèle standard de la physique des particules. C’est Andrew Strominger qui a découvert en 1986 (superstring with torsion), que la théorie des cordes aboutit à un grand nombre de versions, tuant l’espoir originel d’une théorie ultime, théorie du tout.  Edgar Witten aussi a modéré l’enthousiasme des physiciens qui semblait être allé trop loin car ils n’avaient pas produit une seule mais 5 Théories des Cordes différentes avec la théorie M.

     -Le dilemme cosmologique.

Après les questions sans réponse, examinons les dilemmes (raisonnement menant à un choix de deux conclusions, inacceptables l’une comme l’autre). La notion de loi de la physique exprimée par le paradigme newtonien en présente un en son sein, car ce qu’on veut dire par loi, c’est qu’elle s’applique dans tous les cas sinon ce serait seulement une observation. Mais l’application d’une loi à n’importe quel morceau de l’univers implique une approximation  parce que, comme cela est dit dans le chapitre 4 (faire de la physique dans une boite), 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 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 suggère d’appeler ceci le dilemme cosmologique.

 Mais cela ne doit pas nous décourager d’appliquer les lois de la nature, la relativité générale comme les lois de Newton, car, appliquées aux sous-systèmes, elles marchent pratiquement dans tous les cas et c’est pourquoi nous les appelons des lois. Mais, chaque cas où ces lois s’appliquent est une approximation basée sur la fiction de traiter un sous-système de l’univers comme s’il n’y avait que lui et rien d’autre. On pourrait (voir note 4 page 305)  « objecter que lorsque « nous » construisons des modèles cosmologiques en relativité générale, nous appliquons les équations d’Einstein à l’univers entier. Mais ce n’est pas vrai. Ce que nous appliquons est une troncation des équations d’Einstein à un sous-système qui est le rayon de courbure de l’univers? Tout ce qui est petit, y compris nous , les observateurs, est exclu du système modélisé »Cela ne nous empêche pas non plus de penser que l’histoire de notre univers est une solution d’une loi (du type de la relativité générale) où la matière est décrite par le modèle standard. Mais (et on en on revient à la suite des questions pourquoi?), pourquoi cette solution plutôt qu’une autre a t-elle été celle que la nature a concrétisé? 

Quoiqu’il en soit, le dilemme subsiste car en cosmologie, il n’y a véritablement qu’un cas unique. Et dans une discussion scientifique, on ne peut pas considérer l’univers comme un cas unique parmi une catégorie générale, car aucune assertion concernant les caractéristiques d’un élément de cette catégorie n’est testable. C’est vraiment un cas unique.

     -Un exemple pour illustrer le dilemme cosmologique.

Le point central du dilemme cosmologique est le fait que les lois qui s’appliquent à des sous-systèmes doivent être des approximations. Prenons par exemple la première loi de Newton. Elle dit que toutes les particules libres se déplacent selon des lignes droites, ce qu a été testé et confirmé dans de nombreux cas. Mais dans chacun des cas, il y a une approximation: aucune particule n’est jamais vraiment libre dans notre univers où toute particule ressent une force gravitationnelle de la part de toutes les autres. Si nous voulions vérifier cette loi avec exactitude, il n’y aurait strictement aucun cas auquel l’appliquer. La première loi de newton ne peut, au mieux, qu’être une approximation d’une autre loi plus exacte. Et d’ailleurs, elle est une approximation de la deuxième loi de Newton, qui décrit comment le mouvement d’une particule est influencé par par les forces auxquelles elle est soumise. De plus, chaque particule subit l’attraction gravitationnelle de toutes les autres et aussi leur attraction électromagnétique. Pour vérifier si cette deuxième loi est exacte, il faut prendre en compte plus de 18 puissance 80 forces dans la prédiction du mouvement d’une seule particule de l’univers. Alors comment fait-on dans la pratique? En fait, on prend en compte seulement une ou deux forces causées par les objets les plus proches et on ignore tout le reste. Dans le cas de la gravitation, cela semble se justifier car l’influence des corps lointains sont beaucoup faibles. Mais c’est loin d’être évident car il y énormément plus de particules lointaines que de particules proches. En réalité, personne ne s’aventure à vérifier si la seconde loi de Newton est rigoureusement exacte. On vérifie seulement son approximation dans des cas limite.       -Un autre problème de l’extrapolation de cette notion newtonienne de « loi » à l’univers entier est que même si l’univers est unique, il y a un choix infini de conditions initiales, qui correspondent à un nombre infini de solutions aux équations de cette loi dite « cosmologique ». Ces solutions décrivent un ensemble infini d’univers possibles alors qu’il y a un seul univers en réalité. Ce fait (une loi a un nombre infini de solutions possibles décrivant un nombre infini d’histoires possibles) montre qu’elle est adaptée à des sous-systèmes de l’univers qui viennent dans la nature en de multiples versions. « La foultitude de la nature est donc en accord avec la foultitude des solutions » écrit Smolin et il peut dire « donc lorsque nous appliquons uns loi à un petit sous-système de l’univers, la liberté de spécifier les conditions initiales fait partie de ce qui fait le succès de cette loi« . Mais d’un autre côté, quand nous appliquons une loi qui a un nombre infini de solutions à un système unique, en l’occurrence l’univers, nous laissons beaucoup  de choses inexpliquées. La liberté de choisit les conditions initiales signifie qu’il y a des questions essentielles concernant l’univers auxquelles la théorie, que la loi exprime, ne fournit aucune réponse dont les caractéristiques de l »univers qui doivent dépendre des conditions initiales.
 -Que penser alors de toutes les autres histoires, solutions des lois cosmologiques, mais que l’univers ne suit pas?
Que signifie l’extravagance d’un nombre infini de solutions si une seule d’entre elles au plus, peut avoir un rapport avec la nature? Lee Smolin nous prévient: ces considérations mènent à une conclusion, nous nous méprenons sur ce qu’une loi de la nature pourrait être à l’échelle cosmologique. Pour trois raisons:

     1) Supposer qu’une loi s’applique à l’échelle cosmologique implique une grande quantité d’informations sur des prédictions concernant des cas inexistante (d’autres univers).A t-on besoin d’une explication extravagante qui fasse des prédictions sur un nombre infini de cas qui ne se produiront jamais? Une explication sur ce qui se passe vraiment dans cet univers-ci suffirait.
2) Le type de loi habituel ne peut pas expliquer pourquoi la solution qui décrit notre univers est celle dont nous faisons l’expérience. 

     3) La loi le peut rendre compte d’elle-même (problème de l’autoréférenceEn 1931Kurt Gödel, pour démontrer son théorème d’incomplétude, utilise un énoncé inspiré du paradoxe d’Épiménide dont il tire une contradiction conduisant à l’incomplétude). La loi n’offre aucune raison pour laquelle c’est cette loi plutôt qu’une autre qui est en vigueur.  

Il en résulte que toute loi de la nature appliquée à l »univers explique beaucoup de choses et en même temps pas assez. 


3)  Conclusion.

La seule manière d’échapper à ces problèmes, dilemmes et paradoxes, 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 prévient Lee Smolin, 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 verrons dès le prochain article où se poursuivra l’aventure vers un au-delà des problèmes et paradoxes auxquels se confronte la connaissance actuelle avec « ma lecture » du chapitre 9 de « La renaissance du temps »: « le défi cosmologique ».

liens:

http://www.lesaviezvous.net/nature/animaux/de-nombreuses-cultures-croient-que-la-terre-repose-sur-le-dos-dune-tortue-geante.html (de nombreuses cultures croient que nous vivons sur le dos d’une tortue géante)

https://cosmologik.wordpress.com/2009/03/05/le-monde-danaximandre/ (le monde d’anaximandre)

http://www.sartoretti.org/display.php?id1=1786 (Les premiers maîtres de la gravitation D’Aristote à Poincaré, il a fallu des siècles pour tirer de l’observation des pommes qui tombent une description mathématique de leur chute. Et parvenir enfin à une théorie scientifique de la gravitation. Une théorie dont Einstein sapera plus tard les fondements les plus solides…)

gravité quantique: https://fr.wikipedia.org/wiki/Gravit%C3%A9_quantique (la gravitation quantique)

https://philosophiascientiae.revues.org/692 (la disparition du temps en gravitation quantique)

https://sciencetonnante.wordpress.com/2016/09/02/la-gravite-quantique-a-boucles/ (la gravitation quantique à boucles)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gravitation_quantique_%C3%A0_boucles wikipédia: la gravitation quantique à boucles)

http://www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2011/06_Rovelli.pdf (de la gravitation quantique à boucles)

cordes:  http://www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2010/13_theorie_cordes.pdf

https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_des_cordes (wikipédia: théorie des cordes)

http://fbon.free.fr/cordes.html (l’unification de la physique et la théorie des cordes)

http://www.refletsdelaphysique.fr/articles/refdp/pdf/2010/05/refdp201022p8.pdf (histoire de la théorie des cordes)

http://randall.physics.harvard.edu/RandallCV/Recherce.pdf (lisa Randall: l’équation ultime pour la physique?)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Edward_Witten (des super cordes à la théorie M)

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