Plusieurs univers peuvent être le même univers

Si le concept du multivers semble étrange, c'est parce que nous devons changer nos idées sur le temps et l'espace

Le nom de l'image, Gravure de Flammarion, n'est peut-être pas connu de vous, mais vous l'avez probablement vu à plusieurs reprises. Il représente un pèlerin dans un manteau et avec un bâton. Derrière, c'est un paysage de villes et d'arbres. Une coquille de cristal parsemée d'innombrables étoiles l'entoure. Il a atteint le bord du monde, a pénétré de l'autre côté et regarde avec étonnement le nouveau monde de la lumière, des arcs-en-ciel et du feu.

L'image a été publiée pour la première fois dans le livre de 1888 de l'astronome français du 19e siècle Camille Flammarion «Atmosphere: Popular Meteorology». Au départ, c'était en noir et blanc, bien que maintenant vous puissiez trouver des versions peintes. Il note que le ciel ressemble en effet à un dôme sur lequel les corps célestes sont fixés, mais les impressions sont trompeuses. «Nos ancêtres», écrit Flammarion, «ont imaginé que cette voûte bleue est ce que leurs yeux la voient. Mais, comme l'écrivait Voltaire, c'est aussi significatif qu'un ver à soie tournant son filet aux limites de l'univers. »



La gravure est considérée comme un symbole de la recherche de la connaissance de l'humanité, mais je préfère y voir un sens plus littéral décrit par Flammarion. Plusieurs fois dans l'histoire de la science, nous avons trouvé une lacune dans la connaissance limite et l'avons percée. L'Univers ne se termine pas au-delà de l'orbite de Saturne, ni au-delà des étoiles les plus éloignées de la Voie lactée, ni au-delà des galaxies les plus lointaines qui nous soient visibles. Aujourd'hui, les cosmologistes croient qu'il peut exister des univers complètement différents.

Mais par rapport aux découvertes de la physique quantique, c'est presque banal. Ce n'est pas seulement un nouveau trou dans le dôme, mais un nouveau type de trou. Les physiciens et les philosophes se sont longtemps disputés sur le sens de la théorie quantique, mais d'une manière ou d'une autre, ils conviennent qu'elle ouvre un vaste monde au-delà de nos sens. Le résultat peut-être le plus simple de ce principe - la lecture la plus directe des équations de la théorie quantique - est l'interprétation multivariée faite par Hugh Everett dans les années 1950. De son point de vue, tout ce qui peut arriver se passe quelque part dans un ensemble illimité d'univers, et les probabilités de la théorie quantique représentent le nombre relatif d'univers dans lesquels se développe l'un ou l'autre scénario. Comme David Wallace, un philosophe de la physique de l'Université de Californie du Sud, l'a écrit dans son livre de 2012, The Emergent Multiverse, avec une perception littérale de la mécanique quantique, «le monde s'avère beaucoup plus grand que ce à quoi nous nous attendions: en fait, notre« monde classique » «Il s'avère que ce n'est qu'une petite partie d'une réalité beaucoup plus vaste.»

Cet ensemble d'univers, à première vue, semble très différent de celui sur lequel les cosmologistes interprètent. Le multivers cosmologique est né de modèles essayant d'expliquer l'homogénéité de l'univers à des échelles dépassant la galactique. Les prétendus univers parallèles sont des régions distinctes et éloignées de l'espace-temps qui ont surgi à la suite de leurs propres grandes explosions, se développant à partir de leurs bulles de mousse quantique (ou à partir desquelles des univers s'y développent encore). Ils existent à peu près de la même manière que les galaxies - vous pouvez imaginer comment nous montons à bord d'un vaisseau spatial et allons vers eux.

Mais contrairement à cette approche, l'interprétation multi-monde d'Everett ne nous emmène pas si loin. Le concept est né en essayant de comprendre le processus de mesures en laboratoire. Des particules laissant des traces dans la chambre Wilson, des atomes réfléchis par des aimants, des objets chauds émettant de la lumière: ce sont toutes des expériences pratiques qui ont conduit à la création de la théorie quantique et à la recherche d'une interprétation logiquement cohérente. La ramification quantique qui se produit dans le processus de mesure crée de nouveaux mondes superposés au même espace dans lequel nous existons.

Cependant, ces deux types de multivers ont beaucoup en commun. Transférer à l'un des types que nous ne pouvons que mentalement. Il ne fonctionnera pas pour voler vers un autre univers à bulles dans un vaisseau spatial, car l'espace se développera plus rapidement. Par conséquent, ces bulles sont séparées les unes des autres. Nous sommes également intrinsèquement séparés des autres univers du multivers quantique. Ces mondes, bien que réels, resteront à jamais hors de notre vue.

De plus, bien que le multivers quantique n'ait pas été conçu pour la cosmologie, il lui convient étonnamment bien. En mécanique quantique conventionnelle - dans l'interprétation de Copenhague adoptée par Niels Bohr et ses camarades - il faut distinguer entre un observateur et ce qu'il observe. Pour la physique ordinaire en laboratoire, tout est en ordre. L'observateur, c'est vous, et vous observez l'expérience. Mais que se passe-t-il si l'objet d'observation est l'univers entier? Vous ne pouvez pas aller au-delà pour le mesurer. Une interprétation multi-monde ne fait pas de telles divisions artificielles. Dans un nouveau travail, un physicien de Caltech, Sean Carroll, avec les étudiants diplômés Jason Pollack et Kimberly Boddy, applique directement une interprétation multi-monde à la création d'univers dans le multivers cosmologique. «Tout ce qui, en mécanique quantique conventionnelle, n'était ni poisson ni viande, devient en principe dénombrable du point de vue d'Everett», explique Carroll.

Et enfin, deux types de multivers donnent les mêmes prévisions d'observations. La différence est qu'ils mettent les résultats possibles à différents endroits. Carroll considère similaire "un multivers cosmologique dans lequel différents états sont dans des régions séparées de l'espace-temps, et un multivers localisé où différents états sont ici, juste dans différentes branches de la fonction d'onde."

Le cosmologiste du MIT, Max Tegmark, a présenté cette idée lors d'un article de 2002 qui est devenu son livre de 2014, Notre univers mathématique. Il décrit plusieurs niveaux du multivers. Niveau I - régions extrêmement éloignées de notre propre univers. Niveau III - sa désignation d'un ensemble quantique de mondes (il rencontre également les niveaux II et IV, mais maintenant il ne s'agit pas d'eux). Pour voir les similitudes entre les niveaux I et III, vous devez réfléchir à la nature de la probabilité. Si quelque chose peut avoir deux résultats, vous voyez l'un d'eux, mais vous pouvez être sûr que l'autre s'est également produit - soit dans une autre partie de l'univers gigantesque, soit ici dans un monde parallèle. Si le cosmos est suffisamment grand et rempli de matière, les événements qui se déroulent ici sur Terre se produiront également ailleurs, comme toutes les variations possibles de ces événements.

Par exemple, vous menez une expérience dans laquelle vous dirigez un atome vers une paire d'aimants. Vous verrez comment il se précipite vers l'aimant inférieur ou supérieur, avec une probabilité de 50%. Dans une interprétation mondiale, il y a deux mondes qui se croisent dans votre laboratoire. Dans l'un, l'atome monte, dans l'autre, vers le bas. Dans le multivers cosmologique, il existe d'autres univers (ou parties de notre Univers) avec le jumeau identique de la Terre sur lequel l'humanoïde effectue exactement la même expérience, mais avec un résultat différent. Mathématiquement, ces situations sont identiques.

Tout le monde n'aime pas le multivers, en particulier les variations similaires du multivers. Mais étant donné le caractère préliminaire de ces hypothèses, voyons où elles nous mènent. Ils offrent une idée radicale: que deux multivers n'ont pas à être séparés - qu'une interprétation multi-monde n'est pas différente du concept cosmologique du multivers. S'ils semblent différents, c'est parce que nous nous trompons de réalité.

Un physicien de Stanford, Leonard Saskind, a suggéré de les traiter comme égaux dans le livre de 2005, The Cosmic Landscape. "L'interprétation multi-monde d'Everett, à première vue, semble très différente des mégawers qui ne cessent de gonfler", écrit-il (en utilisant son propre terme pour le multivers). "Cependant, je pense que les deux interprétations peuvent parler de la même chose." En 2011, il a écrit avec Rafael Busso, un physicien de Berkeley, un ouvrage dans lequel ils affirment que les deux idées sont identiques. Ils disent que le seul moyen de donner un sens aux probabilités associées à la mécanique quantique et au phénomène de décohérence - grâce auquel nos catégories classiques de positions et de vitesses apparaissent - sera d'appliquer une interprétation multi-mondes à la cosmologie. En conséquence, le multivers cosmologique devrait naturellement en résulter. La même année, Yasunori Nomura de l'Université de Californie à Berkeley a étayé une idée similaire dans son travail, où il "fournit une unification des processus de mesures quantiques et du multivers". Tegmark utilise à peu près le même argument dans un article de 2012 co-écrit par Anthony Aguirre de l'Université de Californie à Santa Cruz.

De ce point de vue, de nombreux mondes quantiques ne sont pas directement à côté de nous, mais loin de nous. La fonction d'onde, comme l'écrit Tegmark, décrit non pas «un ensemble imaginaire incompréhensible de possibilités de ce qu'un objet peut faire, mais une véritable collection spatiale de copies identiques d'un objet existant dans un espace infini».

L'essentiel, c'est que vous devez bien réfléchir à votre point de vue. Imaginez que vous regardez le multivers depuis la position de Dieu, à partir de laquelle toutes les possibilités réalisées sont visibles. Il n'y a aucune probabilité. Tout se passe avec certitude dans l'un des endroits. Du point de vue limité de notre monde, lié à la planète Terre, divers événements se déroulent avec différentes probabilités. «Nous changeons l'image globale dans laquelle absolument tout se passe quelque part, mais personne ne peut tout voir à la fois - sur le site local, dans lequel vous avez un site, fondamentalement connaissable», explique Busso.

De nombreux cosmologistes trouvent des preuves d'un espace beaucoup plus grand dans l'image de rayonnement relique que ce que nous pouvons observer directement

Pour passer du global au local, nous devons couper l'univers pour séparer le mesurable de l'inmesurable. Le mesuré est notre «site causal», comme l'appelle Busso. C'est la somme de tout ce qui peut nous affecter - non seulement l'univers observable, mais aussi la région de l'espace qui sera disponible pour nos lointains descendants. En découpant notre intrigue du reste de l'espace-temps, nous pouvons imaginer quelles observations nous pouvons faire, et en conséquence nous obtenons la mécanique quantique dans l'ancien style.

De ce point de vue, la raison de l'incertitude des événements quantiques est que nous ne savons pas où nous en sommes dans le multivers. Dans l'espace infini, il y a un nombre infini de créatures qui vous ressemblent et se comportent exactement en tout. Le mystère principal éclaire la caricature classique de New Yorker. Sur un morceau de glace est une foule de pingouins identiques. L'un d'eux demande: "Et lequel de nous suis-je?"



Le pauvre pingouin a encore la possibilité de déterminer où il se trouve grâce à la triangulation de la glace flottante la plus proche, mais dans le multivers, il n'y a pas de tels points de référence, nous ne pouvons donc jamais partager nos multiples copies. David Deutsch est un physicien d'Oxford et, comme Carroll et Tegmark, un fidèle adepte de l'interprétation multivariée, écrit dans The Fabric of Reality: «En supposant un point dans la question, laquelle des copies identiques est Je veux dire, supposer qu'il existe un système de référence en dehors du multivers, à propos duquel on peut répondre à cette question: «Je suis troisième à gauche». Mais qu'est-ce que cette «gauche» et qu'est-ce que ce «troisième»? Il n'y a pas de «point de vue en dehors du multivers». »

Tegmark dit que, en fait, le concept de probabilité en mécanique quantique reflète "votre incapacité à vous retrouver dans le multivers du premier niveau, c'est-à-dire de savoir lequel parmi le nombre infini de copies dans l'espace a votre sensation subjective." En d'autres termes, les événements semblent probabilistes parce que vous ne savez jamais lequel de vous est vous. Au lieu d'être incertain de la façon dont l'expérience se déroulera, elle va jusqu'au bout; vous ne savez tout simplement pas lequel d'entre vous observe lequel de ses résultats.

Pour Busso, le succès mathématique de cette approche est suffisant, et il ne souffrira pas d'insomnie à cause de la façon dont quelqu'un déterminera la signification profonde des multivers fusionnés. «En fait, ce qui compte, ce sont vos prédictions et leur lien avec vos observations», dit-il. - Les régions au-delà de notre horizon cosmologique ne peuvent pas être observées, ainsi que la ramification de la fonction d'onde, sur laquelle nous n'étions pas. Ce ne sont que les outils que nous utilisons pour les calculs. »

Mais une telle approche instrumentale de la théorie physique ne satisfait pas beaucoup. Nous voulons savoir ce que tout cela signifie - comment la lecture d'un mètre peut trahir l'existence de bulles infinies dans l'espace-temps. Massimo Pigliucci, philosophe scientifique à la City University of New York, déclare: "Si vous parlez de la véritable division de l'univers, alors expliquez-moi exactement comment cela se produit et où se trouvent exactement ces autres mondes."

Peut-être afin de comprendre le sens de la connexion entre les options multivers, il est nécessaire de renouveler notre compréhension de l'espace et du temps. Si le multivers en même temps est quelque part loin et ici, c'est peut-être un signe que nos catégories «là-bas» et «ici» nous manquent.

Il y a près de deux décennies, Deutsch a soutenu dans son Fabric of Reality que le multivers inventait un nouveau concept de temps. Tant dans la vie quotidienne que dans la physique, nous supposons l’existence de quelque chose comme l’heure éternellement actuelle de Newton. Le multivers est généralement décrit comme une structure qui se déroule au fil du temps. En fait, le temps ne s'écoule pas et ne passe pas, et nous ne le parcourons pas d'une manière mystérieuse. Le temps est la façon dont nous déterminons le mouvement. Il ne peut pas bouger. Par conséquent, le multivers n'évolue pas. Elle existe simplement. Deutsch écrit: «Le Multivers n'est pas« apparu »et ne« disparaît »pas; ces termes signifient le passage du temps. "

Au lieu d'imaginer comment le multivers se déroule dans le temps, Deutsch pense que nous devrions imaginer comment le temps se déroule dans le multivers. D'autres fois sont simplement des cas particuliers d'autres univers. Indépendamment de lui, le physicien Julian Barbour a également bricolé cette idée dans son livre de 1999, The End of Time. Certains de ces autres univers, écrit Deutsch, rappellent tellement le nôtre - notre «maintenant» - que nous les interprétons comme faisant partie de l'histoire de notre univers, et non comme des univers séparés. Pour nous, ils ne sont pas quelque part dans l'espace, mais sur notre chronologie. Tout comme nous ne pouvons pas percevoir l'univers entier à la fois, nous ne pouvons pas percevoir une infinité de moments à la fois. Au lieu de cela, nos perceptions reflètent notre perspective d'observateurs intégrés vivant dans des moments isolés. En passant d'un point de vue global à un point de vue local, nous restaurons les signes familiers des temps.

Le multivers peut également corriger notre vision de l'espace. "Pourquoi le monde a l'air classique?" Demande Carroll. "Pourquoi l'espace-temps existe-t-il en quatre dimensions?" Carroll, qui a écrit un article de blog sur l'unification des multivers, admet qu'Everett ne répond pas à ces questions, "mais vous donne une plate-forme sur laquelle les poser."

Il croit que l'espace n'est pas fondamental, mais est le résultat d'un phénomène. Mais d'où vient-il? Qu'est-ce qui existe vraiment? Pour Carroll, l'image d'Everett apporte une réponse simple à cette question. «Le monde est une fonction d'onde», explique Carroll. - Ceci est un élément de l'espace Hilbert. C'est tout. "

L'espace de Hilbert est un espace mathématique associé à une fonction d'onde quantique. Il s'agit d'une représentation abstraite de tous les états possibles du système. C'est un peu comme euclidien, mais le nombre de mesures varie et dépend du nombre d'états admissibles du système. Pour un qubit - une unité fondamentale de données dans les ordinateurs quantiques, capable de prendre la valeur 0, 1 ou d'être dans leur superposition, l'espace de Hilbert est bidimensionnel. Une quantité continue, telle qu'une position ou une vitesse, correspond à un espace de Hilbert de dimension infinie.

Les physiciens commencent généralement par un système qui existe dans l'espace réel et en dérivent l'espace Hilbert, mais Carrol pense que ce processus peut être inversé. Imaginez tout l'état possible de l'univers et venez à celui dans lequel le système devrait exister - s'il existe dans un espace. Un système peut exister non pas dans un, mais dans plusieurs espaces en même temps, et nous l'appellerons alors un multivers. Ce point de vue «tombe naturellement sur l'idée d'émergence de l'espace-temps», dit Carroll.

Certaines personnes - en particulier les philosophes - refusent cette approche. L'espace de Hilbert peut être un outil mathématique acceptable, mais cela ne signifie pas que nous y vivons. Wallace, qui soutient une interprétation multi-monde, dit que l'espace de Hilbert n'est pas littéralement une structure existante, mais une façon de décrire des choses réelles - des cordes, des particules, des champs ou ce en quoi l'univers se compose toujours. "Dans un sens métaphorique, nous vivons dans un espace Hilbert, mais pas dans un espace littéral", dit-il.

Hugh Everett n'a pas vécu pour voir un regain d'intérêt pour sa version de la mécanique quantique. Il est décédé d'une crise cardiaque en 1982, à 51 ans. Il était un athée inébranlable et était sûr que c'était la fin; sa femme, suivant ses instructions, a jeté les cendres avec les ordures. Mais son message commence peut-être à prendre racine. Cela peut se résumer brièvement: prenez la mécanique quantique au sérieux. Dans ce cas, on découvre que le monde est une surprise! - devenir plus riche et plus que nous ne l'imaginions. Tout comme le ver à soie de Voltaire n'a vu que son réseau, nous ne voyons qu'un petit morceau du multivers, mais grâce à Everett et à ses disciples, nous pouvons toujours nous faufiler à travers la fissure de la coquille de cristal, "où la terre rencontre le ciel", et jeter un coup d'œil qui s'étend au-delà.