Theorique | Dr. Goulu

La Renaissance du temps 2/2

Thu, 31 Dec 2015 00:00:00 +0000

Beaucoup trop longtemps après publiée lors de la du Café des Sciences, voici la fin du compte rendu consacré à la seconde partie du livre “grand public” de sur le temps.

Dans cette seconde partie, Smolin plaide en faveur de la réalité du temps et présente sa propre conception du temps. Petit rappel en préambule : Smolin est un cosmologiste reconnu qui a travaillé pendant des décennies avec les plus grands sur ce sujet, donc avant de le traiter d’hurluberlu aux idées délirantes, rappelez-vous qu’il peut vous asséner des “peer reviewed” et des tableaux noirs pleins de formules pour défendre son point de vue.

Mais il peut aussi se planter, et il l’admet, et ce qui en fait un scientifique.

11. les lois évolutives

Le chapitre 11 présente une première idée iconoclaste, celle de “lois évolutives” résultant d’une “ ” . L’hypothèse de base est que les univers se reproduisent par la création de nouveaux univers au cœur des trous noirs. Ces bébés univers auraient des constantes universelles légèrement différentes de celles de leur parent, mais seuls ceux qui seraient “fertiles” en trous noirs comme le notre se “reproduiraient” au cours d’un temps infini. Smolin propose un test indirect de son hypothèse : en simulant des univers dont les constantes universelles seraient légèrement différentes du nôtre, on devrait vérifier qu’ils produisent moins de trous noirs que le notre. D’autres hypothèses sont plus facilement testables et pourraient infirmer la sélection cosmologique naturelle, notamment une concernant les kaons qui jouent un rôle dans la masse minimale des étoiles à neutrons .

D’autre part, la sélection naturelle cosmologique nie l’épisode d’ . Selon la théorie de Smolin, l’Univers ne débute pas par une singularité mais par la taille du trou noir qui lui donne naissance, donc si les fluctuations du mesurées par que l’on est en train d’analyser ne sont pas compatibles avec son hypothèse, Smolin admet que sa théorie sera .

12. la mécanique quantique et la libération de l’atome

Smolin commence par relever l’échec de la mécanique quantique à décrire nos expériences individuelles et quotidiennes avant de livrer son credo:

J’en suis venu à croire que la mécanique quantique connaîtra le même sort que les grandes théories de Ptolémée et de Newton. Peut-être ne pouvons-nous pas la comprendre tout simplement parce qu’elle n’est pas vraie. Au lieu de cela, il est vraisemblable qu’elle soit une approximation d’une théorie plus profonde qui sera plus simple à comprendre. Cette théorie plus profonde est la théorie cosmologique inconnue que désignent tous les arguments de ce livre. La clef est, ici encore, la réalité du temps.

Mais Smolin reconnait que sa théorie doit décrire trois propriétés de la nature que la mécanique quantique a mis en évidence : l’ , la et les “questions incompatibles” associées au . Smolin esquisse les contours d’une variante de la mécanique quantique qu’il qualifie lui-même de spéculative, dans laquelle intervient un “principe de précédence” proche d’une idée énoncée par il y a plus d’un siècle:

Toutes choses ont une tendance à prendre des habitudes. Pour les atomes et leurs constituants, les molécules et les groupes de molécules, et en bref chaque objet réel concevable, il y a une plus grande probabilité d’agir comme lors d’une occasion antérieure qu’autrement. Cette tendance elle-même constitue une régularité, et ne cesse de s’intensifier.

Smolin relie ce principe de précédence au (qu’il trouve mal nommé, le libre arbitre étant un “concept glissant” selon lui) pour définir la “quantité de liberté” liée à une théorie, cette quantité étant la “quantité d’information sur un système dont vous aurez besoin afin d’être capable de faire des prédictions sur son futur”. Par exemple, la mécanique classique, déterministe, est la théorie qui minimise la liberté des systèmes étudiés. Lors de ses travaux , Smolin a montré que la mécanique quantique la maximise, puis a formulé une nouvelle formulation de la mécanique quantique combinant ce “principe de liberté maximale” et le “principe de précédence”.

Dans cette théorie, les particules interagissent avec leurs copies dans le passé pour “savoir” comment se comporter. Smolin admet ne pas trop savoir comment ça se passe, mais renvoie la question différemment : comment un quark sait-il qu’il est un quark ? Smolin soutient que sa théorie satisfait au moins la “fermeture explicative”, qui n’est possible qu’en admettant la réalité du temps. Par contre elle ne satisfait pas le “principe de raison suffisante” : comme les systèmes quantiques sont fondamentalement libres, il n’existe aucune raison rationnelle au résultat d’une expérience individuelle comme la désintégration d’un noyau radioactif.

13. le combat de la relativité et du quantum

Dans ce chapitre, Smolin s’attaque au conflit persistant depuis un siècle entre la mécanique quantique et la relativité et aux tentatives de résoudre ce conflit par les “théories aux ” comme la . Pour Smolin, le principal défaut de cette théorie est de ne pas satisfaire le critère du . L’ de la mécanique quantique corrige ce défaut, mais nécessite de considérer que la réalité “choisit” au hasard le résultat d’une expérience individuelle parmi la collection de tous les résultats possibles, ce qu’Einstein avait déjà compris:

Essayer de concevoir la description par la théorie quantique comme la description complète des systèmes individuels mène à des interprétations théoriques non naturelles, qui deviennent aussitôt superflues lorsqu’on accepte l’interprétation que la description se réfère à des ensembles (ou collections) de systèmes et non à des systèmes individuels. (Albert Einstein )

Mais où donc se trouvent ces “collections”, puisque la fermeture explicative exige qu’elle fasse partie de l’Univers ? Smolin propose une hypothèse pour le moins audacieuse : toutes les particules de l’Univers forment les “collections” de ces particules. Lorsqu’on observe un atome d’hydrogène, la position de son électron est “copiée” à partir de celle d’un autre atome d’hydrogène pris au hasard parmi tous ceux de l’Univers. Smolin a inventé des “règles de copiage” des propriétés qui donnent des probabilités pour la réponse d’un atome à une mesure rigoureusement identiques à celles calculées par la mécanique quantique. La théorie “interprétation d’ensemble réel” de Smolin explique bien l’intrication et autres phénomènes “non locaux” de la mécanique quantique, et aussi pourquoi les “gros” systèmes n’obéissent pas à la mécanique quantique : ils n’ont pas de copie dans l’Univers *.

Reste un gros problème : l’ “interprétation d’ensemble réel” n’est pas plus compatible avec la relativité que les autres interprétations de la mécanique quantique. Mais elle est compatible avec l’existence d’un temps réel, absolu:

Soit la mécanique quantique est la théorie finale et il n’y a pas moyen de sonder au delà du voile statistique pour atteindre un niveau de description plus profond, ou bien Einstein, Newton et Galilée avaient tort, il n’y a pas de relativité du mouvement, et avait raison : il existe une version privilégiée du mouvement et du repos.

14. la renaissance du temps par la relativité

Pour Smolin, le conflit entre mécanique quantique et relativité ramène à un conflit entre la relativité et le qu’il s’agit de résoudre en faveur de ce dernier. Ceci ne demande pas d’abandonner la théorie de la relativité mais de la reformuler.

La initiée par remplace la relativité du temps par la relativité de la taille des objets. L’idée est qu’il n’est pas possible de comparer la taille d’un objet proche avec celui d’un objet lointain sans déplacer l’un des objets ou une règle d’un objet à l’autre, soit exactement la même problématique que pour synchroniser deux horloges. Pour les théoriciens, cette dualité est complète, du même ordre que la : la “dynamique des formes” est parfaitement équivalente à la théorie de la relativité générale.

Mais alors qu’il n’existe pas de temps privilégié en relativité einsteinienne, il existe un temps universel en dynamique des formes, un temps absolu qui n’a de sens qu’à l’échelle de l’Univers. De plus en dynamique des formes il existe une grandeur sur laquelle tous les observateurs s’accordent : la taille de l’Univers. Pour Smolin, le temps vient d’être redécouvert : il mesure l’expansion de l’Univers !

15. l’émergence de l’espace

Ce long chapitre est le plat de résistance du livre. C’est là que ça passe où ça casse, et j’ai mis plus de deux semaines à le digérer avec peine. Il commence très fort:

L’aspect le plus mystérieux du monde est juste sous nos yeux. Rien n’est plus banal que l’espace, et pourtant lorsque nous l’examinons de près, rien n’est plus mystérieux. Je crois que le temps est réel et essentiel à une description fondamentale de la nature. Mais je crois probable que l’espace va s’avérer n’être qu’une illusion (…)

Selon Smolin, l’existence d’un temps réel est indispensable pour réconcilier les deux pans de la physique, mais l’espace ne l’est pas. Parmi les théories ayant exploré l’idée que l’espace d’une structure de plus fondamentale, la première est la “ ”.

Représentations graphiques de la triangulation dynamique causale d’un espace à 2 dimensions. J’ai mis cette vidéo là car je l’ai trouvée jolie, mais je n’y ai rien compris. Pour plus de détails, voir la .

Puis a proposé la “ ” (sic) . D’autres théories comme les et certaines variantes de la ramènent à la même idée.

Tout comme la dont elles sont assez proches, ces théories postulent que l’espace et le temps sont discrets à l’ (idée ). Smolin a besoin d’une quinzaine de pages pour décrire les propriétés du graphe défini par les “arêtes” de cette discrétisation dans ces différentes théories. Je résume ce que j’en ai retenu, en quelques lignes, avec les incohérences résultant des différences entre ces théories:

Les particules et leurs propriétés correspondent à la configuration du graphe à très petite échelle.
L’ensemble du graphe forme l’état quantique de l’Univers.
Les arêtes définissent la localité : deux nœuds connectés par une arête sont tellement proches que nous les percevons comme identiques. L’ et autres phénomènes de s’expliquent par des arêtes “court-circuitant” l’espace en liant des noeuds que nous percevons comme éloignées.
Les particules passent d’un noeud à un noeud voisin (= connecté par une arête d’une ) en un temps extrêmement bref ( un ), ce qui définit la vitesse de la lumière.
Initialement, l’Univers était très fortement connecté, tous les noeuds du graphe étaient locaux. Il était à la fois minuscule et doté de très nombreuses dimensions
Avec le temps, le graphe se transforme à très petite échelle selon des règles très simples qui tendent à réduire la dimensionnalité du graphe à 3, les trois dimensions de l’espace que nous percevons:

Un triomphe de la gravitation quantique à boucles est que la dynamique de l’espace-temps qui est donnée en relativité générale par les peut effectivement être codée en règles simples quant à la manière dont le graphe évolue dans le temps. (…) Nous considérons la gravitation quantique à boucles comme une “quantification” de la relativité générale. A l’inverse il y a plusieurs résultats indépendants montrant que la relativité générale émerge des modèles de (…) une version quantique de l’univers bloc.

Il ne faut donc pas imaginer ce graphe comme “dans” l’espace mais comme générant l’espace. Comme le conclut Smolin : “l’espace pourrait donc bien être une illusion, mais le temps doit être réel.”

16 . vie et mort de l’Univers

Ce chapitre traite du lien entre le temps et la en tentant de répondre à l’une des questions les plus intrigantes à propos de l’Univers : pourquoi l’Univers est-il intéressant ? Pourquoi ce que nous voyons autour de nous est structuré et complexe, alors que la complexité est statistiquement improbable ?

Smolin commence par fournir une clef pour comprendre la thermodynamique moderne (qui inclut la ) : elle relie deux niveaux de description d’un système. A l’échelle microscopique, on peut définir un “micro-état” par la position et le mouvement de chaque particule, alors qu’à l’échelle macroscopique le “macro-état” ne comprend que quelques variables comme la pression et la température. La thermodynamique concerne les relations entre ces deux descriptions.

Musée Guggenheim de Bilbao (Photo Dr. Goulu sur flickr)

Smolin commence par montrer que l’ est l’inverse de l’information en utilisant une analogie architecturale. Il faut beaucoup d’information pour décrire le design du musée Guggenheim de Bilbao dont toutes les pièces sont distinctes et doivent s’assembler de manière précise (entropie faible). Pour un immeuble en briques, il suffit de définir les dimensions des murs, que les maçons auront une multitude de manières de réaliser avec les briques standard fournies.

Ensuite Smolin introduit la notion de à l’aide d’un jeu de cartes : en le brassant très longtemps, il finira par se retrouver dans l’ordre. La probabilité que les atomes d’un gaz enfermé dans une boîte se retrouvent soudain tous comprimés dans une moitié de la boîte est infinitésimale, mais pas nulle. Par contre il est certain que les processus aléatoires microscopiques produisent des fluctuations à plus grande échelle, comme le qu’Albert Einstein (encore lui!) a réussi à .

Selon le , l’entropie d’un système augmente, l’amenant inéluctablement vers un équilibre thermique. En plus, les lois de la physique étant symétriques par rapport au temps, il ne devrait pas y avoir de . Pourtant depuis 13 milliards d’années, l’Univers n’a pas atteint cet équilibre, et la flèche du temps est évidente : nous nous sentons et nous observons comme voyageant du passé vers le futur. Pour Smolin il existe en fait plusieurs flèches du temps:

la flèche du temps cosmologique, correspondant à l’expansion de l’Univers
la flèche du temps thermodynamique selon laquelle un petit système isolé tend à devenir désordonné
on naît, on grandit, on vieillit et on meurt selon la flèche du temps biologique
nous nous rappelons du passé mais pas du futur; c’est la flèche du temps de l’expérience
moins évidente : la flèche du temps électromagnétique. La lumière voyageant du passé vers le futur, nous voyons le monde tel qu’il était dans le passé, jamais comme il sera
la flèche du temps gravitationnelle est l’équivalent pour les ondes gravitationnelles
la flèche du temps des trous noirs. Il n’y avait apparemment pas de trou noir primordial au moment du Big Bang. Aujourd’hui il y en a des milliards, et toujours pas de à l’horizon.

Pourquoi toutes ces flèches distinctes alors que les lois de la physique sont réversibles dans le temps ? Pour Smolin, c’est que les conditions initiales ne sont pas symétriques. Les conditions initiales de notre Univers semblent finement ajustées pour produire un Univers asymétrique dans le temps. Les physiciens sont aujourd’hui capables d’imaginer les univers produits par des conditions initiales légèrement différentes : ils seraient très différents du notre. Mais alors comment les conditions initiales sont elles choisies ? Et pourquoi seules les conditions initiales définissent l’asymétrie par rapport au temps, et pas les lois ?

Il se pourrait que les lois physique ainsi que les conditions initiales découlent toutes d’une même loi, plus fondamentale, et asymétrique par rapport au temps.

Smolin examine ensuite une autre hypothèse historiquement évoquée, celle dite du : dans un univers très vaste à l’équilibre thermique, la probabilité qu’un être conscient soit spontanément assemblé par le mouvement aléatoire d’atomes n’est pas nulle. Et si le temps est infini c’est même une certitude : il devrait y avoir beaucoup plus de “cerveaux de Boltzmann” produits par de petites fluctuations que de cerveaux produits par un mécanisme comme l’Evolution qui nécessiterait une énorme fluctuation durant des centaines de millions d’années. Or nous savons que nous sommes produits par l’Evolution et nous ne connaissons aucun “cerveau de Boltzmann”, donc nous ne sommes pas dans une fluctuation de l’Univers.

La vision intemporelle de la physique basée sur le paradigme de Newton a montré son impuissance face aux questions les plus basiques de l’univers : pourquoi est-il intéressant (…) au point que des créatures comme nous puissions y être et nous en émerveiller ?

Mais si nous adoptons la réalité du temps, nous rendons possible une physique asymétrique par rapport au temps dans laquelle l’univers peut naturellement faire évoluer de la complexité et de la structure. Et ainsi nous évitons le paradoxe d’un univers improbable.

17. la renaissance du temps par la chaleur et la lumière

Dans ce chapitre, Smolin poursuit sa réflexion sur l’émergence de structures organisées, apparemment en contradiction avec le .

Il commence par remarquer que, selon le principe d’identité des indiscernables évoqué au Chapitre 10, chaque instant et chaque endroit à chaque instant est distinguable d’un autre de façon unique. Ceci implique que notre univers ne peut pas avoir de symétries exactes. Toutes les symétries postulées jusqu’ici se sont avérées approchées ou rompues (voir ).

Pour Smolin, deux types d’univers sont théoriquement possibles:

les univers “boltzmanniens”, en quasi équilibre thermique, dans lesquels des fluctuations dues au hasard provoquent des états complexes par pur hasard
les univers “leibniziens” dans lesquel des flux d’énergie comme ceux fournis par les étoiles permettent à des systèmes ouverts comme les planètes, les êtres vivants etc. d’évoluer vers des états de plus grande organisation:

Ainsi, Aristote avait raison lorsqu’il comprenait que notre domaine terrestre est maintenu loi de l’équilibre par le flux d’énergie qui le traverse. Ne pas avoir suffisamment su apprécier cette idée a conduit certains scientifiques et philosophes à voir un conflit entre la et le fait que la ait produit des structures toujours plus improbables.

Mais pourquoi existe-t-il des étoiles ? Quelles sont les caractéristiques permettant leur apparition. D’abord, il faut un “ajustement incroyablement précis des paramètres qui gouvernent la physique”, pour reprendre les termes de Smolin. C’est un fait assez connu : si les “constantes universelles” qui équilibrent les étaient légèrement différentes, l’univers serait très différent.

L’autre caractéristique relevée par Smolin est moins évidente : les systèmes régis par la gravitation sont d’une certaine façon “anti thermodynamiques”. En injectant de l’énergie dans une étoile, un système solaire ou une galaxie, il “refroidit”. Par exemple, si on donne de l’énergie à une planète, elle va s’éloigner de l’étoile pour tourner sur une orbite plus lointaine sur laquelle elle se déplacera moins vite: son énergie cinétique baisse, donc la du système baisse. Selon le même principe un amas d’étoiles qui éjecte de temps en temps une étoile passant trop près d’un système double se refroidit.

Ceci ne contredit pas la , mais juste son interprétation naïve qui considère que l’augmentation de l’entropie produit des structures uniformes, prévisibles. Selon Smolin, la seconde loi amène au contraire les systèmes gravitationnels vers une multitude d’états possibles, très hétérogènes. Et c’est grâce à ceci que notre Univers est encore très loin de sa , 13.7 milliards d’années après ses origines.

18. Infinité de l’espace ou infinité du temps ?

Mais si l’univers était “boltzmanien” et infini, et que nous ne vivions que dans une région de 93 milliards d’années lumière de diamètre apparue par une grosse fluctuation statistique ? Alors il y aurait une infinité de copies de notre région, et de toutes ses variantes imaginables, ou inimaginables. Pour Smolin, ce serait la “tragédie de l’infini boltzmannien” : la physique ne sert à rien car elle ne décrit qu’un seul possible. En même temps que vous faites une expérience, une infinité de copies de vous qui font la même expérience dans une infinité de copies de cet univers obtiennent d’autres résultats, comme dans la . Pour Smolin, cette idée est inacceptable.

Le seul moyen de nier l’univers boltzmannien infini serait de démontrer que l’espace est fini. Or, les mesures de la ne permettent pas encore de conclure si l’espace est

refermé sur lui même et fini comme une sphère (courbure positive)
“plat” et infini, ou fini et torique (le tore a une courbure moyenne nulle)
ou a courbure négative, ce qui laisse une infinité de possibilités…

Smolin note au passage que seuls un univers spatialement fermé et fini obéit au principe de fermeture explicative et au principe de raison suffisante.

La suite du chapitre concerne la finitude du temps. Si le temps est infini, alors une fois que notre univers aura atteint sa il restera une infinité de temps pour que des fluctuations aléatoires produisent une infinité de structures hautement improbables : on retombe sur le paradoxe du cerveau de Boltzmann…

La plus grande inconnue concernant ce futur très très lointain est le rôle qu’y jouera l’ . Elle semble accélérer l’expansion de l’univers, mais tant qu’on n’aura pas compris sa nature et son lien avec la on ne peut exclure l’hypothèse du de l’Univers dans lequel l’espace se recompacte en . Les modèles cosmologiques montrent qu’il s’ensuit un produisant un nouvel univers comme lors du . Un tel événement doit théoriquement laisser des traces dans le : on devrait y détecter d’une part des ondes gravitationnelles primordiales, d’autre part un certain type de non-gaussianité du rayonnement. Des expériences sont en cours pour vérifier ou infirmer cette théorie, et celle plus communément admise de l’ , mais c’est délicat comme l’a montré la récente “affaire” 2.

propose un assez surprenant. Selon lui, le gaz de photons qui remplira l’univers en est indiscernable de celui qui existait au moment du Big Bang, donc par le principe des indiscernables c’est la même chose, et un nouvel univers naît automatiquement. Dans ce cas on devrait identifier des motifs circulaires dans le fonds diffus. Penrose croyait les avoir trouvés en 2010 mais c’est fortement contesté.

Pour Smolin cependant, l’idée d’une succession d’Univers est indispensable pour permettre l’ajustement des lois par évolution comme il l’a décrit au chapitre 10.

Ceux qu’encombrent des présupposés métaphysiques comme quoi le but de la science est de découvrir des vérités intemporelles représentés par des objets mathématiques intemporels pourraient croire qu’éliminer le temps, rendant ainsi l’univers semblable à un objet mathématique, est la voie vers une cosmologie scientifique. Mais il s’avère que c’est tout l’opposé. Comme l’a compris il y a plus d’un siècle, les lois doivent évoluer pour être explicables.

19. le futur du temps

Ce chapitre de conclusion commence par un résumé des chapitres précédents puis s’attaque au “dilemme des méta-lois” : si les lois physiques sont évolutives, alors qu’est-ce qui gouverne leur évolution ? Soit c’est une autre loi, donc une “méta-loi” puisqu’elle agit sur les lois, soit il n’y en a pas et les lois évoluent au hasard. Mais alors le principe de raison suffisante est “vérolé aux fondations même de la science”, pour reprendre les termes de Smolin.

Pour Smolin, la résolution de ce dilemme sera la clef des avancées de la cosmologie et de la physique théorique ce siècle. Pour lui, tant que les mathématiques ne parviendront pas à exprimer clairement ce qui distingue l’instant présent par rapport à t-1 et t+1, elles devront se mettre au service de la physique au lieu de pse prétendre discipline Reine. Ensuite:

La récompense que nous obtenons pour avoir sacrifié une reine est une vision plus démocratique du mobilier des théories physiques. (…) Il n’est plus possible de voir des lois absolues et intemporelles dicter l’évolution de la configuraiton ancrée dans le temps du monde. Si tout ce qui est réel est réel à un instant, alors la distinction entre lois et états doit être relative, ce qui survient et peut être distingué à une époque relativement froide et calme comme la notre. Mais dans d’autres ères plus violentes (NdG : comme les Big-Bangs successifs), la distinction doit se dissoudre en une description du monde totalement nouvelle, totalement dynamique, qui est rationnelle et répond au principe de raison suffisante.

Le livre s’achève par un long épilogue intitulé “Penser dans le temps” illustrant le fait que tous nos actes, notre pensée, notre civilisation sont fondamentalement basés sur l’écoulement irréversible du temps. Le réchauffement climatique et quelques effets économiques sont analysés sous ccet angle, mais j’ai survolé ce chapitre, le trouvant un peu hors-sujet.

Critique

Je me suis fait piéger en voulant parler de ce bouquin. J’avais envisagé de faire juste une critique du genre “Dans ce livre Smolin propose une nouvelle théorie de la physique extrêmement originale. Si vous vous intéressez à la cosmologie et avez de solides bases en physique, ce livre vous passionnera, mais il ne s’adresse définitivement pas au grand public.” Mais il fallait en dire un peu plus pour la du Café des Sciences, et comme je n’ai pas réussi à le résumer en un seul article c’est devenu un serpent de mer qui m’a bloqué de semaines, puis des mois car je ne voulais pas intercaler d’autre article entre les deux parties comme je le fais trop souvent, car ensuite je ne termine pas la série…

Maintenant que c’est fait, je dirais que ce livre est phénoménalement intéressant, et très ardu. Mais il ne se lit pas en quelques jours. Ni même en quelques semaines. Il faut vraiment s’accrocher. J’ai du relire certains passages plusieurs fois, y réfléchir des heures avant d’attaquer la suite, et je ne suis pas sur d’avoir tout compris. En fait je suis même sur de n’avoir pas compris grand chose (mais y’a-t-il quelque chose à comprendre?) . Je pourrais incriminer une traduction assez moyenne, ou simplement la densité de la prose de Smolin, mais en définitive c’est juste le défi lancé par Smolin qui est très ardu : vulgariser des concepts avancés de la cosmologie théorique, ce n’est définitivement pas facile. Et de ce point de vue j’ai lu pire, mais pas mieux depuis longtemps, donc c’est un bouquin important si vous vous intéressez au sujet.

L’objectif de terminer cet article en 2015 étant atteint, je vous donne rendez-vous pour un redémarrage de ce blog en 2016. A demain !

Note* : j’ai écrit à Smolin pour lui demander comment sa théorie traitait les phénomènes quantiques cryogéniques comme l’hélium superfluide et les qui n’ont dans l’univers.

Références

Lee Smolin (2014). La Renaissance du Temps: pour en finir avec la crise de la physique. Dunod.
Lee Smolin (1998). The life of the cosmos. Oxford University Press.
G. E. Brown, C.-H. Lee, and M. Rho “ ", 2008,
Lee Smolin, “ ", 2012, \[quant-ph\]
Albert Einstein, “Remarks to the Essays Appearing in this Collective Volume”, dans Schilpp, Paul Arthur (1998). Albert Einstein, Philosopher-Scientist: The Library of Living Philosophers Volume VII (Library of Living Philosophers). Open Court.
Lee Smolin, “ ”, 2011, \[quant-ph\]
Tomasz Konopka, Fotini Markopoulou, Lee Smolin “Quantum Graphity”, 2006, arXiv:hep-th/0611197

La Renaissance du Temps 1/2

Wed, 28 Jan 2015 00:00:00 +0000

A l’occasion de la du C@fé des Sciences, voici un compte rendu du livre “grand public” de , physicien théoricien passionné par ce sujet. Je n’ai pas réussi à résumer en un seul article ce livre de 300 pages extrêmement denses en informations et idées étonnantes.

Donc voici ce que j’ai retenu de la première partie du livre intitulée “Le poids : la mort du temps”, dans laquelle Smolin décrit comment le temps a progressivement quasiment disparu de la physique au point que de nombreux scientifiques le considèrent comme une illusion ou une .

Un second article couvrira très bientôt la seconde partie “Lumière : la renaissance du temps” dans laquelle Smolin plaide en faveur de la réalité du temps et présente sa propre conception du temps, dont les implications sont stupéfiantes.

1, 2, 3 : La mort du temps

Le premier chapitre propose la comme prétexte à une réflexion philosophique sur l’existence du monde des mathématiques, atemporel, dans lequel existeraient les équations décrivant notre univers sensible. Pour Smolin, cette approche est du même ordre que le mysticisme religieux. Il défend une approche :

C’est un bien plus grand défi que d’accepter la discipline de devoir expliquer l’univers que nous percevons et dont nous faisons l’expérience uniquement en termes de lui-même, d’expliquer le réel seulement par le réel.

Après un rappel historique des progrès de l’astronomie jusqu’à Newton et sa unifiant le mouvement des astres et la chute des corps sur Terre, Smolin consacre un chapitre entier à la représentation du temps en physique, et notamment aux graphiques représentant le temps sur un axe et la position sur un autre:

C’est une complète invention humaine, seulement une autre représentation de l’enregistrement du processus (…) Si nous confondons l’espace-temps avec la réalité, nous commettons une faute que nous pourrions appeler l’erreur de la spatialisation du temps (…). Ici dans le monde réel il y a toujours un instant, un moment présent. Aucun objet mathématique ne peut avoir cette particularité car une fois construits, les objets mathématiques sont intemporels.

4. faire de la physique dans une boîte

Le chapitre 4 est l’un de ceux qui m’a le plus fait réfléchir. Smolin relève que l’approche scientifique a conduit à “faire de la physique dans une boîte” : on considère un petit sous- du reste de l’univers dans lequel on néglige certains effets pour ne s’intéresser qu’à certaines variables qui définissent un , atemporel. De plus, en général on considère l’horloge comme extérieure au sous-système : l’évolution du système est mesurée en référence à une horloge extérieure, et rien de ce qui se produit dans le système n’est supposé influer sur l’horloge. Smolin insiste sur la puissance pratique de cette approche newtonienne de la physique pour décrire et prédire ce qui se passe à notre échelle. Mais en l’appliquant à l’Univers dans sa globalité, on commet l’erreur de penser que l’Univers évolue par rapport à une horloge absolue qui lui est extérieure, et une autre plus grave car plus insidieuse, de croire que les lois de la physique sont elles aussi extérieures au système et indépendantes du temps.

5. éradication de la surprise et de la nouveauté

Le chapitre suivant traite de l’ “éradication de la surprise et de la nouveauté” qui découlerait d’un univers totalement . De plus, les lois fondamentales de la physique étant réversibles dans le temps en vertu de la (dont je cause dans ) , la distinction entre passé et futur disparaît des équations mathématiques et apporte encore un argument aux physiciens qui éradiquent le temps de leur conception de la nature", pour reprendre les mots de Smolin

6. relativité et intemporalité

Animation relativiste trouvée sur la Wikipédia montrant les plans de simultanéité suivant la vitesse relative de référentiels divers par rapport à un référentiel où les événements A, B et C sont simultanés.

Le chapitre 6 intitulé “relativité et intemporalité” traite de la conception du temps qui résulte des théories de la relativité (restreinte et générale) d’Einstein et dont j’ai déjà causé dans plusieurs articles : le temps est une qui pour former l’ des “éternalistes”. Pour Smolin, pourtant plein d’admiration pour Einstein et ses travaux notamment son qui traite de la chute libre, et même si la parvient à mettre le temps “dans” l’Univers, cette conception du temps n’est pas satisfaisante. D’une part il y a les problèmes posés par les singularités comme les trous noirs et le Big Bang, mais surtout l’ est toujours une loi intemporelle, extérieure à l’univers, et qui ne répond toujours pas à la question de savoir pourquoi je ressens une certaine configuration de l’Univers comme “présente”, et ce qui distingue le futur du passé.

7. cosmologie quantique

Le chapitre 7 “ et fin du temps” traite de la vision du temps apportée par l’autre grande branche de la physique théorique, la dans laquelle le temps disparaît complètement et débouche sur le :

Le cosmos quantique n’évolue pas ni ne change, il n’est pas en expansion ni en contraction, il EST, tout simplement.

Pour Smolin, la mécanique quantique est l’illustration parfaite de la “physique dans une boite” : elle marche très bien pour un atome tellement isolé qu’on n’a même pas le droit de l’observer, et l’ , elle aussi extérieure à la boîte, décrit comment l’ de l’atome évolue en fonction d’une horloge elle aussi extérieure à la boite. Pour supprimer cette horloge, la cosmologie quantique de Wheeler & DeWitt énonce que la l’énergie totale de l’Univers doit être nulle, donc qu’il existe de l’ , entre autres sous forme d’énergie potentielle de gravitation, qui contrebalance exactement l’énergie “positive” et la matière qui lui correspond.

Smolin est pour le moins critique avec cette approche et défend plutôt la qu’il a contribué à développer, avec entre autres. Si j’ai bien compris cette page (89) assez dense, la gravitation quantique à boucles déboucherait sur l’idée que le temps puisse “émerger” à notre échelle alors qu’il n’aurait pas de signification à l’échelle des particules, la notion de . Smolin mentionne aussi d’autres conceptions du temps censées être compatibles avec la cosmologie quantique, notamment celle de , sur la nature du temps en 2009 (et dont le site s’appelle )

Pour Barbour, tout les instants possibles de l’Univers correspondant à tous ses états quantiques possibles “existent” dans un phénoménalement grand “entassement d’instants”. De plus les instants/états sont dupliqués à de très nombreux exemplaires en fonction de leur probabilité d’occurrence. Selon Barbour l’Univers passe d’un instant à l’autre en permanence au hasard, sans causalité, mais avec une “préférence” statistique pour le passage d’un “petit” état défini par peu d’information à un état “grand”, ce qui définirait la . Smolin termine ce chapitre par une citation ( ) d’Einstein, tirée de la lettre de condoléances qu’il envoya à l’épouse de son ami Luc Besso:

Il a pris congé de ce monde étrange avec un peu d’avance sur moi. Cela ne veut rien dire. Les gens comme nous, qui croyons à la physique, savons que la distinction entre passé, présent et futur est seulement une illusion d’une persistance entêtée.

La première partie du livre se termine en réalité ici, mais je trouve que les deux chapitres suivants auraient pu y être rattachés car ils ne concernent pas encore la conception du temps de Smolin

8. l’erreur cosmologique

Au chapitre 8, il revient sur ce qu’il appelle l’“erreur cosmologique” : appliquer à l’Univers entier des lois établies et vérifiées sur des sous-systèmes. Il fait remarquer en particulier que les lois se vérifient sur beaucoup de sous-systèmes, alors que nous n’avons qu’un seul Univers sous la main. Comment vérifier la validité d’une loi sur un un seul “cas d’application” ? Et pourquoi cette loi et pas une autre ? De plus, beaucoup de théories cosmologiques ( , …) admettent en réalité une infinité de solutions, parmi lesquelles une seule correspond à notre univers. Doit-on se résoudre à admettre l’existence d’une infinité d’Univers inaccessibles pour pouvoir justifier le notre par un ?

9. le défi cosmologique

Smolin relève ensuite que toutes les théories physiques divisent le monde en deux parties, une “dynamique” qui change , et une statique qui contient un “fond” de choses immuables, comme les constantes fondamentales par exemple. Au chapitre 9, il présente le “défi cosmologique” consistant à formuler une théorie de l’univers “indépendante du fond”, purement dynamique afin de ne rien supposer d’extérieur à l’Univers.

Lorsqu’on fait de la “physique dans une boite”, le “fond” comprend notamment les , et la méthode expérimentale permet de contrôler les conditions initiales afin de s’assurer que les lois sont indépendantes de ces conditions. En cosmologie, cette distinction entre “lois” et “conditions initiales” aggrave le problème qu’elle résout “dans une boite” : si nos observations du ne correspondent pas bien à la théorie de , faut-il corriger la loi ou les conditions initiales ? Smolin critique aussi les qui décrivent bien ce qui se passe à une certaine échelle de grandeur, mais en négligeant l’influence de ce qui est beaucoup plus grand ou plus petit. Pour Smolin, la théorie issue du défi cosmologique doit tenir compte de tout, sans rien négliger.

10. nouveaux principes de cosmologie

Le chapitre 10 liste les “nouveaux principes de cosmologie” que devrait satisfaire une nouvelle théorie cosmologique:

Elle devrait contenir ce que nous savons déjà sur la nature. Le , la et la doivent “émerger en tant qu’approximations” de cette nouvelle théorie.
Elle devrait être scientifique, c’est à dire produire des prédictions testables pour des expériences réalistes ( !)
Elle devrait répondre à la question “Pourquoi ces lois ?”
Elle devrait résoudre le problème des conditions initiales
Elle ne devrait contenir ni symétries ni . Là je sens bondir ! L’argument de Smolin est basé sur le qu’il considère extrêmement important, et sur l’idée que les symétries ne sont valables que “dans une boite”, et parfois . Donc il ne dit pas que les symétries ou les lois de conservation sont fausses, mais plutôt qu’elles devraient résulter de la théorie (selon le point 1) au lieu d’en être le fondement comme dans les théories basées sur la par exemple.
Elle devrait être et au plan explicatif : rien hors de l’Univers ne devrait être requis pour expliquer quoi que ce soit à l’intérieur de l’Univers
Elle devrait satisfaire le , le , ainsi que le . Ces principes “philosophiques” m’ont semblé les plus contestables, et je n’ai pas vraiment compris pourquoi Smolin les introduit si ce n’est pour favoriser sa propre théorie…
Ses variables physiques ne devraient décrire que des relations évolutives entre des entités dynamique. Elle devrait être purement dynamique, indépendante du fond, ce qui implique que les lois de la nature évoluent, impliquant que le temps est réel.

Dans ce dernier point, Smolin n’arrive plus à s’empêcher de mentionner sa solution en même temps que le problème. Nous verrons dans la deuxième partie que l’idée de lois physiques qui évoluent n’est qu’une des nombreuses hypothèses étonnantes de Smolin, mais aussi qu’il propose des méthodes expérimentales de les vérifier.

Ca fait envie ? Patientez quelques jours pour , lisez d’autres compte-rendus , ou achetez le livre !

Références

Lee Smolin (2014). La Renaissance du Temps: pour en finir avec la crise de la physique. Dunod.
Bernard Dugué “ ”, 2013, sur Agoravox
Jean-Paul Baquiast, “ ”, 2013, Revue Automates Intelligents No 136

Pour la Science d'octobre

Mon, 30 Sep 2013 00:00:00 +0000

Plusieurs articles du de ce mois d’octobre ( ) m’ont particulièrement intéressé.

“La naissance de l’écriture en Égypte” décrit comment cinq “systèmes graphiques” ornant des poteries ou des sceaux ont donné naissance aux hiéroglyphes vers l’an -3250 (notez la précision). Je n’avais jamais vraiment réalisé la différence fondamentale entre des dessins et une . Des dessins figuratifs peuvent être compris par tous, alors qu’une écriture représente les sons d’une langue qui doit être commune aux scribes aux lecteurs. Selon l’auteur de l’article, c’est la méconnaissance de la langue sous-jacente qui empêche de .

“Des failles dans le tableau périodique” tombe à pic pour faire suite à . La découverte de l’ ayant été confirmée et celle de l’ synthétisé une première fois en 2010 étant attendue, il ne restera plus qu’à obtenir les deux attendus cette décennie pour terminer l’oeuvre de Mendeleïev commencée en 1869 : toutes les lignes et colonnes du seront complètes. Si on parvient un jour à produire un noyau contenant plus de 120 protons, il appartiendra à une famille totalement nouvelle : les . Il est cependant difficile de prévoir les caractéristiques physico-chimiques de ces éléments, car les électrons orbitent autour de ces gros atomes à des vitesses relativistes, ce qui modifie considérablement les caractéristiques attendues en fonction de leur position dans le tableau. C’est la relativité restreinte qui fait que l’Or est jaune, et que le situé sous le Mercure dans le tableau a de nombreux points communs avec le Radon.

L’auteur de “Particules et champs sont-ils réels ?” , physicien et philosophe, se demande dans quelle mesure les notions indissociables de particules et de champs postulées par la et le correspondent à la réalité. Selon la physique, ces entités sont trop différentes de l’image que nous nous en faisons à partir des observations à notre échelle, comme “particule = petite boule de billard” et “champ = espace avec des valeurs en chaque point” alors que l’intrication quantique et les champs quantiques d’opérateurs ne correspondent à rien à notre échelle. Une susceptible de résoudre ces contradictions serait le , dans lequel seules les relations, les propriétés ou “structures” existent vraiment, et ce que nous appelons “objets” n’en seraient qu’une émergence. Si j’ai bien compris, une structure combinant une charge négative, un demi-spin et une saupoudrée de masse ferait “émerger” ce que nous appelons un électron.

Personnellement, j’ai découvert que mon me rend au moins un peu en découvrant ce passage:

La théorie rend compte de nos observations en termes de quarks, muons, photons et divers champs quantiques, mais elle ne nous dit pas ce qu’est véritablement un photon ou un champ quantique. Et elle n’a pas besoin de le faire, parce que les théories physiques peuvent être empiriquement valables en grande partie sans régler ces questions métaphysiques.

Pour de nombreux physiciens, c’est suffisant. Ils adoptent une attitude dite instrumentaliste : selon eux, les théories scientifiques ne représentent pas nécessairement la réalité du monde. Pour eux, les théories ne sont que des outils pour faire des prédictions expérimentales.

Et je le prouve : quelle expérience permettrait-elle de vérifier si le monde est “structurellement réaliste” plutôt que quantique+relativiste ? Aucune ? Alors cette “ontologie” n’a aucun autre intérêt que de simplifier éventuellement certaines formules. C’est très bien, c’est très beau, mais est-ce suffisant pour prétendre à être plus proche de la réalité ? Pourquoi ne pas accepter que ce soit les propriétés “simples” d’entités macroscopiques comme les boules de billard et les champs vectoriels qui “émergent” des propriétés quantiques ? Enfin, le réalisme structurel ne me semble pas permettre d’avancer sur une question physico/philosophique absolument fondamentale : . Sans ça, toute me semble désespérément planante…

les 14 types connus de pavages pentagonaux

L’article de Jean-Paul Delahaye sur les pavages pentagonaux remontera le moral de tous les mathématiciens célèbres qui sommeillent en nous. Imaginez qu’une brave dame nommée a découvert en l’espace de 10 ans quatre manières différentes de paver le plan avec des pentagones après que des mathématiciens professionnels aient plusieurs fois démontré qu’il n’en existait pas plus que ceux déjà connus. Aujourd’hui on connait les 14 pavages ci-dessus, mais il en existe peut-être plus… Un autre amateur, Jaap Scherphuis a listé ” dont on ignore si elle est complète. De plus, sa est une mine d’articles futurs…

Dans le genre “incroyable mais vrai”, Loïc Mangin présente le stupéfiant travail artistique de deux soeurs jumelles qui ont reproduit un récif de corail au crochet. Son article explique que la technique du crochet permet de générer la typique de nombreuses structures coralliennes. Pour en savoir plus, regardez la de Margaret Wertheim.

Récif corallien en crochet de l’Institute for Figuring des soeurs Wertheim

Enfin “L’élagage des souvenirs pendant le sommeil” propose une hypothèse contraire à celle communément admise selon laquelle les souvenirs acquis récemment sont renforcés lors du sommeil. Selon les auteurs, ce sont au contraire les synapses liées aux souvenirs “inutiles” qui sont affaiblies durant le sommeil. Pour eux, le tri des souvenirs “utiles” du “bruit de fond” se fait pendant le sommeil en mettant en correspondance tous les souvenirs acquis pendant la journée avec ceux plus anciens, en les combinant de diverses manières, ce qui provoque les rêves.

Et c’est exactement ce que je vais aller faire maintenant, juste après vous avoir recommandé de foncer au kiosque vous acheter ce numéro passionnant.

Références:

G. Graff, “La naissance de l’écriture en Égypte”, Pour la Science, octobre 2013, no. 432, pp. 40–47
E. Scerri, “Des failles dans le tableau périodique”, Pour la Science, octobre 2013, no. 432, pp. 66–71
M. Kuhlmann, “Particules et champs sont-ils réels ?” Pour la Science, octobre 2013, no. 432, pp. 56–62
J.-P. Delahaye, “Les pavages pentagonaux : une classification qui s’améliore”, Pour la Science, octobre 2013, no. 432, pp. 78–83.
L. Mangin, “Le crochet, le corail et la géométrie”, Pour la Science, octobre 2013, no. 432, pp. 86–87
G. Tononi and C. Cirelli, “Oublier pour mieux se souvenir pendant le sommeil”, Pour la Science, octobre 2013, no. 432, pp. 24–30

Selon Newton, l'univers serait discret

Sat, 13 Aug 2011 00:00:00 +0000

"An experimental sonic black hole" par "E8 Album HQR Initiative" sur flickr.com

C’est du moins ce qu’illustre Jarmo Mäkelä dans son essai “Is Reality Digital or Analog?” qui a remporté le premier dont il y a quelques mois.

Le texte commence comme une petite nouvelle de S.-F. : le narrateur rêve de rencontrer Sir Isaac Newton après lui avoir envoyé quelques livres et articles sur la physique contemporaine, et il trouve le lendemain une invitation à rencontrer le célèbre physicien le 18 novembre 1700 à Londres, à 3 PM. Ne souhaitant pas “ennuyer le lecteur avec une description détaillée de la manière dont il s’est rendu au rendez-vous”, Mäkelä passe à un compte-rendu de sa rencontre avec Newton, auquel il demande sans ambages : “Alors, la réalité est-elle digitale ou analogique?”. Newton répond sans hésitation “Digital, of course.” - “Comment le savez-vous?” - “Parce que je l’ai calculé.”

Suivent deux pages de vulgarisation très bien faites sur la relativité et la mécanique quantique pour arriver au résultat sur lequel Newton base son calcul : l’ prédite par Stephen Hawking. Les trois pages suivantes sont consacrées à la physique des trous noirs. Elles sont nettement plus techniques et décorées de quelques formules susceptibles d’effrayer les non matheux, mais l’argumentation peut être suivie grâce au texte du dialogue entre les deux physiciens.

En résumé, un trou noir a une masse finie, une finie et la surface de son est elle aussi finie. Pourtant le calcul de la d’un trou noir conduit à des fonctions divergentes qui n’ont pas de réalité physique, à moins de considérer que la surface de l’horizon des événements est constituée d’une somme (finie) de surfaces minuscules. Et puisque l’horizon des événements appartient à l’espace-temps “normal”, alors toute surface dans l’espace-temps “normal” doit être discrète.

une brique d’espace-temps ?

A la fin de son essai, Mäkelä va encore plus loin : à l’ où les notions de distance, de temps et de causalité n’ont plus de sens, son Newton propose de substituer un sorte de “surface de Planck”. Il explique que dans l’espace temps, l’analogue du tétraèdre (4 sommets, 6 arètes, 4 triangles) est un “4- ” appelé aussi ". Cet objet a 5 sommets, et 10 arêtes qui forment aussi 10 triangles, ce qui permet exprimer la longueur des arêtes en fonction de la surface des triangles aussi bien que la surface des triangles en fonction de la longueur des arêtes. Dans un espace-temps découpé en “pentatopes”, les notions de distance et de surface sont interchangeables !

Après cette rencontre extraordinaire, Newton remet à son visiteur temporel un papier intitulé “La théorie complète de la ” à publier au XXIème siècle, mais au moment d’en découvrir l’équation fondamentale, le narrateur se réveille dans son lit…

Je le dis tout net, l’essai de Jarmo Mäkelä est un chef-d’oeuvre. Je n’ai pas la compétence d’en juger la valeur purement scientifique (voir les nombreux à son article si ça vous intéresse), mais du point de vue de la littérature scientifique, c’est une magnifique combinaison de fiction, de vulgarisation et de pédagogie sur un sujet aussi pointu que fondamental. Vous lisez l’anglais ? Alors lisez !

Note: titre changé le 8.8.18 de “… digital” en “… discret” car effectivement plus clair en français

Références:

Jarmo Mäkelä, “ ”, FQXi 2011
George Musser “ ” sur le blog Scientific American
" " sur Zone-Reflex

La réalité est-elle digitale ou analogique ?

Wed, 30 Mar 2011 00:00:00 +0000

"Deconstitutionalisation 29" par maistora sur Flickr

C’est le sujet du , motivé par cette réflexion*:

“Alors que la physique classique - ainsi que le calcul différentiel qui lui sert de fondations - est basé sur les nombre réels et leur ensemble continu de valeurs, la mécanique quantique indique que certaines quantités physiques ne peuvent prendre que des valeurs discrètes et dénombrables. En conséquence, plusieurs approches actuelles des questions fondamentales de la physique et de la cosmologie soutiennent de nouvelles visions de la nature discrètes ou “digitales”. Ce concours d’essais pose cette question : la Nature est-elle fondamentalement continue, ou discrète, et comment ces deux conceptions contradictoires mais très utiles pourraient être réconciliées ?”

Les essais doivent aborder une ou plusieurs des aspects suivants:

Comment un espace-temps ou un autre continuum doté de symétries continues peut-il émerger d’une description “digitale” ?

Quelle est la nature de l’epace ? Comment un univers discret pourrait-il être en expansion sans que sa discrétisation ne devienne évidente ? Ou : devient-elle évidente ?

Quelles sont les implications de minima de longueur, de temps ou d’énergie, et comment pourrions nous les observer aujourd’hui ? Ou : ceci est-il une mauvaise manière de voir la discrétisation fondamentale ?

Un univers infini de quelque manière est-il incompatible avec une description digitale ?

Comment une description digitale est-elle consistante avec l’“écoulement” du temps ? Comment fonctionne la causalité ?

le Monde peut-il est modélisé par ( ou être… ) un calcul digital ? Ou nous amène cette image ?

Les modèles discrets simples comme les automates cellulaires sont-ils des approches efficaces en physique ?

Y’a-t-il une profonde raison fondamentale pour laquelle la réalité doit être purement analogique, ou pourquoi doit-elle être digitale ?

Plus de 100 scientifiques du monde entier ont concouru en soumettant autant d’ . Impossible de les résumer ici, d’autant que je n’en ai parcouru qu’une poignée. Quelques mots sur trois d’entre eux, sélectionnés selon des critères purement subjectifs.

Julian Barbour est le sur “ ”. Voici l’abstract de son essai “ ”

Avec son aphorisme “it from bit”, a prétendu que toute chose physique, n’importe quel “it”, trouve sa véritable existence uniquement dans de l’information susceptible d’être captée par un détecteur via des réponses oui/non à des “bits” de choix quantiques. Dans cet esprit, beaucoup de théoriciens donnent aujourd’hui une priorité ontologique à l’information. Pour tester cette idée, J’identifie trois sortes distinctes d’information et trouve que les choses priment sur l’information. En examinant ce que Wheeler voulait dire par “it” et “bit” m’a conduit à inverser son aphorisme: “bit” dérive de “it”. Je soutiens que ceci affaiblit, mais ne détruit pas nécessairement l’argument selon lequel la nature est fondamentalement digitale et la continuité ne serait qu’une illusion. Il y aurait aussi des implications sur l’interprétation de la mécanique quantique et la nature du temps, la causalité et le monde.

Selon , “ ”. C’est grâce à lui que j’ai (re-)découvert ce concours d’essais car il est l’un des coauteurs de , j’y reviendrai très très bientôt. De plus il travaille pour Wolfram Research, et à part le génial Mathematica et le non moins génial , est l’un des supporters d’un univers digital du type “automate cellulaire” abordé dans son livre (contesté) “ ”. Retour à Zenil : voilà l’abstract de son essai:

Je propose la notion selon laquelle l’univers est digital, non comme revendication sur ce dont il est fait, mais plutôt sur la manière dont il se révèle. L’argumentation se base sur les concepts de rupture de symétrie et de probabilité algorithmique qui seront utilisés comme outils pour comparer la manière dont les structures sont distribuées dans notre monde avec leur distribution dans un univers digital simulé. Ces concepts fourniront un cadre pour une discussion sur la nature informationnelle de la réalité. Je soutiens que si l’univers était analogique, le monde serait principalement aléatoire, le rendant largement incompréhensible. Le modèle digital a cependant une beauté inhérente dans la l’imposition d’une limite supérieure de la puissance de calcul et la convergence vers un niveau maximum de sophistication. Même s’il est déterministe, “digital” n’implique pas que le monde soit trivial ou prédictible, mais plutôt qu’il est construit sur la base d’opérations très simples à petite échelle mais qui paraissent complexes ou même aléatoires à grande échelle, mais seulement en apparence.

Dans “ ” de Stefan Weckbach, c’est clairement le titre qui a attiré l’ingénieur que je suis. Pour moi, , et Stefan Weckbach propose une manière assez simple et séduisante de vérifier si l’Univers est calculé dans un ordinateur : essayer de construire un ordinateur encore plus puissant! En se basant sur de (celui de “ ") , il estime qu’une simulation de l’univers entier depuis le Big Bang nécessite environ 10123 opérations binaires. Or si on arrivait à construire un utilisant environ 500 particules intriquées, il serait capable de réaliser en un temps humainement raisonnable nettement plus que ces 10123 opérations binaires, par exemple pour factoriser un . Si on arrive à faire ça, ça prouve que notre univers n’est pas calculé. Si on n’y arrive pas alors que notre ordinateur quantique fonctionne bien avec moins de 500 particules intriquées, ça voudra dire que notre univers est calculé par une machine pas assez puissante.

Holà ! les vont se réveiller : ça pourrait aussi faire planter le système…

Note* : traductions effectuées par Dr. Goulu dans la mesure de ses modestes connaissances. N’hésitez pas à corriger ou préciser via commentaires svp.

Tri réversible ?

Sat, 30 Jan 2010 00:00:00 +0000

animation de l’algorithme Quick Sort

En informatique, le tri est une opération incontournable car il est beaucoup plus rapide de rechercher une information dans une liste triée que dans un fouillis. C’est pourquoi j’ai longtemps cru qu’une liste triée contenait plus d’information qu’une liste non triée, car je voyais le tri comme un pré-traitement permettant d’accélérer les opérations suivantes, donc un “plus” par rapport à une situation “moins” performante.

Pris d’un doute il y a quelques années, j’avais posé la question sur un forum consacré à l’informatique théorique :

“est-ce qu’une liste triée contient vraiment plus d’information qu’une liste non triée ?”

Un érudit professeur m’avait répondu simplement ceci :

“ce contient d’ est- information liste liste? non plus qu’ qu’ triée triée une une vraiment”.

J’ai mis un moment à comprendre la profondeur de cette réponse : ma question, une fois les mots triés par ordre alphabétique, était devenue incompréhensible, et contenait donc moins d’information que la phrase originale ! Depuis je sais que .

a reposé la question sous un angle intéressant : est-il possible de programmer un algorithme de tri “réversible”, permettant de remettre une liste triée dans son état initial ? Évidemment oui : il suffit de stocker en plus l’information perdue lors du tri, le plus simple étant de mémoriser l’état initial de la liste par exemple en ajoutant à chaque élément trié son numéro d’ordre :

“ce2 contient7 d’10 est-1 information11 liste5 liste14 non15 plus9 qu'3 qu'12 triée6 triée?16 une4 une13 vraiment8 ”.

Pour une liste contenant n éléments, on a besoin de log(n) bits* pour stocker chaque numéro, donc de n.log(n) bits au total.

Peut-on faire mieux? On pourrait se dire que beaucoup d’ comme permutent des éléments après les avoir comparés, et qu’il suffirait donc de stocker le résultat des comparaisons effectuées, soit un bit par test, pour pouvoir ensuite “défaire le tri” en parcourant la liste des bits à l’envers. Combien faut-ils de bits ? ben … au moins n.log(n) aussi puisque c’est justement le nombre de comparaisons qui détermine la “complexité” des algorithmes de tri, et que les bons algorithmes ont une complexité de n.log(n).

Rien ne sert de se casser la tête sur “algorithme de tri réversible”, il ne peut pas être plus efficace que de simplement stocker l’ordre initial des données. Etonnant non ?

Le problème, c’est que la donnée du concours spécifie qu’on n’a le droit de stocker que 50% d’information supplémentaire par rapport à la taille des données : si on trie 4K octets, on n’a droit qu’à 2K de données supplémentaires. Or en fonction de ce qui précède on a besoin de 4096*log(4096) bits, soit 6K, plus que les données! En passant, ça signifie qu’en de petites données, on peut perdre plus de la moitié de l’information contenu dans la liste initiale !

Bref, personne n’a gagné le petit concours parce que ce n’était tout simplement pas possible.,

Note* : en informatique, log(n) dénote évidemment le binaire ou base 2

MIROIR | ЯIOЯIM

Sat, 04 Apr 2009 00:00:00 +0000

Un long article divisés en quelques Pourquois, Comments et Combiens. On commence en douceur:

Pourquoi un miroir inverse-t-il la gauche et la droite et pas le haut et le bas ?

cette question “bête” en soulève deux autres moins triviales :

comment marche un miroir ?
comment définir la “gauche” et la “droite” ?

Un miroir réfléchit simplement la lumière en n’inversant rien du tout : en face d’un miroir, la lumière issue de votre main droite rebondit sur le miroir et arrive à vos yeux par la droite. La lumière venant de vos pieds vous parvient de même par le bas : tout est à sa place. Tout, sauf la “profondeur” : c’est en fait la distance des objets au miroir, autrement dit “l’avant” et “l’arrière” qui sont “inversés” par :

Toby Reflects par Kevin Steele sur flickr

Notre image dans un miroir est donc “retournée comme un gant” : un gant droit retourné devient un gant gauche, comme nos mains dans le miroir .

Même si nous nous regardons dans des miroirs artificiels ou naturels depuis pas mal de miliers d’années, nous avons toujours de la peine à comprendre que la symétrie ne correspond pas à une rotation (sauf dans un espace de dimension supérieur, comme le note ). Ce fait bien n’empêche pas certaines de tenter avec obstination d’orienter leurs mèches de cheveux à gauche ou à droite alors que personne ne les verra jamais comme elles se voient dans un miroir…

Ce qui nous amène à la seconde partie de la question : les notions de “gauche” et de “droite” ont-elles une réalité physique ? Autrement dit, existe-t’il des objets ou phénomènes dont l’image dans un miroir serait impossible ?

On pense tout de suite à l’écriture : un texte vu dans un miroir est illisible, ou du moins pas facilement. Mais ce n’est qu’une question de convention : on aurait très bien pu écrire de droite à gauche comme certaines langues, en utilisant des lettres “retournées” comme dans cette jolie affiche:

Du russe ou du ЯIOЯIM ?

Comment expliquer la gauche et la droite aux extraterrestres ?

Page 15 du message de Dutil et Durand. Le message de paix pourrait-être lu à l envers…

La question de la transmission de cette convention est d’ailleurs un problème intéressant : les messages que certains ont envoyé aux extra-terrestres ( ) sont composés de bits que les destinataires sont censés assembler en lignes et en colonnes pour produire des images en noir et blanc. Comment leur dire que les points doivent être disposés de gauche à droite plutôt que de droite à gauche ?

(On admet qu’on ne dispose pas de points de repère communs avec les extra-terrestres, sinon ça serait trop simple… Disons qu’ils vivent sous une couverture nuageuse perpétuelle et ne connaissent rien à l’astronomie …)

Cette question est équivalente à celle posée plus haut : il suffirait de décrire dans le message un objet ou un phénomène physique dont l’image dans un miroir ne peut pas exister dans la réalité .

Il existe bien quelques objets déroutants en version “miroir”, comme les tire-bouchons “tourne à gauche” vendus dans les farces et attrapes, mais ils sont tous aussi possibles à réaliser que leur version “normale”.

Une molécule chimique ? Il en existe beaucoup qui ont une forme différente de leur image dans le miroir. Par exemple le sucre existe sous forme de qui fait tourner le plan de polarisation de la lumière à droite et sous sa forme . La des molécules détermine donc parfois leur propriétés physiques, mais … tout reste cohérent vu dans un miroir.

Les effets de ces molécules peuvent être très différents selon leur forme dans le miroir : la catastrophe de la est due à l’énantiomère d’un bête calmant, et la L-métamphétamine débouche juste le nez, alors que la D- a d’autres effets…

D-méthamphétamine / L-méthamphétamine

La raison de ceci est que ces molécules interagissent différemment avec les molécules de notre organisme, qui ont elles-mêmes une certaine géométrie plutôt que leur image dans le miroir. Ainsi les êtres vivants sur Terre produisent ou consomme beaucoup plus de D-glucose (ou dextrose) que de L-glucose, et l’ADN présent dans tous les être vivants à la forme d’une double hélice tournant dans à droite. Mais il n’y a pas de raison fondamentale à ceci : la vie a probablement “préféré” une forme plutôt qu’une autre à ses débuts, et cette “brisure de symétrie” s’est propagée par contagion, mais une biochimie “dans le miroir” est parfaitement cohérente.

L’électromagnétisme alors ? Si on fait passer un courant électrique dans une bobine, on crée un champ magnétique avec un pôle Nord et un pôle Sud. Si la bobine est bobinée à l’envers, les pôles Nord et Sud sont inversés.

La main droite, pouce écarté, tient le solénoïde. Le courant sort par les doigts et le pouce oriente le vecteur champ mégnétique.

Oui… mais les notions de pôles magnétiques “Nord” et “Sud” sont tout à fait conventionnelles (jusqu’à ce qu’on trouve un ) : le schéma ci-dessus reste parfaitement cohérent vu dans un miroir.

Combien de fêlures dans les miroirs de la physique ?

Jusqu’en 1956, l’Univers observé dans un miroir était parfaitement cohérent. De fait, 3 des ont une parfaite. Mais en 1956, Mme démontra une concernant la 4ème force, l’ . Lors de désintégration β d’un noyau de Cobalt 60, un électron est émis dans une direction aléatoire. Mais il y en a statistiquement de plus qui part dans la direction opposée à celle du spin du noyau que dans la direction du spin (le spin indique le sens de rotation du noyau). En regardant l’expérience dans un miroir le spin change de sens et l’électron irait très légèrement plus souvent dans la direction du spin, ce qui est contraire à l’expérience. L’interaction faible “préfère” très légèrement la rotation à gauche et on pourrait donc expliquer aux extraterrestres notre convention gauche/droite en leur transmettant ce dessin:

Mais si par malheur nos extraterrestres vivent dans une Galaxie (hypothétique) formé d’ , on a un gros problème : l’antimatière peut également être considérée comme “vue dans un miroir”. Chaque particule de la physique possède son antiparticule dont toutes les caractéristiques sont les mêmes sauf la charge électrique, qui est inversée. Le “miroir” de la “ ” (C comme charge) est très semblable à celui de la symétrie P : toute la physique et la chimie est parfaitement identique avec de l’antimatière qu’avec de la matière, sauf pour l’interaction faible, exactement comme ci-dessus.

Autrement dit, si nos extraterrestres font l’expérience avec un noyau de ce que nous appellerions de l’anti-Cobalt 60 et observent la direction d’émission du , tout marchera parfaitement bien mais ils comprendront absolument tout à l’envers : la gauche et la droite, le signe des charges électriques, les pôles Nord/Sud magnétiques etc. Et la rencontre des deux civilisations fera des étincelles …

Le problème est que notre dessin implique en fait 2 miroirs, le C et le P qui inversent tous deux de la même manière l’expérience, et comme chacun sait, si on regarde notre reflet dans un miroir à l’aide d’un autre miroir, tout se remet en place.

"Two Mirrors" de Steven Scott

On appelle “ ” l’image de l’Univers qu’on obtient en inversant à la fois la gauche et la droite et les charges électriques, et cette symétrie était parfaite. Mais dans les années 1960, on a découvert une très légère brisure de la symétrie CP : la transformation d’un kaon en antikaon est 1 milliardième de fois plus rare que la transformation d’un antikaon en kaon.

Cette nanoscopique (10-9) fêlure a une conséquence pratique assez importante: nous existons.

En effet, c’est la violation de la symétrie CP qui fait que le Big Bang a eu la bonne idée de produire un milliardième de plus de matière “normale” que d’antimatière, et c’est ce milliardième qui ne s’est pas annihilé avec l’antimatière qui constitue tout ce qui nous entoure, sans quoi il n’y aurait pas eu grand chose après “que la lumière soit”.

Comment transformer une caméra vidéo en miroir temporel

Réponse : c’est très facile et amusant :

Même un extra terrestre très différent de nous devinerait assez vite qu’il regarde le film à l’envers parce que beaucoup de phénomènes macroscopiques ont une préférence pour le futur. Ce n’est pas le cas à petite échelle : toutes les interactions entre particules peuvent se produire “en sens inverse” : la mécanique quantique possède une “ ” que l’on retrouve dans les dont .

Voici donc un troisième miroir légèrement imparfait, qui peut se combiner avec les autres ! D’ailleurs, pour réaliser le film ci-dessus, je suppose que la demoiselle qui va “à l’endroit” regarde dans un miroir pour marcher à l’envers sans se heurter à la foule. En quelque sorte, la symétrie PT a permis de rendre le film plus réaliste qu’avec la symétrie T seule.

Mais à propos… pour la violation de la symétrie CP on a dit que la transformation d’un kaon en antikaon plus rare que son contraire, mais si on passe le film de l’expérience à l’envers ? On verra plus de kaons se transformer en antikaons, donc l’Univers observé dans les trois miroirs C,P et T sera parfaitement cohérent avec les observations dans l’Univers “normal”.

La “ ” est aujourd’hui considérée comme une loi fondamentale de la physique car c’est une des rares qui soit compatibles à la fois avec la mécanique quantique et la théorie de la relativité via le principe d’ . Mathématiquement, on a même réussi à montrer que la symétrie T était identique à la symétrie CP et donc que toute violation de la symétrie CP devait causer une violation de T équivalente, et vice-versa.

Les conséquences de la symétrie CPT

Avertissement : dans ce paragraphe, je m’avance un peu en terrain dangereux, mais c’est pour mieux vous faire réagir si vous maîtrisez le sujet mieux que moi …

Une conséquence fondamentale de la symétrie CPT est qu’il est impossible de distinguer:

une particule qui se promène entre les points A et B
son antiparticule qui suivrait la même trajectoire entre A et B, filmée dans un miroir, et dont on passe le film à l’envers (où on la verrait donc aller de B en A)

Si on suppose que comme une , on peut aller un peu plus loin en disant que ces deux observations sont parfaitement indiscernables :

une particule qui se promène entre les points A et B
son antiparticule qui remonte le temps entre B et A, vue dans un miroir.

Donc lorsqu’on reçoit par exemple un sous forme d’un antiproton à haute énergie, ne devrait-on pas vérifier s’il ne s’agirait pas d’un proton généré par un événement futur et qui remonte le temps? Est-ce que des installations comme l’ ont un “miroir” permettant d’observer la brisure de symétrie P qui distingue les deux cas ?

Dans le même ordre d’idée, l’ est décrit par des phénomènes quantiques représentés par des diagrammes de Feynman ressemblant à la figure ci-contre, et qui surviennent des milliards de fois chaque seconde dans chaque millimètre cube de vide de tout l’Univers…

La lecture classique est que 2 particules virtuelles, dont l’une est l’antiparticule de l’autre apparaissent spontanément par les fluctuations du , et leur annihilation mutuelle un court instant plus tard restitue “l’énergie du vide” empruntée par les particules.

Mais là aussi, je me demande comment distinguer cette interprétation de celle d’une particule tournant “en rond” dans le temps : pendant sa phase de retour dans le passé, la particule nous apparait exactement comme son antiparticule allant vers le futur … Existe-t-il une expérience permettant de vérifier la symétrie P du phénomène pour exclure cette interprétation ?

Références:

" " sur le Webinet des Curiosités
Michel Thévoz “L ”
Tom Roud “ ”
Tom Roud “ ”
Tom Roud “ ”

la Résurrection du Jeu de la Vie

Sun, 29 Mar 2009 00:00:00 +0000

Le imaginé par en 1970 est un automate cellulaire célébrissime pour au moins deux raisons:

Un "canon à planeurs"

A partir de règles toutes simples, le jeu de la vie génère une “vie” artificielle étrangement complexe et imprévisible, posant toutes sortes de questions intéressantes
Le Jeu de la Vie étant très facile à programmer, des générations d’étudiants ont codé des programmes “Life” dans tous les langages imaginables.

Après une flambée d’intérêt dans les années 1980 où on a même vu apparaitre des processeurs spécialisés dans l’exécution d’automates cellulaires, le soufflé est retombé dans la décennie suivante car la simulation de grands automates demandait beaucoup de puissance de calcul et de mémoire.

Mais comme nous l’apprend Jean-Paul Delahaye dans le dernier “Pour la Science” , il y a du nouveau. En 2005 est apparu “ ”, un logiciel Open Source utilisant “ ", un algorithme accélérant le calcul des automates cellulaires d’une manière phénoménale. Hashlife a été imaginé en 1984 déjà par , un des premiers “hacker” du Xerox Park de Palo Alto. Mais pour une étrange raison, ce n’est qu’en 2004 Tomas Rokicki l’a implanté en C et décrit dans un article intitulé “un algorithme pour compresser le temps et l’espace” .

Hashlife combine en effet deux techniques de programmation :

une partition de l’espace qui permet d’une part d’ignorer les grandes zones de cellules vides et d’autre part de reconnaitre les copies identiques de groupes de cellules
la “ ”, qui consiste à mémoriser des résultats précédemment calculés afin de les restituer immédiatement lorsque la même situation se représente.

Ainsi, hashlife ne calcule qu’une seule fois l’évolution d’un groupe de cellules qui serait présent à des milliers d’exemplaires dispersés sur un immense jeu de la vie, et n’a besoin de mémoire que pour stocker chacune des étapes d’un cycle au lieu de millions de cellules.

Hashlife parvient ainsi à calculer des milliers de générations par seconde de “Jeux de la Vie” comportant 10^{50 cellules sur un PC ordinaire doté de 10}9 octets de mémoire !

Voici par exemple “ ” en action sur le “breeder”, la première structure générant un nombre de cellules augmentant comme le carré du nombre de générations :

On voit comment un groupe de “fusées” se déplace vers la droite en générant des “canons à planeurs”. En quelques secondes, 400'000 générations ont été calculées (même pas à vitesse maximale) , générant 160 millions de cellules actives.

Cette vitesse permet de visualiser confortablement d’autres structures extraordinaires découvertes récemment, comme les “métacellules”:

On voit ici un tableau de 15x15 métacellules, dont chacune se comporte comme une cellule du Jeu de la Vie ! En 30'000 générations environ, chaque métacellule compte le nombre de ses voisins “vivants” et devient elle-même vivante en se remplissant de planeurs en suivant la règle de Conway !

Le “Jeu de la Vie” est donc capable d’exécuter un programme jouant au “Jeu de la Vie”. Mais quels autres programmes peut-il exécuter ? On connait depuis 1984 des structures calculant les nombres premiers, et d’autres “écrivant” en clair comme celle-ci :

Mais en 2000, Paul Rendell a réussi a créer une “ ” en Jeu de la Vie , ce qui signifie que ce petit jeu aux règles extraordinairement simple est capable, avec une astucieuse programmation, de réaliser toutes les opérations d’un ordinateur usuel.

Outre le jeu de la Vie, Golly peut exécuter d’autres automates cellulaires en utilisant le fantastique algorithme Hashlife, notamment , un système simulant les circuits électroniques digitaux.

“Hashlife” est bien un algorithme qui compresse l’espace et le temps, comme le dit Rokicki, et il est même d’un usage assez général. Je ne serais pas étonné s’il trouvait prochainement des applications “sérieuses”, en simulation notamment.

J’adore les rubriques de Jean-Paul Delahaye dans “Pour la Science”. Surtout celle du mois prochain…

Références:

Jean-Paul Delahaye “ ”, Pour la Science, avril 2009, p. 86-91
Tomas G. Rokicki “ ”, Dr. Dobbs Journal, avril 2006
William Gosper “Exploiting Regularities in Large Cellular Spaces”, 1984, Physica D. Nonlinear Phenomena, Vol 10, pp. 75-80
Paul Rendell " ”, 2000
Paul Callahan “Wonders of Math : ” sur Math.com
, un blog dédié aux nouvelles découvertes sur le Jeu de la Vie
Un “ ” en Java, utilisant l’algorithme Hashlife implanté dans ce langage, en open source.
David Bau “ ”, une implantation (simplifiée) de Hashlife en Python

Les Natures du Temps

Sat, 28 Mar 2009 00:00:00 +0000

“Gear Work 2” par Curious Expeditions sur flickr

Les résultats du concours d’essais scientifiques sur “ ” ont été proclamés il y a quelques semaines, sans trompettes médiatiques hélas.

Le premier prix va a pour

Le jury a admiré cet essai pour sa présentation attirante et claire comme le cristal d’un problème de dynamique classique, à savoir de trouver une mesure de la durée de la taille d’un intervalle de temps. L’article débat lucidement et d’une manière historiquement bien informée, qu’un choix approprié d’une telle mesure ne peut être trouvée dans la notion Newtonnienne d’un temps absolu pré-existant, mais émerge plutôt sous la forme d’un temps éphémère, des mouvements obsrvables et de l’hypothèse de la conservation de l’énergie. L’article suggère également comment cette émergence de la durée peut s’appliquer aux problèmes de gravité quantique.*

Le second prix va à pour“ ”

Un problème fondamental en gravité quantique est que , probablement notre équantion la plus fiable en gravité quantique, ne se réfère ni même ne suggère quoi que ce soit à propos du temps oude l’évolution. Dans ce contexte le temps doit émerger sous forme de relations entre un système donné et un autre qui pourrait être considéré comme une horloge. Kiefer décrit (reviews) ce problème de façon magnifique et propose comment, grâce à la “décohérence quantique”, le temps décrit par l’équation de Schrödinger habituelle en mécanqiue quantique peut émerger d’un substrat dépourvu de temps, via l’imbroglio (entanglement) entre les systèmes physiques de l’espace, et la métrique spaciale qui contrôle le mouvement.*

Le troisième prix est décerné à Sean Carroll pour “ ”. (Sean maintient le j’ai découvert ce concours)

Poursuivant sur des développements récents de la théorie des cordes , Carroll a impressionné le jury par un intéressant (exciting) rapport sur comment un espace-temps gravitationnel pourrait en fait n’être qu’une approximation holographique d’une théorie sans gravitation dans laquelle le temps “existerait vraiement” . Observant les difficultés soulevées par d’étranges récurrences dans un univers éternel, il soutient une forte condition sur l’ensemble des états quantiques permis qui interdirait ces répétition. Carroll termine en tenant de réconcilier cette image avec les observations récentes qui indiquent que l’expansion de l’univers accélère, avec des résultats surprenants.

Le premier prix de la communauté, donné par les votes du public, va à Carlo Rovelli pour “ ”.

On le voit, les conceptions modernes du temps en physique sont assez éloignées de l’intuition, et de profondes divergences et interrogations subsistent. Comme le note le jury:

Notez qu’à cause de la difficulté et la subtilité du sujet, il y a eu de nombreuses divergences au sein du jury sur pratiquement tous les essais. La remise d’un prix signifie que le jury reconnait que le gagnant est un essai intéressant et productif pertinent (relevant) : quelque chose qui est bien écrit, dérangeant, stimulant, amusant, etc. Il ne doit pas être supposé que les membres du jury ont cru que l’approche soit complète, sans faute, exempte de critique etc.

datant d’environ un siècle, je crois que je vais lire ou relire quelques-uns de ces essais en essayant d’y comprendre quelque chose …

Note* : Les paragraphes en italique sont des traductions effectuées par votre serviteur, qui n’est pas un spécialiste… Les corrections et précisions éventuelles sont les bienvenues.

Suites, Courbes et Théories

Sat, 23 Aug 2008 00:00:00 +0000

(une des bannières du Guardian. A utiliser sans modération. Cliquer pour plus)

Si je vous dis “quel nombre vient après 1,2,3, ?” vous allez certainement dire immédiatement “4”.

Si je vous dis réponds “non, c’est 5. Quel est le suivant ?” vous allez probablement penser aux nombres premiers et me dire “7” (oubliant au passage que 1 n’est pas considéré comme premier, alors qu’il pourrait l’être pusiqu’il ne se divise que par 1 et par lui-même…)

Et là si je vous dis “non, le suivant est 8. Et celui d’après ?” vous allez peut-être vous rappeler de la , dans laquelle chaque nombre est la suite des deux précédents : 1,2,3,5,8 et donc proposer 13 comme nombre suivant. Si je voulais pousser le bouchon, je pourrais et dont beaucoup continuent avec un autre nombre que 13, et répéter l’expérience encore plusieurs fois.

Le point essentiel est qu’il existe une infinité de courbes distinctes passant par des points donnés. Ce qui distingue ces courbes, c’est les points qui ne sont pas donnés, ou pas encore. Ceci est hyper important et super fondamental, rappelez-vous toujours de ça. Par exemple lorsque des financiers vous proposent des placements en vous montrant les belles courbes croissantes de leurs rendements sur les X dernières années, vous les projetez mentalement dans le futur, au risque de vous faire avoir comme ci-dessus.

Ce même principe peut être appliqué aux théories scientifiques. Je me restreins ci-dessous à la physique, mais le raisonnement me semble fondamental dans la démarche scientifique en général.

Si on prend tous les résultats de toutes les expériences scientifiques réalisées depuis Archimède dans sa baignoire jusqu’aux dernières photos de Hubble en passant par la pomme de Newton et l’éclipse d’Einstein et qu’on réduit ces résultats à des nombres* que l’on alignerait sur l’axe du temps, les théories scientifiques proposées pour expliquer les phénomènes observés correspondent à des courbes passant par certains de ces points :

celles qui ne passent que par un seul point sont des idées qui ont mal tourné, genre “comme les oiseaux qui volent ont des plumes” (1 fait expérimental) “si je me colle des plumes et que je saute d’une tour, je vais voler … “. La courbe ne passe pas par le point prévu mais par un autre : “sauter d’une tour avec ou sans plumes fait très mal”.
celles qui passent par quelques points, mais plus du tout par les suivants, comme la et bien d’autres.
celles qui passent par beaucoup de points, et juste à côté de certains autres, comme la gravitation de Newton qui décrit parfaitement la plupart des phénomènes de la mécanique terrestre et céleste, mais est juste un peu fausse pour tout ce qui est très lourd ou va très vite, et très faux pour les petites particules.
celles qui passent par au moins la moitié de tous les points connus. La mécanique quantique et la relativité couvrent chacune une bonne moitié de la physique actuelle, avec des points de contact toujours plus nombreux.
les “ ”, qui passent par tous les points mesurés par la physique. C’est beaucoup plus facile que ce qu’on croit car rappelez-vous, il y en a en principe une infinité, parmi lesquelles :
- la
- la
- la
- la
- la
- la théorie de
- les
- les
- Dieu a créé l’Univers il y a 5000 ans (ou 5 minutes selon une autre théorie) en faisant tout pour qu’on croie que l’Univers a surgi du Big Bang il y a 13 milliards d’années.
- le , légère variante de la précédente.
- et encore beaucoup d’autres

Avant de hurler parce que j’ai osé les mettre toutes à égalité, lisez bien la suite. Certaines de ces théories font des courbes bien lisses et cohérentes, d’autres font des acrobaties et assènent des postulats pour coller à certains points, mais leurs adhérents sont inattaquables : ils ont réponse à tout puisque leur théorie correspond à la perfection à tout ce qui a été observé jusqu’ici.

Le seul moyen de les distinguer, c’est sur les résultats qu’elles prédisent au sujet d’expériences qui n’ont pas encore été réalisées. La gravitation de Newton, la relativité et la mécanique quantique sont des théories extraordinairement fortes pas parce qu’elles collaient aux mesures, mais parce qu’elles se sont révélées capables de correspondre aux expériences menées pendant des decennies après leur formulation.

En reprenant les théories de tout ci-dessus, certaines jouent le jeu scientifique et sont prêtes à être validées ou invalidées prochainement au CERN ou ailleurs. Celles qui postulent un avant-Big Bang ou des univers parallèles sont invérifiables à très long terme, voire définitivement. D’autres nécessitent l’expérience de la mort pour une ultime vérification, mais au moins on saura (ou pas…).

Mais la palme de la démarche anti scientifique revient probablement plus aux qu’aux cré(a)ti(on)nistes : en gros ils exigent de ne surtout pas faire d’expérience qui leur donnerait raison, car elle provoquerait une catastrophe définitive. Et évidemment, ils ne proposent pas d’autre expérience permettant de valider leur théorie sans danger. Ca c’est du courage.

*Note : il y a plusieurs manières de faire. On peut faire un “checksum” genre CRC-32 du compte rendu de leurs expériences, ou faire un très grand nombre binaire en mettant toutes les informations à la suite etc.

L’informatique détruit l’information !

Sun, 25 Feb 2007 00:00:00 +0000

Ce titre peut sembler digne du “Matin”, mais c’est très sérieux!

J’ai réécrit la section 5.3 du Chapitre 5 d’ “Ecologie Informatique"qui traite du fait peu connu que l’informatique détruit l’information, ou au mieux la conserve, mais n’en crée en aucun cas !

Quelques découvertes récentes m’ont encouragé à clarifier ce passage :

une réflexion sur les listes triées, mentionnée
qui décrit bien le point de vue intuitif selon lequel l’information se détruit lentement,
qui n’aime pas les destructions plus rapides et propose une variante de la loi de la robotique d’Asimov pour l’interdire. Justement, les nouvelles d’Asimov sont basées sur les contradictions que les lois impliquent …
une info récente (que je n’arrive plus à retrouver…) selon laquelle Microsoft étudierait des moyens de stocker l’information de manière éternelle. J’ai aussi ma petite idée à ce sujet, que je détaillerai plus loin dans le livre …
Un passage trouvé et tiré de l’article “Des trous noirs en laboratoire”, Bernard Carr et Steven Giddings, Pour la Science, 332, juin 2005, qui montre que la notion d’information est devenue cruciale aussi en physique théorique : En particulier, la découverte de l’évaporation des trous noirs a mis en évidence un paradoxe situé au coeur des difficultés qui empêchent de concilier la relativité générale et la mécanique quantique. D’après la relativité générale, l’information contenue dans ce qui tombe sur un trou noir est perdue à jamais. Cependant, si le trou noir s’évapore qu’arrive-t-il à l’information qu’il referme ? S. Hawking a suggéré qu’un trou noir s’évapore totalement, en détruisant l’information. La destruction de l’information va à l’encontre des dogmes de la mécanique quantique, et viole en particulier la loi de conservation de l’énergie, ce qui la rend peu plausible. L’alternative selon laquelle les trous noirs laissent derrière eux des vestiges est tout aussi inacceptable. Pour que ces vestiges encodent toute l’information qui aurait pu tomber dans le trou noir, il faudrait qu’ils se présentent sous une variété infinie de types