Y'a-t-il un grand architecte dans l'Univers ?
Stephen Hawking
Stephen Hawking livre une réflexion basée sur la M-théorie, théorie ultime du tout. Les univers multiples de la théorie découlent de façon naturelle des lois de la physique (note perso: mais d'où viennent les lois ?).
Morceaux choisis
Jusqu'à Thalès de Milet (624 av JC - Ionie) les dieux
gouvernent le monde. Thalès a l'idée que la nature obéit à des
principes qui allaient devenir des lois. Il prédit la première eclipse
solaire en 585 av JC.
L'écriture date de 7 000 av JC.
Pythagore (580av JC – Ionie aussi) première formulation mathématique
d'une loi de la nature (loi des cordes: fréquence en fonction de la
longueur)
Archimède (-287 av JC), plus grand physicien de cette époque,
découvre trois lois:
- La loi du levier
- La poussée d'Archimède
- La loi de la réflexion
Pour archimède, ce ne sont que des théorèmes mathématiques
Anaximandre (-610 av JC): l'humanité a évolué à partir
d'animaux dont les petits étaient plus résistants que les nouveaux-nés
humains sans défense.
Empédocle (-490 av JC) a découvert l'air à l'aide d'une boule creusée
de trous remplis d'eau: une clepsydre.
Démocrite (-460 av JC): toute chose est composée de particules fondamentales, les atomes.
Aristaque de Samos (-310 av JC) a estimé la taille de l'ombre portée de la Terre pendant une éclipse de Lune et conclut que le soleil devait être beaucoup plus grand que la terre et que celle-ci n'est pas la centre du monde.
Les théories ioniennes ne semblent accorder aucune place au
libre arbitre, à la volonté et aux dieux, et s'eteignirent jusqu'à
Galilée.
Epicure (-341 av JC) préfère donc croire aux dieux qu'être 'esclave'
des philosophes naturalistes.
Philosophe Thomas d'Aquin (1225-1274): "il est clair que les corps
inanimés n'atteignent pas leur but par raison mais en raison d'une
intention. [… ] Il existe donc un être intelligent qui ordonne tout
dans la nature selon son but".
Kepler (1571) pense que les planètes suivent consciemment les lois du mouvement que leur esprit appréhende (vision animiste des objets physiques).
Au Moyen-Age il est admis que l'Univers est le jouet de Dieu.
Descartes (1596) formule rigoureusement la concept de loi de la nature que l'Eglise rejete. Il comprend l'importance des conditions initiales pour prévoir l'évolution d'un système.
Mais selon Descartes les lois sont le reflet intrinsèque de Dieu. Toute personne est composée de deux ingrédients: un corps (obéissant aux lois physiques) et une âme (localisée dans la glande pinéale, lui échappant).
Newton (1643) marque le début de la conception moderne des
lois.
Les sphères d'uranium de plus de 20 cm explosent.
- Quelle est l'origine des lois ? (Dieu pour Kepler, Galilée,
Descartes et Newton)
- Admettent-elles des exceptions (des miracles) ? par la prière ? non
pour Hawking
- Existe-t-il un seul ensemble de lois possibles ? (non pour Aristote,
Descartes et Einstein)
Pierre-Simon de Laplace (1749-1829) et son déterminisme
excluent toute intervention divine.
Les processus biologiques sont gouvernés par les lois de la physique et
de la chimie et ils sont par conséquent déterminés.
Des expériences en neuroscience montrent que c'est le cerveau qui
détermine nos actions en se conformant aux lois scientifiques et non
quelque chose d'autre qui puisse s'en affranchir.
Le libre arbitre ne serait qu'une illusion.
Ne serions-nous pas nous-même dans un énorme bocal, comme un
poisson rouge ?
La réalité n'existe pas en tant que concept indépendant de son image ou
de la théorie qui la représente (Hawking). C'est le
réalisme modèle dépendant.
Il n'existe aucun test de la réalité qui soit indépendant du modèle.
Le modèle standard contient des dizaines de paramètres
ajustables que la théorie ne précise pas et dont il faut fixer les
valeurs de manière ad hoc pour qu'elle colle aux observations.
La dualité onde/particule convient au réalisme
modèle-dépendant. Chaque théorie peut décrire certaines propriétés mais
pas toutes les propriétés observées. Il n'y a pas de
théorie capable de décrire chaque aspect de l'univers. A la place il y
a un réseau entier de théories, appelé M-théorie.
En physique quantique, toute particule a une probabilité non nulle de se retrouver n'importe où dans l'univers.
Dans l'expérience des fentes, la figure que l'on obtient
lorsque les fentes sont ouvertes n'est pas la somme des deux figures
obtenues lorsqu'elle sont ouverte séparement.
Tout se passe comme si, au cours de leur trajet vers l'écran, ces
particules acquéraient une information sur les fentes.
Dans le modèle quantique, la particule n'a pas de position
définie pendant la période comprise entre son point de départ et son
arrivée.
On peut imaginer que les particules suivent d'une part
toutes les trajectoires possibles entre ces deux points,
et d'autre part qu'elles les suivent simultanément.
C'est ainsi que la particule sait quelles
fentes sont ouvertes.
C'est la méthode "somme des histoires" de Feynman ou "histoires alternatives"
Si on éclaire une fente ou si on en ferme une pour savoir par quelle fente passe l'électron, il n'y a plus d'interférences.
Les observations réalisés sur un système au présent affectent son passé !
Expérience de Wheeler à choix retardé.
On éclaire ou non une fente après l'impact de la particule.
Le chemin emprunté par chaque particule – c'est-à-dire son
passé – est déterminé longtemps après
qu'elle a traversé les fentes.
Comme la particule, l'univers n'a pas une histoire unique, mais toutes les histoires possibles, chacune étant caractérisée par une probabilité propre.
Maxwell mourut à 48 ans d'un cancer de l'estomac en 1879.
Einstein mit fin en 1905 à la supposée existence de l'éther.
La valeur de l'intervalle de temps, comme celle de la distance
parcourue, dépend de l'observateur qui réalise la mesure (relativité
restreinte).
Dans un avion, la lumière du fond de l'avion parcourt une plus
grande distance pour un observateur resté au sol.
Cet effet ne dépend pas du mécanisme de l'horloge et s'applique à
toutes, y compris nos horloges biologiques.
Les pilotes d'avions suivent les arcs de grand cercle
terrestre (géodésique sur la surface de la terre).
Sur un espace plat, les géodésiques sont des droites.
Les versions quantiques des théories classiques comme l'electromagnétisme, la gravitation ou la relativité générale sont appelées théories quantiques des champs.
Dans ces modèles classiques l'univers n'a qu'une seule histoire et les forces sont transmises via des champs.
QED: electrodynamique quantique ou théorie quantique de l'électromagnétisme, développée par Feynmann dans les années 1940. Les interactions entre particules chargées sont décrites par des échanges de photons.
En QED on représente la somme sur toutes les histoires comme une somme de diagramme de Feynman. Dans ces diagrammes, les lignes droites représentent les électrons, les lignes ondulées les photons. Le temps s'écoule du bas vers la haut.
Pb: l'addition des contributions d'une infinité d'histoires
différentes donne un résultat infini.
On renormalise la théorie pour la faire coller aux mesures de la masse
et de la charge de l'électron !
En 1967 Salam et Weinberg (prix nobel 1979) ont unifié l'interaction
faible et l'électromagnétisme sous le nom d'interaction électrofaible.
La théorie prédit l'existence de trois nouvelles particules: W+, W- et Z0.
QCD: chromodynamique quantique, renormalisation de l'interaction forte. "Couleur" des quarks.
La liberté asymptotique est une propriété de l'interaction forte qui explique pourquoi on n'observe aucun quark isolé dans la nature et l'impossibilité d'en produire en laboratoire. Les quarks sont libres de se mouvoir dans les noyaux.
GUT: Grand Unified Theory, essaie d'unification de l'interaction forte avec l'interaction électrofaible (appelée aussi modèle standard).
La durée de vie du proton devrait être supérieure à 1034 années.
La théorie de la supergravité n'est pas convaincante car on obtient des particules partenaires de masses mille fois plus elevées que le proton.
Qu'en est-il de la théorie des cordes ? les cinq théories des cordes et la supergravité sont des approximations différentes d'une même théorie fondamentale, chacune d'elle ayant son propre domaine de validité.
Cette théorie fondamentale est dénommée M-théorie, qui compte onze dimensions. La forme exacte de l'espace interne détermine les constantes physiques et la nature des interactions entre les particules élementaires.
En d'autres termes, elle détermine les lois apparentes de la nature.
La M-théorie autorise 10100 univers différents.
Pourquoi avons-nous hérité de cet univers-là ? Et qu'en est-il des autres univers ?
La limite de la vitesse de la lumière ne s'applique pas à l'expansion de l'espace, notamment durant la phase inflationniste.
Les physiciens ne peuvent expliquer en détail le mécanisme de cette inflation.
Les variations infimes du fonds diffus cosmologique mais surtout son uniformité quasi parfaite viennent étayer l'hypothèse de l'inflation.
Les irrégularités ont permis l'agrégation de matière qui a engendré les galaxies, les étoiles, les planètes et nous.
La théorie classique de l'inflation nécessite un état initial très spécial et très improbable.
La matière et l'énergie courbent le temps.
Dès qu'on incorpore les effets quantiques dans la théorie relativiste, le temps se comporte dans certains cas extrêmes comme une dimension supplémentaire de l'espace.
Quatre dimensions d'espace et aucune de temps coexistaient
dans l'univers primordial. Le temps réel n'existait pas.
Des fluctuations quantiques ont conduit à la formation d'univers
multiples à partir de rien.
Nous créons l'histoire par notre observation plutôt que l'histoire nous créé.
Avec la somme de toutes les histoires possibles de l'univers,
il faut utiliser une approche descendante top-bottom.
On sélectionne les histoires en utilisant les observations (masse de
l'electron…)
Près de la moitié des étoiles appartiennent à des systèmes binaires où les planètes doivent être inhabitables en raison des variations de température.
L'excentricité de l'orbite terrestre est seulement de 2%, ce qui est un hasard miraculeux pour abriter la vie.
Les orbites elliptiques stables ne sont possibles qu'en dimension trois.
Réaction triple alpha: formation du carbone, conditions très spéciales aussi.
1998: la découverte de l'accélération de l'expansion signe le retour de la constante cosmologique d'Einstein.
Le concept de multivers explique l'ajustement fin des lois physiques.
Les cellules du Jeu de la vie de John Conway inventé en 1970 se reproduisent à partir de dix milliards de cases initiales.
Les règles de bases sont simples.
Comment l'univers entier a-t-il pu être créé à partir de rien ?
C'est grâce à la gravitation dont l'énergie est négative (force
attractive) qui permet d'annuler l'énergie positive nécessaire à la
création de matière de sorte que la somme des énergie soit nulle.
En réalité, on a pour la terre:
Energie gravitationnelle (terre) – Energie positive(particules la constituant) < 1/109
La gravitation déformant l'espace et le temps, elle autorise l'espace-temps à être localement stable mais globalement instable.
C'est pour cette raison que l'univers a été créé à partir de rien et que Dieu n'est pas nécessaire à son existence.
La M-théorie est l'unique candidate au poste de
théorie complète de l'univers.
