Comprendre le multivers et l'inutilité de Dieu

- Pluie de météorites Geminid, au dessus du Popocatepetl, en 2004. REUTERS/Daniel Aguilar -

Les conflits religieux embrasent le Moyen-Orient, l’Asie du Sud-Est et l’Asie centrale. Une secte, minuscule et timbrée, menace de brûler le Coran et les dirigeants du monde entier réagissent. Vous pensez qu’il n’y a pas de place en Une des journaux pour un débat sur le divin initié par un simple livre de physique? Détrompez-vous. Voilà le titre qui occupait il y a quelques semaines une grande partie de la Une du London Times: «Dieu n’a pas créé l’univers, le Big Bang est une conséquence inéluctable des lois de la physique, selon Stephen Hawking, le plus éminent des scientifiques britanniques.» L’archevêque de Canterbury, le président du comité pour le dialogue interreligieux du Conseil musulman de Grande-Bretagne et le rabbin en chef du Royaume-Uni ont uni leurs forces face au virage anti-Dieu opéré par Stephen Hawking dans son nouveau livre. Une médiatisation à faire pâlir d’envie n’importe quel auteur.

 Stephen Hawking a le don de trouver ces petites phrases qui confèrent à son travail une aura digne des Saintes Ecritures. En 1988, dans sa Brève Histoire du temps, il se projetait dans l’avenir et prédisait: «Si nous découvrons une théorie complète [sur l’univers], ce sera le triomphe ultime de la raison humaine – dès lors nous connaîtrons la pensée de Dieu». Dans The Grand Design («Le grand Dessein»), une synthèse grand public de la théorie de la physique et de la cosmologie contemporaines, il ose aujourd’hui rompre avec ses propres idées: dans la version de la cosmogénèse qu’il soutient désormais, la pensée de Dieu pourrait tout simplement s’avérer inutile.

Comme l’oxygène avait jadis supplanté la théorie phlogistique, de nouveaux développements théoriques apparus après 1988 ont, selon Hawking, réussi à écarter Dieu. Lesquels? Pas à pas, il raconte au lecteur les fondations de la physique moderne, puis lui narre l’espoir, la bataille et le bond anti-religion qui se sont ensuite succédé. Découvrons-les un à un.

L’ouvrage de Hawking commence, comme n’importe quel livre récent et grand public de physique et de cosmologie, en introduisant les bases de la relativité et de la théorie quantique. La relativité nous apprend à ne pas décrire le monde qui nous entoure sur la base de nos propres références. Si l’on approche un aimant et une bobine et que cela produit de l’électricité dans la bobine, ça devrait être le cas que l’on se place du côté de l’aimant comme de celui de la bobine. Le point de vue ne devrait pas affecter notre façon d’expliquer ce qui arrive.

Cette exigence toute simple, ainsi que la vieille idée d’Einstein qu’il est impossible de rattraper un rayon de lumière (peu importe notre propre vitesse, la lumière passe toujours à 300.000 kilomètres/seconde), a conduit à des découvertes saisissantes. A la stupéfaction des physiciens, des artistes, des poètes et du grand public, la durée, la longueur et la simultanéité des événements se sont avérées dépendre du mouvement. Avec la relativité générale («générale» parce qu’elle inclut non seulement les référentiels en mouvement constant mais aussi les référentiels accélérés), les choses sont devenues encore plus intéressantes: Einstein a pu prendre en compte la géométrie de l’univers tout entier (la cosmologie), et d’autres ont commencé, à la fin des années 1930, à explorer un phénomène récemment découvert – les très bizarres trous noirs.

La relativité a secoué le monde classique, la mécanique quantique l’a bouleversé. Dans le modèle physique que nous ont livré Niels Bohr, Werner Heisenberg et Erwin Schrödinger dans les années 1920, les électrons se comportent parfois comme des ondes, parfois comme des particules. Il a fallu abandonner l’idée d’une causalité rigide. Juste après la Seconde guerre mondiale, Richard Feynman et d’autres ont combiné relativité et mécanique quantique.

Le résultat – un récit relativiste et quantique des champs électriques – est devenu un modèle de théorie physique: le champ électrique se réduit au seul échange de photons. Chez Feynman, pour expliquer chaque évènement, chaque «version de l’histoire» possible doit être prise en compte – et il faut faire la somme de toutes ces histoires. Comment les électrons interagissent-ils les uns avec les autres? Feynman répondait qu’un photon pouvait voyager d’un électron à un autre, ou qu’un photon pouvait se transformer en chemin en une paire de particules qui pouvait à son tour redevenir photon et terminer le voyage.

Des processus encore plus complexes peuvent se produire en chemin – et se produisent effectivement. Comme disent les physiciens: tout ce qui n’est pas interdit est obligatoire. Stephen Hawking et Leonard Mladinow, le co-auteur de son dernier livre, mettent à juste titre l’accent sur cette philosophie du «tout ce qui peut arriver arrive». J’aimerais que davantage d’ouvrages grand public de physique en fassent autant.

La gravitation a résisté à toutes les tentatives de fusion avec la théorie quantique des champs de force. Mais dans les années 1980, la théorie des cordes a commencé à s’imposer. L’idée de base de celle-ci: les briques fondamentales du monde ne sont pas des Big Bang miniatures mais des bouts de matière unidimensionnels, des sortes de cordelettes soumises à une énorme tension. Un tel filament peut vibrer de différentes façons, comme une corde de violon. Les différentes «notes» correspondent à différentes énergies. L’équation la plus célèbre du monde, E = mc2, nous apprend ensuite que ces différentes vibrations des cordes ont des masses différentes.

Dans les années 1980, l’espoir fut grand de découvrir qu’une sorte de corde pourrait remplacer de nombreuses particules apparemment différentes. Une unification totale de la physique a semblé un bref instant à portée de main. Le rêve, c’était que l’auto-consistance mathématique ne laisse subsister qu’une seule théorie, la bonne. En attendant, on a donné le nom de «Théorie M» au trône vide où cette théorie unifiée était censée siéger. Découvrons et articulons correctement cette «Théorie M», s’enthousiasmaient alors les plus optimistes, et ce sera la fin de la mission historique de la physique.

Ce n’est pas ce qui s’est passé – aucune «Théorie M» pleinement définie ne s’est pour l’instant imposée. Mais ce n’est pas tout. Les physiciens ont compris que la théorie des cordes admettait plus de solutions que prévu. Beaucoup plus – peut-être 10⁵⁰⁰, peut-être un nombre infini. Et chaque solution donne une image différente des particules et des lois admissibles. Que faire? Certains théoriciens des cordes ont perdu tout espoir. D’autres ont tenté de repenser la situation pour trouver la tant convoitée solution unique à une théorie unique. Les détracteurs de la théorie des cordes ont affûté leurs couteaux. Laissez tomber, disaient-ils, laissez les lois être simplement ce qu’elles sont.

D’autres – et Hawking en est désormais – ont choisi la voie de ce que l’on connaît sous le nom de «multivers». C’est l’idée qu’il y a en fait plusieurs univers et que chacun a son propre arsenal de lois et particules. Ses partisans voient en lui la suite naturelle de la vision de Feynman. Toutes les histoires possibles ont en effet été prises en compte, mais cette fois pas simplement pour décrire les multiples possibilités qu’a un photon pour se rendre d’un électron A à un électron B, mais pour expliquer l’histoire de l’univers lui-même et toutes ses lois.

Comme l’explique Hawking dans The Grand Design:

«L’univers est apparu spontanément, il a commencé de chaque façon possible. La plupart [de ces origines alternatives] correspondent à d’autres univers. (...) Certains ressemblent au nôtre, la plupart sont très différents.»

 Comment expliquer que nous nous retrouvions dans un univers où les lois atomiques rendent la matière et la vie possibles? Si les charges sur les protons et les électrons n’étaient pas égales et opposées, nous ne serions pas là... Réglage miracle ou intervention divine? Il ne s’agit pas d’un miracle, explique désormais Hawking, qui a rejoint le clan des partisans du multivers – pas plus que c’est un miracle si notre planète se situe dans cette étroite région de température où l’on trouve de l’eau à l’état liquide.

Les partisans du multivers soutiennent que l’origine (ou, plus précisément, les origines) réside dans les fluctuations quantiques – les nouveaux univers apparaissent sans remue-ménage, par un simple photon qui se transforme en une paire électron-positron avant de retrouver sa bonne vieille forme de photon. L’étincelle initiale se produit simplement parce que la mécanique quantique nous dit qu’il existe une certaine probabilité que de nouveaux univers apparaissent. La physique peut expliquer non seulement comment l’univers fonctionne mais aussi pourquoi il est là. Aucune aide divine n’est requise. C’est de la physique quantique sur toute la ligne – avec juste ce qu’il faut de physique des particules élémentaires et de théorie des cordes.

Comme ses éminents collègues des hautes sphères religieuses, l’archevêque de Canterbury ose contredire Hawking. «Croire en Dieu, ce n’est pas remplir un vide en expliquant comment les choses de l’univers sont reliées entre elles», a-t-il déclaré. Mais allez donc dire ça au pape Pie XII, qui, il y a un demi-siècle, a vu le «fiat lux» dans les premières lueurs de la cosmologie du Big Bang. Racontez-le aussi à ce groupe de physiciens de Cambridge qui, à la même époque, a pris parti pour une théorie sans commencement: une cosmologie de l’état constant à même de balayer le Big Bang et de saper la croyance en une création religieuse. 

Une fois que vous commencez à lire la présence de Dieu – ou son absence – dans les équations de la physique qui évoluent sans cesse, il est difficile de l’empêcher d’aller et venir, et cela provoque à chaque fois des remous dans le processus. Quand Stephen Hawking avait brièvement laissé la porte ouverte à la pensée de Dieu il y a une vingtaine d’années, il savait certainement qu’il déclencherait un tollé en la claquant. Nul doute, cela faisait en réalité partie de son grand dessein...

 Peter Galison

Traduit par Aurélie Blondel

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