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Le mystère de l’observation

Publié Par Mathis LeCorbot

En physique quantique, l’observation joue un rôle critique. Vous avez certainement entendu parler du chat de Schrödinger placé dans une boite dotée d’un mécanisme de désintégration radioactive qui, si elle survient, brise une fiole de gaz mortel. Si on laisse le chat dans la boite durant un temps équivalent à la demi-vie de l’atome radioactif, il a une chance sur deux de mourir.

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D’ailleurs, je félicite ce physicien d’avoir placé un chat dans sa boite. Il partage certainement avec moi une aversion pour ces boules de poils volatilophages.

En physique quantique, le concept du chat miaulant à moitié s’interprète légèrement différemment. Il n’est plus simplement question de statistique du genre « soit l’un, soit l’autre », mais plutôt « moitié l’un et moitié l’autre ». Ainsi, le chat se trouve simultanément dans les états vivant et mort jusqu’à ce qu’un observateur ouvre la boite pour constater lequel des deux a préséance. Mais avant ce constat, le chat partage les deux états à parts égales.

Évidemment, Schrödinger a utilisé la métaphore du chat pour expliquer des phénomènes quantiques réels. À l’échelle macroscopique, à notre échelle, les phénomènes quantiques se sont depuis longtemps résorbés et jamais on ne pourra établir qu’un chat soit simultanément mi-mort mi-vivant. Toutefois, à l’échelle microscopique, la simultanéité de deux états doit être considérée comme exacte. Il ne s’agit pas simplement d’une image, mais de la stricte vérité.

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Il faut cependant expliquer une différence fondamentale entre l’observation d’un chat et l’observation d’un photon, d’un électron ou d’un atome pour mieux comprendre la subtilité du phénomène quantique.

Dans notre monde quotidien, un bon observateur se doit de ne pas interagir avec son sujet d’étude s’il veut obtenir des données recevables. S’il perturbe le milieu observé, ses conclusions seront biaisées. En physique quantique, il est impossible d’observer sans perturber l’élément étudié. On ne peut pas connaitre les propriétés d’un photon ou d’un électron sans le faire interagir avec un instrument de mesure quelconque. Ainsi, l’observation quantique ne se contente pas d’observer à distance, elle perturbe violemment son sujet d’étude.

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En fait, si on n’interagit pas avec une particule, elle semble rester totalement intangible et son existence ne devient réelle que lorsqu’il y a une observation. Einstein avait ce principe en horreur. Il disait : « Je ne peux pas croire que la Lune n’est pas là lorsque je ne la regarde pas ».

Cette façon de voir n’est pas correcte. On devrait plutôt penser de la sorte. Même si la Lune n’existe pas véritablement lorsqu’on ne l’observe pas, les informations la concernant sont, elles, bien réelles. Ainsi, notre astre continue de générer des marées même si personne ne l’observe puisque l’espace conserve toutes les informations concernant l’ensemble de ses particules.

Ainsi, que la Lune prenne forme et couleurs uniquement lorsqu’on la regarde, ça ne change rien puisque ses informations restent bien présentes. Elles sont simplement lues, ou pas.

Je vous propose de vous référer à un autre de mes articles concernant l’univers informatif. Il est plus facile de démystifier les bizarreries de la physique quantique lorsqu’on imagine un univers où tout n’est qu’informations plutôt qu’un univers constitué à la base de matières et d’ondes. Oui, matières et énergies finissent par émerger par une interaction ou par une observation. Cependant, leurs informations restent toujours tapies au plus profond de la trame spatiotemporelle et ce sont elles qui comptent véritablement au bout du compte.

Des univers parallèles semblables au nôtre

Publié Par Mathis LeCorbot

Fringe, Flash, deux séries télévisées mettant en scène des univers parallèles à la fois semblables et légèrement différents. Cet intéressant concept cinématographique permet plein de rebondissements, mais est-il pour autant plausible ?

Certains scientifiques croient en ce concept en affirmant qu’il existerait 10500 univers, donc une quantité non négligeable très semblables au nôtre, avec des copies presque identiques de moi. Un moi, peut-être, avec un peu plus de cheveux, un peu plus d’argent, un peu plus de… bide ? Ben là ! Ayant presque les mêmes amis, presque la même famille et presque la même vie.

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Personnellement, si vous me donnez de bonnes raisons d’y croire je suis prêt à admettre l’existence d’autres univers en quantité « astronomique ». Mais même à l’aide de très bonnes substances illicites, je ne franchirais pas la ligne consistant à croire en des copies multiples de moi-même, vivant une existence presque semblable.

Ces moi 2.0, 153.0, 64 950 937,0, etc., ne peuvent pas exister même en comptant sur 10500 univers. Voici pourquoi.

Tout d’abord, tous ces univers devraient être issus d’une matrice unique, homogène, sans imagination, sans aucune imperfection non plus, sans distinctions, sans élément perturbateur externe ou interne, au même instant, avec la même quantité de matière et d’énergie, avec les mêmes lois de la physique et les mêmes valeurs des constantes fondamentales. C’est assez difficile à croire. Changez un iota à tout cela et l’univers se comportera différemment du nôtre, causant l’impossibilité de lui ressembler, même juste un tout petit peu.

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Je serai toutefois bon joueur et malgré cette très forte improbabilité, je passe par-dessus. Admettons qu’il existe bien 10500 jumeaux de notre propre Univers. Quelle est la suite de mon raisonnement pour rejeter l’existence de ces multiples et pâles copies de moi-même ? La réponse tient en un mot. Je vous le donne d’ici peu.

Pour en arriver aux univers semblables, j’ai dû postuler qu’ils sont tous régis par les mêmes lois. Il n’est donc plus question de virer les talons pour s’en tirer avec les conséquences de ce choix qui a favorisé jusqu’à présent les « pro-multivers quasi identiques », car sans ce choix, leur théorie ne tient plus.

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Ce postulat est, malheureusement pour les partisans de cette théorie, un sabre laser à deux rayons. Ouais, cette arme n’existait pas au moment d’inventer l’expression avec le couteau à deux tranchants du même côté et toujours muni d’une poignée sécuritaire. Il suffit de garder sa main sur la poignée et le danger de la double lame reste pour l’ennemi seul. Tandis que le double laser représente bien mieux le danger d’un choix bien défini. J’ai remplacé le fameux couteau par l’arme de certains Jedi parce que le laser double a ses avantages, mais aussi un très gros inconvénient. Il s’avère impossible de frapper droit au cœur par une attaque frontale. Évidemment, du coup, le second rayon vous tranche les parties vitales. Pas étonnant que Dark Maul ait perdu son combat avec un tel désavantage ! Mais je m’éloigne du sujet principal, j’y retourne.

Puisque les univers sont régis par les mêmes lois et qu’ici, la physique quantique mène notre monde, elle sévit également partout ailleurs. Ceux qui connaissent les aboutissants de la physique quantique ont déjà compris les conséquences. Pour les autres, je m’explique.

La physique quantique stipule que notre réalité n’est pas conçue de particules solides pouvant être précisément situées dans l’espace et le temps. Le hasard est au cœur de son fonctionnement. Par exemple, il est impossible de connaitre la position exacte d’un électron et encore moins de prévoir là où il se situera un peu plus tard. Cette impossibilité n’est pas due à une difficulté non encore résolue, elle est entièrement systémique. Il n’y a aucun moyen de le savoir parce qu’il n’existe aucun moyen de le savoir parce que le monde ne fonctionne pas ainsi. Voyez un électron, non pas comme une bille, mais comme une vapeur de… probabilités. 

Ainsi, les différents univers ne peuvent pas rester presque identiques au-delà de l’instant zéro à cause du hasard intrinsèque régissant ses plus intimes constituants. Ils vont tous diverger et vivront leur propre histoire même s’ils proviennent d’une matrice les ayant créés identiques.

Depuis le début de notre Univers, soit 13,8 milliards d’années, tous les atomes qui en font partie ont évolué au hasard. Et même si certaines lois globales engendrent une direction à l’évolution, le hasard empêche toute similitude. Ainsi, depuis l’instant zéro, les différents univers s’éloignent les uns des autres. 

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Pour ceux qui ont entendu parler de l’intrication quantique, celle-ci n’est d’aucun secours dans ce principe. L’intrication ne s’applique pas aux positions-impulsions des particules. Ainsi, l’interaction chimique des électrons est bien plus une affaire d’environnement. Le spin permet ou interdit l’interaction, mais ne dicte pas avec quel autre élément précis s’effectuera un couplage. 

Après 1060 parcelles de temps où le hasard existe en chacune d’entre elles, il est plus que raisonnable de considérer comme impossible l’existence de deux univers contenant un autre Corbot. Dieu, merci ! Pour vous, comme pour moi.

La gravitation

Publié Par Mathis LeCorbot

J’aimerais vous partager un peu de mon enghousisame pour la gravitation, car ce phénomène, cette force, cet effet, ce sujet d’étude est plus que fascinant.

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En Grèce antique, elle n’était pas universelle puisque les observations montraient que la fumée montait. Ainsi, tout ne tombait pas sur Terre. Ils voyaient également que la Lune ne tombait pas. Les objets possédaient donc un lieu naturel auquel ils se raccrochaient, soit la Terre, soit le ciel.

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Par la suite, Galilée montre que la chute des corps est universelle et pourtant l’expérience avec des corps légers et lourds ne pouvait pas le démontrer à cause de la résistance de l’air plus perturbante pour les objets très légers. Dans le vide, tous les corps tombent effectivement de façon identique, mais pas sur Terre. Et pourtant, il ose le prétendre grâce à des exercices de pensée, mais certainement pas grâce à une expérience qui aurait prouvé qu’une plume tombe à la même vitesse qu’une pierre ! Sa démonstration à la tour de Pise est du folklore.

Newton fait faire un bond de géant à la gravitation avec sa loi montrant que c’est une force qu’exercent les objets massifs entre eux. Il en déduit une formule montrant que cette force est proportionnelle à la multiplication des masses et diminue en fonction du carré de la distance séparant les deux objets.

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Mais le plus impressionnant est qu’il établit un parallèle entre la chute des corps sur Terre et les orbites célestes en affirmant que la Lune tombe bien sur la Terre, mais sa rotation autour de notre planète fait qu’elle ne cesse de nous rater. Il découvre l’existence d’une constante gravitationnelle (G) identique pour tous les corps s’attirant dans l’Univers. La force gravitationnelle s’exerce sans aucune limite de distance et elle est instantanée. Il sait que cette force dépend des masses des objets, mais il ignore ce qui fait que la masse attire la masse.

Einstein saute ensuite sur l’occasion de déclasser la théorie de Newton en sachant que la force gravitationnelle ne peut pas s’exercer instantanément puisque rien ne peut dépasser la vitesse limite correspondant à la vitesse de la lumière dans le vide. Il a compris que la théorie de Newton n’est qu’une approximation d’une théorie plus générale. Il cesse de voir la gravitation comme une force. Il établit une équivalence entre la masse inertielle et la masse pesante. Il considère que la masse déforme l’espace-temps et c’est cette déformation d’autant plus importante que la masse est grande et dense qui fait courber les trajectoires des objets, leur imposant de tourner le long d’une courbe elliptique pour les planètes gravitant autour des étoiles et des lunes autour de leurs planètes.

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La théorie du grand homme parvient même à prévoir que le temps est modifié par le champ de gravité. Aujourd’hui, il suffit de surélever une horloge atomique de 20 cm pour commencer à apercevoir un décalage entre celle-ci et une autre restée bien en place. Il reste cependant encore une grande inconnue dans cette théorie, pourquoi la masse plie-t-elle l’espace ? Et si la gravitation n’est pas une force, comment la masse parvient-elle à déformer l’espace autour d’elle sinon en lui appliquant une force qui l’étire ?

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Mais le plus gros problème avec la théorie de la gravitation d’Einstein qu’on appelle la relativité générale se situe dans les extrêmes. Elle prédit correctement la formation des trous noirs, mais elle établit une densité centrale valant l’infini, ce qui cesse d’être de la physique. Même chose pour le Big Bang, la relativité générale considère qu’au temps zéro, l’Univers était infiniment dense, infiniment chaud et infiniment petit. Une théorie qui prédit des infinis n’est plus une théorie et là encore, on peut considérer qu’il existe une meilleure théorie que la relativité générale.

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Afin de se dépêtrer de ces dérangeants infinis, les physiciens inventent d’autres théories dont l’une semble prometteuse, la gravitation quantique à boucles. Cette théorie cesse de voir l’espace-temps comme étant continu, il devient discret, comme des atomes tous identiques d’espace-temps. On obtient alors des aires et des volumes minimaux et discrets, une sorte de maillage tridimensionnel où tous les petits volumes incompressibles sont reliés entre eux par un réseau de spins. Le plus grand spécialiste de cette théorie est l’Italien Carlo Rovelli. L’Américain Lee Smolin de l’Institut Perimeter au Canada a également apporté une importante contribution. Plus récemment on entend beaucoup parler du Français Aurélien Barrau, une étoile montante de cette théorie et un excellent vulgarisateur. Je le félicite également pour ses sorties remarquées en faveur de l’environnement.

Mais la gravitation n’a pas terminé de nous surprendre et de nous étonner. Récemment, la mise en lumière du boson de Higgs et du champ de Higgs nous éclaire un peu plus sur le mécanisme engendrant la masse. Cependant, des questions fondamentales demeurent, dont à savoir pourquoi les particules ont toutes des masses différentes et pourquoi elles ont les masses qu’on leur connait ?

Mais il y a pire. On ignore si la gravitation existe aux petites échelles. Et quand je parle des petites échelles, je ne fais pas seulement allusion au niveau des particules élémentaires, mais à tout ce qui se situe en deçà du dixième de millimètre à cause d’autres forces s’exerçant à ces échelles et qui masquent très efficacement les éventuels effets de la gravitation. Pour savoir si deux protons s’attirent par la force gravitationnelle, il faudrait pouvoir la discerner à travers la force électromagnétique qui les repousse avec un facteur 1030 fois plus important.

En résumé, on sait calculer plein de choses en rapport avec la gravitation, mais on ignore encore totalement ce qui la constitue et même si elle existe réellement. Si la gravitation reste l’effet le plus évident à l’échelle humaine, elle demeure la plus mystérieuse de toutes les interactions.