Le livre de la théorie
La théorie de la question (E)

© Thierry PERIAT : Textes, photos et idées

Introduction

Préambule

Je présente mes excuses aux lecteurs non francophones mais ce livre sera rédigé dans la langue de ma mère qui est aussi -avec quelques évolutions utiles la rendant mieux compréhensible- celle de Molière et de La Fontaine.

Une des préoccupations ancestrales des individus humains consiste à savoir décrire les trajectoires des objets, des animaux et des êtres qu’ils observent et manipulent ; y compris les leurs.

Les raisons la générant sont innombrables. Elles incluent les plus primaires consistant malheureusement à savoir comment éviter la flèche tirée par l’arc de son ennemi ou, inversement, à savoir comment être certain de l’atteindre avec celle qu’il aura tiré.

Mais elles s'étendent aussi jusqu'aux motivations les plus profondes et métaphysiques ; par exemple : celle ayant déjà préoccupé les anciens égyptiens s'interrogeant sur la course nocturne du soleil ("L'astre solaire réapparaitra-t-il après chaque nuit ; et si oui, pourquoi cette régularité ?"). Une autre illustration de ce souci est bien connue des adolescents et des millions d'êtres humains qui, aujourd'hui encore, ne savent pas de quoi demain sera fait ("Quel sera mon avenir ?) ; elle justifie nombre d'activités humaines anciennes ou récentes, parmi lesquelles il faut compter les assistances psychologiques et l'astrologie ou la cartomancie.

Ce livre tente d'apporter d'autres outils, plus rationnels, à la panoplie de ceux déjà existants et nous permettant de mieux maîtriser notre avenir, individuel ou/et collectif. Si les idées exposées dans l'ouvrage qui suit ont une quelconque utilité, je souhaite qu’il en soit fait usage de manière à améliorer la condition humaine et non pas pour augmenter son pouvoir d’autodestruction.

La notion de trajectoire

 Aussi contradictoire que ceci puisse paraître, à peu près un siècle après l'avènement de la mécanique quantique et au moment où celle-ci embellit -années après années- sa besace de trophées toujours plus curieux, il n’est pas inintéressant de se pencher à nouveau sur le concept de trajectoire. En effet, bien que cette branche de la physique ait proposé de lui substituer la notion de probabilité de présence et la loi de répartition des vitesses (J. C. Maxwell), il me semble qu’il existe encore au moins un scénario d'inspiration classique inexploré et qui puisse prétendre se substituer utilement à l’interprétation actuelle.

Pour accepter l’idée nouvelle que je vais énoncer, il faut faire preuve de deux qualités essentielles : (i) avoir l’esprit ouvert et (ii) faire preuve d’une imagination débordante. Comme je l’ai indiqué sur la page signalant la liste des problèmes non résolus, ce début de vingt-et-unième siècle reste en attente d’une nouvelle vague de théoriciens disposant de ces deux atouts. Car les données expérimentales, comme ceci n’est peut-être pas assez dit et su, ne manquent pas. Les moyens de les stocker non plus, compte tenu des progrès informatiques accomplis récemment (augmentation des capacités des mémoires). En revanche, il devient vital d’ordonner toutes ces informations, de les relier entre elles et de proposer des idées synthétiques qui les expliquent en grande majorité.

Le premier exemple concret, actuellement admis de tous, avec lequel je souhaite introduire le scénario encore inexploré dont je viens de suggérer l’existence est celui du trou noir. Introduit dès 1780 et affiné ensuite, entre-autre grâce aux points de vue développés par la théorie de la relativité (1917), le trou noir possède le plus souvent une frontière en deçà de laquelle une rai de lumière ne peut revenir. Par conséquent tout volume compris à l’intérieur de cette frontière n’est plus accessible aux instruments de mesure impliquant l’usage de la lumière pour opérer. Les travaux de Hawking apportent un élément de modération dans le non-retour et suggère que cette frontière entre le visible et l’invisible (alias la frontière de l’observabilité) serait le lieu de création de paires « particule-antiparticule ».

Si, dans une vision renouvelée de la notion de particule, j’admets qu’une particule élémentaire (a priori : quelle qu’en soit la nature) puisse se trouver dans un état énergétique qui lui permette d’occuper un volume « oscillant » autour de cette frontière de l’observabilité, alors je peux facilement imaginer que cette particule sera de temps à autre visible mais invisible le reste du temps. Je pourrai ainsi établir un ratio entre sa durée d’observabilité et sa durée de non-observabilité qui me donnera la sensation trompeuse d’avoir étudié une particule présente « à temps de pour cent du temps de sa durée de vie ».

Je pourrai alors être très fortement tenté d’identifier ce ratio avec la probabilité de présence de cette particule ; probabilité qui, elle, résulte des considérations et de la logique quantiques. C’est l’idée nouvelle que je souhaite introduire et, si possible, théoriser.

La vraisemblable structure en réseau de l’univers

Comme je l’ai déjà expliqué à divers endroits, je poursuis le rêve d’énoncer une version du modèle standard incluant la gravitation via l’usage de l’algèbre topologique. Ce Graal est évidemment partagé par quelques milliers de théoriciens et ce, depuis bientôt un siècle ; c’est-à-dire en fait depuis l’avènement de la mécanique quantique.

Il y a dans cette quête un nombre certain d’embûches. Elles sont liées aux thématiques abordées dont certaines, voire toutes, font ou ont déjà fait l’objet d’une abondante littérature (ésotérique, vulgarisatrice, professionnelle). Par exemple : « Que devient le concept même de particule lorsque l’expérimentateur ajuste ses instruments de mesure pour observer ce qui se passe à l’échelle subatomique ? Que deviennent les notions de trajectoire et de localisation dans ces circonstances ? » La difficulté à conceptualiser des réponses raisonnables à ces questions aboutit à un apparent constat d’échec renouvelé. Mais c’est peut-être faire preuve de peu de témérité que de penser ceci et de vouloir abandonner l’ouvrage si rapidement.

Concernant la description de la gravitation, il aura fallu des siècles pour que les travaux commencés avec Copernic (1473-1543), Brahe (1546-1601), Kepler (1571-1630), Galilée (1564-1642) aboutissent à faire comprendre que l’univers ne tournait pas autour de la terre … puis à la synthèse de Newton (1643-1727). Il en aura fallu encore quelques autres pour que grâce aux efforts de cartographie entamés par Magellan (?-1521), Descartes (1596-1650), Leibniz (1646-1716) et d’autres têtes intelligentes, un Gauss (1755-1855), un Riemann (1826-1866), ou un Lobatchevski (1792-1856) parviennent à rendre compte de la courbure des objets ou des supports sur lesquels ceux-ci évoluent. Enfin il aura fallu les travaux mathématiques d’E. B. Christoffel, la synthèse de l’électricité et du magnétisme réalisée par J. C. Maxwell (1831-1879), la célèbre expérience de Morley et Michelson et la proposition d’A. Einstein pour voir naître le modèle aujourd’hui communément accepté et dénommé « la théorie de la relativité générale ».

Pour autant, ce modèle théorique -comme tous les modèles- porte avec lui son domaine de définition ; et donc ses limites. Par exemple, la question de l’horizon des trous noirs demeure une des questions non résolues. Qui plus est, la confrontation des deux piliers majeurs du savoir physique moderne ne va pas de soi. Les deux théories, lorsqu’elles sont confrontées directement, aboutissent à des incohérences techniques ou numériques (La question de la constante cosmologique qui, elle aussi reste en suspens). De plus, les circonstances réelles nous forçant à faire usage simultané des deux pans de ce savoir restent apparemment rares et soumises à des difficultés expérimentales souvent insurmontables.

Une autre difficulté conceptuelle majeure tient au fait que la physique quantique ajoute à la notion classique de particule celle de particule médiatrice de la force agissant entre les précédentes. Cette partition aboutit à une partition entre fermions (exemple type : l’électron, une particule élémentaire souvent cataloguée comme classique) et bosons (exemple type : le photon vecteur de l’interaction électromagnétique).

L’esprit peut alors s’imaginer l’univers aux plus petites échelles comme une sorte de toile de forces enchevêtrées. En conséquence de quoi, usant de l’image du gant inversé, la démarche aboutit progressivement à catégoriser les parties jugées vides de notre univers comme l’ensemble des espaces interstitiels situés entre les courants de force ; ces parties vides s’apparentent alors fort probablement à un gigantesque néant… dont les frontières sont peut-être instables (ces frontières de l’invisibilité).

Cette image reste à mes yeux une des meilleures illustrations possibles de l’idée que je tente de décrire. Pour la comprendre, il faut s’imaginer que la photographie réalise un instantané de la structure spatiotemporelle. Les tubes figurent les trajets des particules élémentaires vectrices des forces d’interaction (les bosons). Les nœuds représentent les particules classiques (les fermions). Tous ensembles, ils délimitent de facto des zones où il devrait être possible d’observer de la matière (les zones tubulaires) et des zones de néant.

Une vision plus complète de ce modèle doit évidemment extrapoler cet arrêté sur image et intégrer l’idée que les positions des nœuds changent, que les zones tubulaires ne sont pas nécessairement cylindriques uniformes et rigides.

Elle doit sans doute aussi intégrer l’idée que les nœuds sont souvent visibles (observables) alors que les tubes ne le sont pas. Autrement dit il faut peut-être admettre l’idée que les bosons sont une sorte de trous noirs tubulaires et que, pour parachever cette vision hautement spéculative, leur masse associée se « situent » éventuellement sur leurs parois externes (the « on-shell mass » des anglo-saxons).

Conclusion

Malgré toutes les incertitudes encore persistantes (et elles sont nombreuses), des idées novatrices et une représentation nouvelle de la nature apparaissent lentement. Dans tous les cas de figure, le bon sens pousse à croire qu’il deviendra possible d’unifier les principes de la théorie de la relativité et ceux de la mécanique quantique.