Les modèles théoriques de l’univers. La conjecture Cordus

Jean-Paul Baquiast 21/02/2013

Prenons un exemple simple, consistant à faire l'hypothèse que l'univers est infini, c'est-à-dire sans limites dans le temps et dans l'espace. Les observations dont on dispose ne permettrait pas aujourd'hui de confirmer cette hypothèse. Elles montrent au contraire, par exemple grâce au satellite Planck observant ce que l'on nomme le Fonds diffus cosmologique (Cosmic Background Radiation Anisotropy ) qu'il existe une limite dans le temps et donc dans l'espace au delà de laquelle les observations sont impossibles. Les cosmologistes en déduisent qu'en l'absence de possibilités instrumentales, il n'est pas possible aujourd'hui de faire d'hypothèses vérifiables relatives au caractère fini ou infini de l'univers. Ceci n'interdit pas la recherche de modèles théoriques postulant le caractère infini de l'univers. Ces modèles s'opposeront dans ce cas à d'autres modèles théoriques éventuels, eux-aussi invérifiables, postulant l'existence de limites à l'univers, liées à telle ou telle propriété qui lui seraient attribuée.

Pour éviter de verser dans la littérature ou dans la mythologie, les modèles théoriques de l'univers doivent reposer sur de solides bases mathématiques. Cette exigence les réserve aux physiciens mathématiciens et en exclu le grand public. C'est le cas de la théorie des cordes, qui depuis quelques décennies propose des modèles de l'univers capables d'unifier deux domaines de la physique complètement vérifiés à ce jour mais incompatibles, la mécanique quantique et la relativité générale. Il s'agit de la gravitation quantique. Or si certains aspects de la théorie des cordes paraissent aujourd'hui susceptibles de vérification expérimentale, ce n'est pas le cas de l'ensemble de ses propositions. Elle postule par exemple l'existence d'un nombre indéterminé de dimensions d'espace ou même d'univers (le multivers).

Il s'en suit que de nombreux cosmologistes, notamment ceux qui travaillent avec l'aide des grands instruments d'observation moderne, proposent de renoncer entièrement non seulement à la théorie des cordes mais à la cosmologie théorique dans son ensemble. On serait tenté de les suivre, ou à tout le moins à se méfier de toutes spéculations par trop éloignées de ce qu'on appelle le réel observable. Mais d'autres chercheurs, dont ne saurait suspecter le sérieux, affirment au contraire que la physique, comme d'ailleurs les sciences en général, ne saurait se passer de modèles théorico-mathématiques, aussi exotiques que ceux-ci puissent paraître. C'est le cas de Léonard Suskind. Dans un interview récent publié par le NewScientist, il rappelle que personne n'est en droit d'interdire à un scientifique de faire des hypothèses théoriques, car il n'est pas possible d'affirmer que celles-ci ne seront pas un jour mises en défaut par d'autres hypothèses, voire testables expérimentalement 1).

La conjecture Cordus

Dans le cadre de cet article consacré au thème des modèles théoriques de l'univers, nous ne voudrions pas discuter de la pertinence de la théorie des cordes – ce que bien d'autres ont fait bien mieux que nous – mais présenter une théorie, ou plus exactement une hypothèse théorique ou conjecture, qui dans une certaine mesure s'en rapproche. Il s'agit de la conjecture Cordus, proposée par un physicien néo-zélandais, Dirk Pons 2). Cette conjecture, comme le montre les échanges qui lui sont consacrés, repris dans la rubrique « sources » in fine, est loin de faire l'unanimité. Elle est d'artilleurs très peu connue. Son auteur affirme qu'elle pourra prochainement faire des prédictions qui seront falsifiables, autrement dit soumises à l'épreuve de l'expérience. Mais ce n'est pas encore le cas actuellement. Pourquoi donc en ce cas s'y intéresser ?

Pour deux raisons. La première est parce qu'elle propose des entités du monde sub-atomique, généralement désignées dans les manuels par le terme de « particule », un modèle qui résoudrait le grand mystère de la mécanique quantique (MQ), le principe d'indétermination selon laquelle il n'est pas possible de connaître à la fois la position et la vitesse d'une particule massive donnée. Mais la seconde raison justifiant de s'intéresser à Cordus est d'ordre méthodologique. En approfondissement les explications données par Dirk Pons, son concepteur, on voit clairement comment des théoriciens imaginatifs tels que lui élaborent de novo des hypothèses ambitionnant de résoudre, parfois dans le plus grand détail, les questions encore sans réponses.

Sur le plan du fond, la conjecture Cordus s'inscrit dans les modèles « réalistes » de l'univers. Elle affirme qu'existent des variables cachées non locales (Non-local hidden-variable, NLHV) permettant, une fois mises en évidence, de déterminer non seulement l'état de telle particule en termes de position et de vitesse, mais tous les autres problèmes incompatibles avec le réalisme de la physique ordinaire observés par la physique quantique. On mentionne généralement les actions à distance hors de l'espace temps einsténien, telles qu'elles apparaissent à l'occasion de l'intrication, ou la prétendue intervention de la conscience de l'observateur dans la résolution de la fonction d'onde caractérisant un observable quantique. C'était on le sait la question de fond évoquée par le paradoxe EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) auquel Einstein avait consacré ses dernières recherches théoriques. Aujourd'hui encore un certain nombre de physiciens, s'inspirant de l'interprétation dite de Bohm- Broglie, pensent pouvoir montrer, ou tout au moins pouvoir rechercher, l'existence de telles variables cachées. 3)

Le public s'intéressera surtout au fait que le modèle d'univers proposé par Cordus résoudrait la question du temps, ou plutôt de son apparente irréversibilité. Cordus veut montrer qu'à certaines échelles, le temps n'existe pas. Ceci n'est pas nouveau, puisque les interactions dynamiques sont invariantes en fonction du temps, aussi bien pour la mécanique newtonienne que pour la MQ. Cordus veut aller plus loin, en montrant que le temps est une création anthropomorphique ou, plus exactement liée aux structures complexes de la matière, telles qu'elles sont apparues au cours de l'évolution de l'univers, et notamment sur Terre avec la matière vivante. Il s'agit là aussi d'un autre des grands « mystères » résultant de la MQ, pour laquelle les causalités liées au temps sont des constructions apparentes ne découlant pas de la réalité profonde de l'univers, si l'on peut parler de réalité en ce domaine.

Une particule spécifique

Pour justifier ses affirmations, Cordus propose une description réaliste de la particule. Superficiellement, cette description ressemble un peu à celles proposées par la théorie des cordes. Mais ses concepteurs l'ont voulu beaucoup plus simple, tout au moins pour qui cherche à l'exprimer de façon imagée, sans recourir nécessairement à des équations. Pour la conjecture, toutes les particules aujourd'hui identifiées, photons, électrons, protons ne sont pas ponctuelles (des points à zéro dimension). Elles ont une structure interne spécifique, d'où le nom que leur a donné Dirk Pons : « particules cordus », ceci pour les différencier des particules de la physique ordinaire. La conjecture définit la structure interne et externe de la particule cordus lui permettant de se comporter en variable cachée non locale (NLHV) lors des phénomènes d'intrication et de superposition onde-particule observés par la MQ. Elle montre ensuite comment ces particules peuvent s'agréger pour former les atomes, molécules et autres organismes de la physique macroscopique.

Selon Dirk Pons, la validité de cette l'hypothèse de structure a pu être testée avec succès (toujours théoriquement évidemment), puis précisée face aux problèmes posés par un grand nombre de phénomènes physiques. Elle a toujours conservé sa cohérence logique et sa capacité de répondre à ces problèmes. Nous n'avons ni le temps ni la compétence pour entrer dans la discussion mathématique et logique des arguments proposés. D'autres scientifiques l'ont apparemment déjà fait comme le montre certains arguments présents sur le web. On peut penser que, si la conjecture repose sur des vices évidents (des biais, sur la terminologie anglaise) elle sera vite abandonnée. Dans le cas contraire, elle fera de plus en plus parler d'elle.

Nous n'entrerons pas ici dans la description des structures interne et externe de la particule cordus, trop complexes pour figurer dans cet article. Disons seulement qu'au plan interne chaque particule cordus disposerait de deux terminaisons réactives séparée par une très petite distance finie, chacune de ces terminaisons se comportant comme une particule dans ses interactions avec le milieu extérieur. Elles sont reliées par une « fibrille » Celle-ci serait une structure dynamique persistante mais qui n'interagirerait pas avec la matière. Elle assurerait instantanément la connectivité et la synchronicité entre les deux extrémités, celles ci étant « énergisées » chacune à leur tour à des fréquences données. Au plan externe, les extrémités réactives émettraient une ou plusieurs lignes de champs au sein de l'espace, dans les domaines de l'électrostatique, du magnétisme et de la gravitation.

Ces caractères devraient permettre d'expliquer comment, la particule n'étant ni un point ponctuel ni une onde, elle peut selon les conditions de l'expérimentation, notamment dans l'expérience des fentes de Young, apparaitre de façon duale au plan macroscopique. Par ailleurs n'étant pas enfermée dans l'espace-temps einsténien, elle peut interagir avec elle-même, ou avec d'autres particules associées, sans considérations de temps et de distance, dans le cadre des expériences sur l'intrication.

N'en disons pas plus ici, mais bornons nous à citer un propos de Dick Pons, que l'on retrouvera dans les réactions aux textes mentionnés dans la rubrique Sources : « Si l'explication fournie par Cordus était correct, le photon ne serait ni une particule ni une onde, mais plutôt une structure spécifique dotée de champs discrets. Nous pouvons ainsi expliquer pourquoi son comportement dépend de la façon dont il est observé, ce qui est également fascinant. Quand elle est regardée à partir de la perspective Cordus, son comportement est parfaitement naturel. Son étrangeté apparente ne tient pas à une étrangeté de la nature, mais au fait que la MQ n'offre pas une bonne description de la réalité. Elle ne dispose pas des concepts nécessaires pour ce faire. Nous pensons pour notre part que nous disposons maintenant des mots et des concepts permettant d'exprimer ce qu'est réellement le photon. Au moins au niveau d'une réalité se situant au dessous du monde décrit par la MQ ».

Sans être physicien, on voit immédiatement le point faible du raisonnement qui fonde la conjecture Cordus. La mariée est trop belle, si l'on peut dire. Dirk Pons et son équipe ont dessiné une particule ad hoc, susceptible de répondre au mieux aux paradoxes actuels de la physique. Il n'y a pas lieu ensuite de s'étonner qu'elle y réponde. L'ensemble du processus peut certes s'abriter derrière les complexités d'un formalisme mathématique au moins aussi redoutable (semble-il) que celui de la MQ, désarmant à l'avance beaucoup de critiques. Mais les sceptiques feront valoir que tant que ceci restera théorique, sans preuves expérimentales probantes, ils resteront sceptiques. Ceci nous permet de retrouver la question posée dans ce petit article : quel crédit attribuer aux modèles d'univers purement théoriques ? La réponse proposée par Leonard Suskind dans l'interview cité ci-dessus peut-elle trouver une application en ce cas ?

Conclusion

Il est difficile de prévoir ce que deviendra la conjecture Cordus, parmi les très nombreuses autres propositions formulées par des chercheurs imaginatifs, dans les blogs spécialisés consacrés à la physique théorique. Ce qu'il nous paraissait intéressant à montrer dans cet article était la façon dont un physicien indiscutablement doué, tant en physique théorique qu'en physique expérimentale, procède quand il cherche à cherche à dépasser les limites des théories en vigueur. Il invente véritablement un être théorique que ni lui ni personne n'avait eu jusqu'à présent la possibilité, d'observer. Il lui donne les caractères ad hoc permettant à cette entité de répondre, sur le papier, à des questions non encore résolues, voire non encore posées. Il lui donne ensuite un nom de baptême et imagine ce que pourrait être la vie ultérieure de cet enfant dans le monde complexe des sciences physiques.

Qu'espère-t-il ce faisant ? Il espère un hasard favorable, tel que tous ceux ayant toujours permis l'évolution des idées scientifiques, qui sont oeuvre collective. Un jour quelqu'un d'autre que lui observera ou croira observer sa créature, en constatant qu'elle répond aux conditions spécifiées. Alors ce serait tout un pan du "réel" qui sortirait de l'ombre et imposerait sa présence aux scientifiques et au grand public.4) Un prix Nobel pourrait en résulter au profit de l'inventeur.

Ceci peut paraître un rêve illusoire. Mais n'est-pas de cette façon « bizarre » (weird) que se sont imposées les grandes découvertes, comme si la nature dictait aux cerveaux de certains humains, produits de cette même nature, de nouvelles idées permettant de mieux la comprendre, de mieux la construire ?

Notes.
1) « You cannot stop thinking about something because somebody has a philosophical prejudice about the way science should be done. What constitutes good science will ultimately be decided by the scientists doing the work, and not by philosophers or kibitzers - which is Yiddish for people who stand around yakking when they don't really have anything to say.
The multiverse idea could be falsified if someone came up with a solid mathematical argument for the value of dark energy that does not rely on the existence of a multiverse.
.Leonard Suskind »
Voir interview http://www.newscientist.com/article/mg21729040.300-into-the-impossible-with-a-father-of-string-theory.html

2) Dirk Pons Références http://www.mech.canterbury.ac.nz/people/Pons.shtml

3) Cf Wikipedia : En mécanique quantique, l'interprétation de Bohm a été formulée en 1952 par le physicien David Bohm. Il s'agit d'un développement de la Théorie de l'onde pilote imaginée par Louis de Broglie en 1927. Elle est aussi connue sous les noms d'interprétation ontologique et d'interprétation causale. La théorie de Bohm est souvent considérée comme la théorie quantique à variables cachées de référence, même si cette description est rejetée par l'ensemble des physiciens bohmiens, dont John S. Bell et d'autres physiciens et philosophes. Elle entend donner une vision réaliste et déterministe de la mécanique quantique, en opposition à l'interprétation de Copenhague.

4) Réel "réel", dans la perspective du réalisme des essences, réel "construit", dans la perspective de la conceptualisation relativisée prosée par Mioara Mugur Schachter et retenue par nous sur ce site. .

Sources pour Cordus
* Is time a dimension ?http://cordus.wordpress.com/
* http://physicsessays.org/doi/abs/10.4006/0836-1398-25.1.132
* http://vixra.org/abs/1106.0027
* http://www.vixra.org/

* Par ailleurs, Cordus est discuté dans les interventions de lecteurs suscités par l'article Quantum shadows ci-après
http://www.newscientist.com/article/mg21728971.600-quantum-shadows-the-mystery-of-matter-deepens.html