Il y a quelque temps, parmi les cosmologistes et les philosophes des sciences, une discussion très active a commencé sur les causes de l'existence de l'Univers. Oui, nous ne faisons pas de bêtises ici.
Tout d'abord, Lawrence Krauss a publié le nouveau livre, "L'
univers à partir de rien. Pourquoi Dieu n'est pas nécessaire pour créer l'univers à partir du vide " [
Un univers à partir de rien: pourquoi il y a quelque chose plutôt que rien ] (basé, en particulier, sur la conférence populaire
disponible sur YouTube ) couvrant cette question du point de vue d'un cosmologiste moderne. David Albert, le philosophe moderne de la science, a ensuite rédigé une
critique de livre
dévastatrice pour le New York Times. Cette discussion se poursuit depuis: une interview de
Jerry Coyne (du côté d'Albert), le blog Rutgers '
Philosophy of Cosmology , une
excellente interview de Krauss sur The Atlantic, des commentaires de
Massimo Piglucci , une autre
réponse de Krauss sur Scientific American
Pour des raisons personnelles et scientifiques, j'allais également insérer mon avis. L'origine de l'univers est l'un des thèmes de
mon travail , et Lawrence et David sont mes amis et partenaires de blog.
Table des matières
L'article sera volumineux, je vais donc en donner un bref résumé. En gros, autour du problème "pourquoi quelque chose existe-t-il?" deux types de questions s'accumulent. L'un des types, basé sur une plate-forme de lois physiques, suffisamment flexible pour permettre l'existence de «quelque chose» ou de «rien» (de plus, le concept de «quelque chose» peut inclure à la fois le temps et l'espace), cela ressemble à: pourquoi en vrai y a-t-il une manifestation de la réalité? Un autre type de question est lié à la raison pour laquelle nous avons cette plate-forme particulière de lois physiques, ou quelque chose appelé «lois physiques» en général?
Lawrence, en termes simplifiés, fait référence au premier type de questions, et David s'intéresse à la seconde, et les deux parties dépensent beaucoup d'énergie, insistant sur le fait que leur question est plus correcte, au lieu de reconnaître que ces questions sont différentes. Rien dans la physique moderne n'explique pourquoi nous avons de telles lois, et pas d'autres, bien que les physiciens en parlent parfois - et ils auraient pu éviter cette erreur s'ils avaient pris les philosophes plus au sérieux.
Ensuite, la discussion glisse rapidement sur des accusations et des arguments non pas sur, mais dommage, car ces personnes sont intelligentes et sont d'accord sur 95% des problèmes intéressants, et les chances d'un dialogue productif diminuent constamment.
Comment fonctionne l'univers
Parlons de la façon dont la physique est réellement organisée, selon nos concepts. Depuis l'époque de Newton, le paradigme de la physique fondamentale n'a pas changé; il comprend trois parties. Le premier est «l'espace d'état»: en fait, une liste de toutes les configurations possibles dans lesquelles l'Univers peut être localisé. Le second est un certain état représentant l'Univers à un moment donné, généralement au courant. Troisièmement - une certaine règle par laquelle l'univers se développe dans le temps. Donnez-moi l'Univers pour aujourd'hui, et les lois de la physique diront ce qui lui arrivera à l'avenir. Cette façon de penser n'est pas moins vraie pour la mécanique quantique ou GR, ou la théorie quantique des champs, que pour la mécanique newtonienne ou l'électrodynamique de Maxwell.
La mécanique quantique, en particulier, est une mise en œuvre spéciale, mais très polyvalente de ce schéma. (La théorie quantique des champs n'est qu'un exemple précis de la mécanique quantique, pas une nouvelle façon de penser). Les états sont des «fonctions d'onde» et l'ensemble de toutes les fonctions d'onde possibles d'un certain système est appelé «
espace de Hilbert ». Son avantage est qu'il limite considérablement l'éventail des possibilités (car il s'agit d'un espace vectoriel: un commentaire pour les experts). Dès que vous m'indiquerez sa taille (nombre de mesures), vous déterminerez pleinement votre espace Hilbert. Ceci est fondamentalement différent de la mécanique classique, dans laquelle l'espace d'état peut devenir extrêmement complexe. Et il y a aussi une machine - le «
hamiltonien » - indiquant exactement comment évoluer d'un état à un autre au fil du temps. Je répète qu'il n'y a pas beaucoup de variétés d'hamiltoniens; il suffit d'écrire une certaine liste de quantités (valeurs propres d'énergie - une clarification pour vous, experts ennuyeux).
Il est nécessaire d'approcher impartialement la forme que prendront les lois finales de la physique, mais presque toutes les tentatives modernes pour les dériver prennent la mécanique quantique pour la vérité. Cela est vrai à la fois pour la théorie des cordes et pour d'autres approches de la gravité quantique - ils peuvent différer considérablement dans leurs vues sur ce que "l'espace-temps" ou la "matière" comprend, mais gèrent très rarement négligemment les principes fondamentaux de la mécanique quantique. Cela s'applique clairement à toutes les options que Lawrence considère dans son livre. Sur cette plateforme, la définition des «lois de la physique» consiste à choisir un espace de Hilbert (pour lequel, à son tour, il suffit de déterminer sa taille) et le hamiltonien. L'une des grandes propriétés de la mécanique quantique est son caractère restrictif; nous n'avons pas beaucoup de liberté de choix par rapport aux types de lois de la physique. Il semble qu'il y ait une grande marge de créativité, car l'espace Hilbert peut être très grand, et l'essence simple de l'hamiltonien peut être cachée par notre interaction compliquée avec le monde extérieur, mais la recette de base reste inchangée.
Par conséquent, que signifie «l'univers de rien» au sein de cette plate-forme? Nous devons encore choisir l'une des deux options, mais au moins cette liste de deux éléments est exhaustive.
Première opportunité: le temps est fondamental
La première possibilité est que l'état quantique de l'Univers change vraiment dans le temps - c'est-à-dire que l'hamiltonien n'est pas égal à zéro et qu'il pousse vraiment l'état vers l'avant dans le temps. Ce cas semble être général (il y a plus de façons de différer de zéro que d'être nul), et c'est précisément pour l'étudier que l'on passe du temps sur des cours d'introduction, imposant pour la première fois la mécanique quantique à des étudiants intrépides. Une conséquence merveilleuse et sous-estimée de la mécanique quantique est que si cette possibilité s'avère vraie (l'Univers évolue vraiment), le temps ne peut ni commencer ni se terminer - il continue éternellement. Il ne ressemble pas du tout à la mécanique classique, dans laquelle la trajectoire de l'Univers dans l'espace d'état peut le heurter avec une singularité dans laquelle le temps est censé cesser de couler. En mécanique quantique, chaque état n'est pas pire qu'un autre, et l'évolution continuera joyeusement.
Alors, comment cela se rapporte-t-il à la question «quelque chose contre rien»? Au cours de l'évolution de l'état quantique de l'Univers, il peut passer par des phases où il ne ressemble à rien au sens généralement accepté - c'est-à-dire comme un espace vide, ou comme une étrange phase non géométrique dans laquelle nous ne reconnaîtrions pas du tout l'espace. Plus tard, grâce à l'influence implacable de l'hamiltonien, il peut évoluer vers quelque chose qui est très similaire à «quelque chose», voire très similaire à l'univers que nous voyons aujourd'hui. Par conséquent, si pour vous «rien» est «vide» ou «manque d'espace», alors les lois de la mécanique quantique fournissent un moyen pratique de comprendre comment rien ne peut se transformer en quelque chose de merveilleux à l'intérieur duquel nous nous trouvons. C'est intéressant, important, et digne d'écrire un livre, et c'est l'une des possibilités dont Lawrence discute.
Deuxième occasion: le temps est secondaire / environ
La deuxième possibilité est que l'Univers n'évolue pas du tout - l'Hamiltonien est nul, l'espace des états possibles existe, mais nous restons juste immobiles dedans, sans «flux temporel» fondamental. Vous pouvez décider que cette possibilité est logique, mais non crédible; parce que nous ne voyons pas comment tout autour de nous change tout le temps? Mais c'est précisément dans cette possibilité que vous serez immédiatement enterré si vous prenez simplement le GR classique et essayez de le quantifier (c'est-à-dire, inventer une théorie quantique qui converge vers le GR dans la limite classique). Nous ne savons pas si cela est vrai -
Tom Banks, par exemple, pense que ce n’est pas le cas - mais cette opportunité existe, nous devons donc réfléchir à ce que cela pourrait signifier s’il s’avérait vrai.
Bien sûr, nous pensons que nous ressentons le passage du temps, mais peut-être que le temps est une chose secondaire, pas fondamentale (je ne pense pas que l'utilisation du mot "illusoire" dans ce contexte soit juste, mais d'autres ne sont pas si prudents). C'est-à-dire qu'il existe peut-être une description alternative de ce point fixe de l'espace de Hilbert - une description à peu près similaire à «L'univers évolue dans le temps», du moins pendant un certain temps. Imaginez une barre de métal située sur une surface chaude, n'évoluant pas dans le temps, mais avec un gradient de température réparti de haut en bas. Il est conceptuellement possible de diviser cette barre en couches de température égale, puis d'écrire une équation montrant comment l'état de la barre change de couche en couche et de constater que le formalisme mathématique résultant est similaire à «l'évolution temporelle». Dans ce cas, contrairement au précédent, le temps peut se terminer (ou commencer), car il s'agissait à l'origine d'une approximation utile, acceptable dans certaines conditions.
Une telle option est gardée à l'esprit par des cosmologistes tels que James Hartle, Stephen Hawking, Alex Vilenkin, Andrei Linde et d'autres, parlant de «créer l'univers à partir de rien». De ce point de vue, dans l'histoire de l'Univers, il existe littéralement un moment avant lequel d'autres moments n'existaient pas. Il y a une frontière temporelle (probablement avant le Big Bang), à laquelle il n'y avait rien. Ni la matière ni la fonction d'onde quantique; il n'y avait rien de précédent, car le concept de «pré-» n'a pas de sens. C'est aussi intéressant, important, et cela vaut la peine d'écrire un livre à ce sujet, et c'est une autre des possibilités dont Lawrence discute.
Pourquoi l'univers existe-t-il même?
Ainsi, la physique moderne nous a donné deux de ces idées, très intéressantes, et répondant à notre idée informelle de la façon dont «quelque chose sort de rien». L'un d'eux parle de l'évolution d'un espace vide (ou non-espace) vers un univers plein de tout, et l'autre parle du temps comme d'un concept exemplaire qui se termine à une certaine frontière dans un espace abstrait de possibilités.
Alors de quoi nous plaignons-nous? Si vous y réfléchissez, un tel raisonnement, si vous acceptez une définition spécifique du concept de «rien», peut expliquer comment l'Univers peut naître de rien. Mais ils n'expliquent pas et n'essaient même pas d'expliquer pourquoi quelque chose existe - pourquoi cette évolution de la fonction d'onde, ou pourquoi même tout ce système de «fonctions d'onde» et de «hamiltoniens» sera la bonne façon de raisonner sur l'Univers. Et peut-être que vous n'êtes pas intéressé par ces questions, et personne n'a le droit de vous retirer votre droit de ne pas vous y intéresser; mais si le sous-titre de votre livre dit "pourquoi y a-t-il quelque chose et pas seulement rien", vous renoncez en fait au droit de ne pas vous y intéresser.
Le développement de la physique et de la cosmologie modernes nous aide-t-il à aborder ces questions sur la raison pour laquelle il existe quelque chose appelé "univers", pourquoi il existe des choses telles que les "lois de la physique", pourquoi ces lois prennent la forme de la mécanique quantique, pourquoi une telle fonction d'onde et Hamiltonien? Bref, non. Je ne sais pas comment ils pourraient faire cela.
Parfois, les physiciens font semblant de répondre à ces questions, ce qui est très mauvais, car ils sont juste paresseux et n'essaient pas de réfléchir soigneusement à ce problème. Vous, par exemple, pouvez entendre des déclarations selon lesquelles nos lois de la physique pourraient se révéler être le seul type de lois imaginables ou les plus simples possibles. Mais ce n'est clairement pas le cas. Dans le cadre de la plate-forme de la mécanique quantique, il existe un nombre infini d'espaces de Hilbert possibles et un nombre infini d'hamiltoniens possibles, chacun définissant un ensemble de lois de la physique absolument admissible. Et un seul d'entre eux peut être correct, il est donc absurde d'affirmer que nos lois peuvent être les seules possibles.
Les appels à la simplicité ne sont pas utiles ici non plus. L'univers pourrait être le seul point qui ne change pas dans le temps. Ou un seul oscillateur oscillant sans cesse d'avant en arrière. Ce serait très simple. D'une certaine manière, une certaine définition de la simplicité peut apparaître selon laquelle nos lois se révéleront être les plus simples, mais il y en aura toujours d'autres selon lesquelles elles seront différentes. En tout cas, on pourrait alors se poser la question: pourquoi les lois devraient-elles être simples? De même, l'énoncé «peut-être que toutes les lois physiques sont réelles quelque part» ne répond pas à notre question. Pourquoi toutes les lois physiques sont-elles réelles?
Et parfois, d'un autre côté, les cosmologistes modernes parlent d'autres lois de la physique dans le contexte du multivers et suggèrent que nous voyons un ensemble de lois, et non un autre, pour des raisons fondamentalement
anthropiques . Mais cela, encore une fois, est une négligence simple. Nous parlons de la manifestation à basse énergie des lois de base, mais ces lois de base sont les mêmes dans tout le multivers. Nous avons encore la question de l'existence de ces lois profondes qui créent le multivers.
Fin de l'explication
Toutes ces questions sont intéressantes à poser, et la physique moderne ou la cosmologie ne répondent à aucune d'entre elles. Ou, du moins, il est intéressant de les relever, mais de mon point de vue, la meilleure réponse serait de les baisser rapidement. À ce stade, rappelez-vous, nous sommes déjà arrivés à un problème purement philosophique plutôt que scientifique.
Les questions «pourquoi» n'existent pas dans le vide; elles ont un sens dans une sorte de contexte explicatif. Si nous demandons: «Pourquoi le poulet a-t-il traversé la route?» [sujet populaire de courtes blagues / env. trad.], nous comprenons qu'il y a des choses comme les routes, elles ont des propriétés spéciales, et les choses appelées «poules» ont des objectifs et des motivations différents, et il y a des choses qui existent de l'autre côté de la route ou d'autres avantages de sa transition. Ce n'est que dans ce contexte qu'une réponse significative à la question «pourquoi» peut être proposée. Mais l'univers et les lois de la physique ne sont pas intégrés dans un contexte plus large. Il s'agit déjà du plus grand des contextes existants, à notre connaissance. Il n'y a rien de mal à admettre que la séquence des explications s'arrête quelque part, et la seule explication restante peut être "juste que tout est arrangé".
Eh bien ou pas. Nous devons être de bons empiristes et être ouverts à la possibilité que ce que nous considérons l'Univers existe dans un contexte plus large. Mais alors nous sommes susceptibles de redéfinir cela comme l'univers, et de rester avec les mêmes questions. Tant que vous reconnaissez que l'Univers a plus d'une façon imaginable d'exister, la chaîne d'explications aura toujours une fin. Je peux me tromper, mais insister sur le fait que «l'univers doit s'expliquer» est plutôt infondé.
Sons et fureurs
Voici ce que je peux dire à propos de ces questions intéressantes, mais je n'ai pas assez de force pour résister à quelques commentaires sur des questions de procédure.
Premièrement, je pense que le livre de Lawrence a beaucoup plus de sens dans le cadre du débat populaire «athéisme contre théisme», plutôt qu’une simple étude philosophique approfondie de l’ancien problème. La postface du livre a été écrite par
Richard Dawkins , et Lawrence a d'abord demandé ce service à
Christopher Hitchens , alors qu'il n'était pas encore très malade - et ces deux personnes, bien que très intelligentes, ne sont ni cosmologistes ni philosophes. Si vous décidez de rejeter les déclarations sur la nécessité de l'existence (ou de l'utilité) du Créateur dans le cadre du schéma cosmologique, alors le raisonnement ci-dessus sur la "création à partir de rien" vient vraiment à point. L'univers physique peut parfaitement être autosuffisant; elle n'a besoin de rien et de personne à l'extérieur pour le lancer, même si elle a eu un «début». Cela ne répond pas à la question classique de Leibniz, mais il ne fait pratiquement aucun doute que ce fait est une propriété remarquable de la physique moderne et a des conséquences intéressantes pour la cosmologie fondamentale.
Deuxièmement, après la publication de la revue de David, Lawrence a critiqué sans succès les «philosophes idiots» et toute la philosophie, au lieu de continuer à mener une discussion significative sur les questions d'intérêt. Comme la plupart des scientifiques, Lawrence reçoit peu de la philosophie des sciences. Mais le but de la philosophie n'est pas d'être utile à la science, pas plus qu'à la mycologie - d'être utile aux champignons. Les philosophes des sciences n'essaient pas de faire de la science, ils essaient de comprendre comment la science fonctionne et comment elle devrait fonctionner, de choisir la logique et les normes qui sous-tendent l'argumentation scientifique, de placer les connaissances scientifiques dans un contexte épistémologique plus large et de faire beaucoup d'autres choses intéressantes, non faire semblant d'être la science. Et si vous n'êtes pas intéressé, eh bien, d'accord.
Mais vous ne devriez pas essayer de saper la légitimité de l'existence de la région par des attaques dans sa direction - c'est stupide et non intellectuel, et c'est juste cette très mauvaise volonté de discuter respectueusement avec des chercheurs d'un autre domaine, ce que nous regrettons en matière de science. Il est dommage que les gens intelligents qui sont d'accord sur la plupart des choses importantes ne puissent s'empêcher de s'entendre sur tout le reste sans échanger des insultes. Nous devons essayer d'être au-dessus de cela.