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Quelque chose de profondément caché: les mondes quantiques et l'émergence de l'espace-temps Sean Carroll Un monde (2019)
Au début de Quelque chose de profondément caché, Sean Carroll cite l’histoire du renard et des raisins des fables d’Esope. Un renard affamé tente d’atteindre une grappe de raisin pendue à une vigne. Les trouvant hors de sa portée, mais refusant d'admettre l'échec, le renard déclare les raisins immangeables et se détourne. Carroll déclare que cela résume la façon dont les physiciens traitent les implications loufoques de la mécanique quantique.
Carroll veut que ça cesse. Le renard peut atteindre les raisins, soutient-il, avec la théorie des mondes multiples. Créé par le physicien américain Hugh Everett à la fin des années 50, il envisage notre univers comme l'un des nombreux mondes parallèles qui se séparent les uns des autres, nanoseconde par nanoseconde, sans intersection ni communication. (La théorie des mondes multiples diffère du concept de multivers, qui décrit de nombreux univers autonomes dans différentes régions de l'espace-temps.)
Six décennies plus tard, la théorie est l’une des idées les plus bizarres et parfaitement logiques de l’histoire de l’humanité. Elle découle directement des principes fondamentaux de la mécanique quantique sans introduire d’éléments superflus. Il est devenu un incontournable de la culture populaire, même si les intrigues des nombreux films et séries télévisées qui en sont inspirés bafouent invariablement la théorie en s'appuyant sur le contact entre les mondes parallèles, comme dans le film de 2011. Une autre terre.
Dans Quelque chose de profondément caché, Carroll explique avec cohérence la théorie des multiples mondes et son évolution post-Everett, et explique pourquoi notre monde a néanmoins la même apparence. En grande partie à cause de son caractère purement logique, Carroll qualifie l'idée originale d'Everett de "la meilleure vision de la réalité que nous ayons".
Prendre une vague
La mécanique quantique est le cadre de base de la physique subatomique moderne. Il a réussi à résister à près d’un siècle d’essais, dont les expériences du physicien français Alain Aspect confirmant l’enchevêtrement, ou l’action à distance entre certains types de phénomènes quantiques. En mécanique quantique, le monde se développe grâce à la combinaison de deux ingrédients de base. L’une est une fonction d’onde lisse, entièrement déterministe: une expression mathématique qui transmet des informations sur une particule sous la forme de nombreuses possibilités pour sa localisation et ses caractéristiques. La seconde est quelque chose qui réalise l'une de ces possibilités et élimine toutes les autres. Les opinions diffèrent quant à la façon dont cela se produit, mais cela peut être causé par l'observation de la fonction d'onde ou par la fonction d'onde rencontrant une partie du monde classique.
De nombreux physiciens acceptent cette photo comme une évidence dans une idée conceptuelle connue sous le nom d’interprétation de Copenhague, écrite par Niels Bohr et Werner Heisenberg dans les années vingt. Mais l'approche de Copenhague est difficile à avaler pour plusieurs raisons. Parmi eux, le fait que la fonction d'onde est non observable, les prédictions sont probabilistes et ce qui la fait s'effondrer est mystérieux.
Que devons-nous faire de cette vague qui s'effondre? Les équations fonctionnent, mais ce que la fonction d’onde «est» est la principale source de conflit dans l’interprétation de la mécanique quantique. Carroll présente plusieurs alternatives à l'interprétation de Copenhague, ainsi que leurs avantages et inconvénients.
Une des options, l’approche des «variables cachées» préconisée par Albert Einstein et David Bohm, entre autres, stipule essentiellement que la fonction d’onde est une solution temporaire et que les physiciens la remplaceront éventuellement. Une autre approche, baptisée quantum Bayesianism ou QBism par Christopher Fuchs, considère la fonction d'onde comme étant essentiellement subjective. Il s’agit donc simplement d’une indication de ce que nous devrions croire au sujet des résultats des mesures, plutôt que d’un nom pour une caractéristique réelle du monde subatomique. Tard dans sa vie, Heisenberg a proposé de changer notre conception de la réalité elle-même. Revenant à un concept développé par Aristote – "puissance", comme si un gland pouvait devenir un chêne, étant donné le contexte approprié, il a suggéré que la fonction d'onde représente un niveau de réalité "intermédiaire".
Carroll soutient que la théorie des mondes multiples est l'approche la plus simple pour comprendre la mécanique quantique. Il accepte la réalité de la fonction d'onde. En fait, il est dit qu’il n’existe qu’une seule et même fonction d’onde pour l’univers entier. En outre, il est indiqué que lorsqu'un événement se produit dans notre monde, les autres possibilités contenues dans la fonction d'onde ne disparaissent pas. Au lieu de cela, de nouveaux mondes sont créés, dans lesquels chaque possibilité est une réalité. La simplicité et la logique de la théorie dans le cadre conceptuel de la mécanique quantique incitent Carroll à la qualifier d’approche «courageuse». Ne vous inquiétez pas pour ces mondes supplémentaires, affirme-t-il – nous ne pouvons pas les voir, et si la théorie des mondes multiples est vraie, nous ne remarquerons pas la différence. Les nombreux autres mondes sont parallèles au nôtre, mais tellement cachés qu’ils «pourraient aussi bien être peuplés de fantômes».
Ramification des chats
Pour les physiciens, la théorie est intéressante car elle explique de nombreuses énigmes de la mécanique quantique. Avec l’expérience de pensée d’Erwin Schrödinger concernant un chat mort-vivant, par exemple, les chats se ramifient simplement dans des mondes différents, ne laissant qu’un chat dans une boîte par monde. Carroll montre également que la théorie offre des explications plus simples de certains phénomènes complexes, tels que la raison pour laquelle les trous noirs émettent des radiations. En outre, la théorie pourrait aider à développer des idées encore spéculatives sur les énigmes, telles que la manière de combiner la mécanique quantique avec la théorie de la relativité.
Quelque chose de profondément caché est destiné aux non-scientifiques, avec un regard de côté sur les physiciens qui se disputent encore sur le sens de la mécanique quantique. Carroll informe le lecteur sur le développement de la physique quantique de Max Planck à nos jours et explique pourquoi il est si difficile à interpréter avant d'expliquer la théorie des multiples mondes. Le point mort dans le livre est un «dialogue socratique» sur les implications de la théorie. Cet interlude, entre un physicien philosophiquement sensible et un philosophe alerte scientifique, est conçu pour balayer les réserves intuitives que pourraient avoir les non-scientifiques.
Néanmoins, les non-scientifiques pourraient avoir des problèmes persistants avec les idées de Carroll sur la «réalité». Comme beaucoup de physiciens, il suppose que la réalité est ce que la théorie scientifique dit. Mais ce qui donne aux physiciens un verrou sur ce concept, et le droit de dire que nous autres (sans parler, disons, de ceux qui se trouvent dans des situations extrêmes comme des réfugiés, des soldats et des personnes en phase terminale) vivons une réalité moins fondamentale. ? Se pourrait-il que nous devions suivre l'exemple de Heisenberg? Autrement dit, devons-nous compter sur des outils pour parler de la complexité de la réalité développée par les philosophes au cours des millénaires pour expliquer pourquoi le renard a tant de mal à atteindre ces raisins?
Quelle idée farfelue.
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