Quelques rêveries cosmiques cosmoquant-fr

Feuille-de-route

 Mon souhait est de réaliser une sorte d’exégèse des travaux ayant fondé la physique théorique du vingtième siècle et de ce début de vingt-et-unième siècle. La mise en œuvre de cette intention exige de connaitre les principaux acteurs de l’effervescence intellectuelle d’alors et au moins trois langues : le français, l’allemand et l’anglais ; elle nécessite aussi d’avoir accès à la littérature de l’époque visée[1], de la lire, de la comprendre puis de la synthétiser.

Mais le chalenge ne s’arrête pas là puisqu’il convient encore, après cela, de pouvoir proposer quelques pistes invitant à ouvrir de nouvelles perspectives de recherche pour le siècle qui débute ; des pistes omises par les pairs, soit parce qu’ils ne disposaient pas alors des connaissances et moyens nécessaires à les découvrir, soit -tout simplement- parce qu’ils n’en aient pas eu le temps.

Cela étant dit, il reste à accomplir le travail. C’est en fait ce à quoi je m’attache jour après jour depuis un peu plus d’une quarantaine d’années. Les progrès techniques aidant, et n’étant fort heureusement pas le seul au monde à vouloir réaliser ce type de démarche, les données nécessaires deviennent de plus en plus accessibles à ceux qui veulent bien se donner la peine de les chercher.

Pour autant, il reste extrêmement difficile d’ordonner les connaissances issues du passé au sein d’une chronologie claire et compréhensible. En fait, tout dépend de l’éclairage précis qu’il est souhaité de donner à cet historique ; et cet éclairage dépend de l’auteur.

C’est la raison pour laquelle je tiens à préciser d’emblée que la quête entamée vise essentiellement à comprendre comment les deux piliers essentiels de la physique mathématique moderne (la mécanique quantique et la théorie de la relativité) peuvent être raisonnablement réconciliés en une synthèse capable de porter les observations faites depuis un siècle.

Pour décrire cet objectif, les lecteurs trouveront dans la littérature récente l’expression de « gravitation quantique ». C’est un assemblage de mots très trompeur puisqu’il ne précise pas comment il convient de le comprendre ; ou plus exactement : il décrit deux types de situations intellectuelles diamétralement opposées dans leur démarche.

Pour l’une d’elles, les champs de gravitation seraient quantifiés ; pour l’autre, des champs de gravitation auraient pu être introduit dans la mécanique quantique (même si nous ne savons pas encore exactement comment). Toujours est-il que cet assemblage a le mérite de nous donner une vague idée de ce que nous cherchons à faire.

Les passionnés de cette thématique ne sont pas prêts à s’ennuyer puisqu’il y a presqu’autant de théories de la « gravitation quantique » que d’auteurs intéressés au sujet comme le note déjà l’auteur américain contemporain S. Carlip[2] dans son ouvrage de 1995. Je noterai parmi eux mais seulement à titre d’exemple parce qu’il est géographiquement plus près de nous, les travaux de Carlo Rovelli qui contribuent à alimenter ceux de l’école de pensée dit de la « gravitation quantique en boucles » (Loop Quantum Gravity) et dont il vient de rendre compte dans un ouvrage paru relativement récemment[3].

Il serait cependant faux de réduire les recherches actuelles à cette unique école. Ce serait en particulier faire ombrage aux travaux sur la théorie des cordes (voir une introduction sur les cordes élastiques classiques), sur la supersymétrie ou sur les géométries non-commutatives (voir une introduction au niveau du chapitre : Structures mathématiques).

Malgré cette abondance de chemins théoriques, les résultats expérimentaux acquis à ce jour laissent les chercheurs sur leur faim et dans un certain état d’insatisfaction. Bon nombre d’énigmes ou de questions restent finalement sans réponse en dépit du fait que le modèle standard fonctionne relativement bien.

La première des insatisfactions trouve en réalité sa racine dans le mode de fonctionnement de la physique. Les théories n’étant toutes que des tentatives intellectuelles destinées à décrire au mieux ce que la réalité expérimentale livre aux instruments de mesure (dans la liste desquels il convient absolument d’intégrer nos cinq sens), le modèle standard se trouve finalement n’être qu’un bric-à-braque composé pour la circonstance ; c’est-à-dire pour expliquer ce que nous savons mesurer.

Il y a dans cette manière de procéder le risque que s’instaure une sorte de raisonnement circulaire pervers qui pourrait se résumer par cette phrase : «Nous voyons uniquement ce que nos esprits veulent bien voir ».  Autrement dit la manière dont nous sommes capables de penser détermine peu ou prou les instruments de mesure que nous construisons et le type de mesure que nous allons faire. Le risque est grand de nous enfermer ainsi dans une sorte d’autojustification sclérosante.

En effet : « Sommes-nous certain de nos bases et d’avoir bien imaginé le monde ? » Ou, en d’autres mots plus compréhensibles aux amateurs de feuilletons policiers[4], « Avons-nous été suffisamment perspicaces pour inventer le scénario qui réunisse dans un tout cohérent le maximum des indices perçus ? » et « Avons-nous ouvert suffisamment grand nos sens et notre imagination pour nous permettre de construire les instruments de mesure pertinents, capables de dépister les indices qu’un manque d’imagination sur le monde réel nous aurait fait négliger ? »

Voici donc, exposé à grands traits, l’état d’esprit dans lequel j’entreprends de poursuivre ma quête de ces chemins éventuellement oubliés par nos pairs pour les raisons que j’ai donné au début de ces paragraphes.

Il me semble que mes modestes travaux plaident pour l’existence de ces chemins. Pour le moins, ils mettent en exergue le fait que si les points de vue d’A. Einstein sur la synthèse de J.C. Maxwell mène forcément à la théorie de la relativité dans sa formulation restreinte[5], la confrontation de cette même synthèse avec les apports des théories mathématiques concernant les algèbres de Lie déformées et les cordes élastiques suffit à faire émerger l’équation d’état quantique des régions vides[6].

© Thierry PERIAT.

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[1] A ce propos, je remercie vivement la bibliothèque du MIT, la BNF et l’université de Göttingen qui acceptent la consultation gratuite en ligne de leurs archives ; ainsi que leur utilisation dans un contexte non commercial – ce qui est le cas de cette thèse.   

[2] Voir son ouvrage de référence, en américain : « Quantum Gravity in 2 + 1 dimensions » ; arXiv : https://arxiv.org/abs/gr-qc/9503024.

[3] Sept brèves leçons de physique [« Sette brevi lezioni di fisica »], Odile Jacob, 2015, 96 p. (ISBN 978-2738133120), traduit de l'italien par Patrick Vighetti.

[4] Par exemple : Hercule Poirot, le personnage inventé par Agatha Christie.

[5] Une certitude qui n’est plus contestable aujourd’hui. Cette vision se fonde sur les expériences de Morley et Michelson ainsi que sur les travaux mathématiques de Lorentz dans la zone germanique ou de Poincaré en France.

Date de dernière mise à jour : 25/11/2022