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Depuis l'aube de l'exploration scientifique de la nature profonde de tout ce qui est, de l'infiniment grand à l'infiniment petit, par les philosophes grecs qui ont vécu entre le VIe et IVe siècle avant notre ère sur les rivages de l'Ionie et de la Grande Grèce, nous avons fait bien du chemin. Max Tegmark est l'un des héritiers modernes de ces penseurs qui ont cru à l'intelligibilité de l'univers et n'ont pas hésité à s'embarquer hardiment sur l'océan cosmique pour l'explorer. Nous leur devons notre monde actuel.
Tout comme le jeune Platon était initialement préoccupé par les problèmes de la cité, et pas par ceux de la philosophie, le jeune Max Tegmark souhaitait s'investir dans la résolutionrésolution des problèmes environnementaux auxquels fait face l'humanité. Son Socrate va être le génial prix Nobel de physique Richard FeynmanRichard Feynman dont les ouvrages vont finalement le conduire à passer un Phd à l'université de Berkeley avec le cosmologiste Joseph Silk au début des années 1990.
Dans cette vidéo (cliquez sur le rectangle blanc si nécessaire pour avoir les sous-titres en français), le prix Nobel de physique Richard Feynman parle de la curiosité insatiable qui pousse à l'exploration scientifique du monde et de l'émerveillement qui en découle. Feynman n'était pas qu'un physicien de génie, c'était aussi un grand enseignant et une personnalité haute en couleurs. Ses cours de physique ont eu une influence déterminante sur Max Tegmark. © MSciencetv, YouTube
Sa route sera désormais tracée. Il va participer à la montée en puissance de la cosmologie de précision, notamment en forgeant certains des outils utilisés pour extraire l'information contenue dans les observations du rayonnement fossile faites avec des missions aussi prestigieuses que WMap et PlanckPlanck. Il va aussi s'interroger sur les fondations de la mécanique quantiquemécanique quantique avec la théorie de la décohérence et l'interprétation des mondes multiples. Cela va l'amener à devenir l'un des pionniers de l'exploration scientifique de la théorie des multivers.
Son livre Notre univers mathématique (aux éditions Dunod, qui ont mis en ligne ses 30 premières pages) peut se voir comme une introduction très accessible à cette théorie. Mais c'est aussi un ouvrage émaillé d'anecdotes personnelles qui nous permettent de suivre Max Tergmark dans son voyage d'explorateur, d'être en sa compagnie un témoin privilégié de l'essor de la cosmologie moderne depuis une vingtaine d'années et d'en comprendre les acquis.
Quelle est la nature ultime de la réalité ? Cette question obsède depuis des millénaires philosophes, théologiens et scientifiques. Dans ce livre, le cosmologiste Max Tegmark développe une idée qui semble a priori bien étrange : l'univers n'est pas simplement décrit par les mathématiques, il EST un objet mathématique. Faisant le lien entre différentes théories en vogue en physique, en cosmologie, en informatique et en sciences cognitives, l'ouvrage offre une nouvelle perspective pour appréhender le temps, le hasard, la complexité et la réalité elle-même. © Dunod
Cela commence, comme dans le célèbre documentaire Les puissances de 10, par un zoom arrière qui nous amène dans l'infiniment grand pour plonger ensuite dans l'infiniment petit, celui du monde quantique et des premiers instants de l'univers. Insensiblement, étape par étape, tout comme le philosophe platonicien se libérant de ses chaînes et sortant de sa caverne, Tegmark repousse les limites de nos conceptions du réel pour atteindre le SoleilSoleil du monde hors de l'espace et du temps où Platon faisait déjà trôner les idées mathématiques, mais dont la connaissance est aujourd'hui renouvelée par l'informatique théorique. Il est temps alors de redescendre dans la caverne pour se préoccuper des affaires humaines avec des perspectives plus vastes aussi bien sur les dangers qui menacent l'humanité que sur les sommets qu'elle peut gravir.
Futura-Sciences a eu l'occasion de discuter avec Max Tegmark lors de son séjour en France. Voici ses réponses à quelques-unes de nos questions. Elles concernent aussi bien le contenu de son livre que des développements récents en physique et en cosmologie, comme par exemple les ordinateurs quantiquesordinateurs quantiques et la possible détection des ondes gravitationnellesondes gravitationnelles du Big BangBig Bang.
Max Tegmark est né en Suède à Stockholm en 1967. Il a été en poste au Max-Planck-Institut für Physik, aux universités de Princeton et de Pennsylvanie avant de devenir professeur au MIT. Il est l'auteur de plus de deux cents publications dans le domaine de la cosmologie, de l'astrophysique et de la physique théorique en collaboration avec quelques grand noms de la cosmologie comme Lyman Page, Joseph Silk, Martin Rees ou George Efstathiou. Ses contributions à l’étude du rayonnement fossile et aux oscillations acoustiques des baryons permettent de connaître avec plus de précision les paramètres cosmologiques de notre univers observable comme ceux concernant la matière noire et l’énergie noire. Max Tegmark s’intéresse aussi beaucoup aux fondements de la mécanique quantique ainsi qu’aux implications de la théorie de l’information en physique fondamentale et en cosmologie. Il a figuré dans des dizaines de documentaires scientifiques. © SeriousScience
Futura-Sciences : Le grand théoricien des supercordes et lauréat de la médaille Fields en mathématique, Edward Witten, a passé une licence d’histoire puis a entrepris un master en économie avant de se tourner finalement vers la physique théorique. Comme lui, vous n’étiez pas particulièrement passionné par la physique initialement. Vous avouez même dans votre livre que c’était la matière que vous détestiez le plus au lycée et que vous la trouviez particulièrement ennuyeuse. Tout a commencé à changer quand vous étiez vous-même en licence d’économie et qu’un ami vous a passé le célèbre recueil d’histoires autobiographiques Vous voulez rire, Monsieur Feynman ? Déterminé à comprendre pourquoi un personnage aussi coloré et anticonformiste que Richard Feynman éprouvait une passion aussi intense pour la physique, passion qui perçait à travers ses aventures rocambolesques, vous vous procurez alors les fameux cours de physique de Feynman. Comme vous le racontez dans votre livre, ce fut une révélation. Vous découvrez ce que vos professeurs de physique avaient été incapables de transmettre, le fait que la physique, en tant que quête d’une compréhension de la nature fondamentale de la réalité, est l’une des plus grandes aventures de l’humanité.
Avez-vous écrit Notre univers mathématique en pensant aux personnes qui, comme vous, n’ont pas bénéficié initialement d’un enseignement donnant accès à l’esprit véritable qui anime les recherches en physique fondamentale ?
Max Tegmark : J'ai écrit mon livre à destination d'un très large public et pas seulement pour ceux qui auraient finalement envie de devenir physiciensphysiciens. J'y relate mon voyage personnel en tant qu'explorateur de la nature de la réalité et j'invite toutes les personnes intéressées à y prendre part avec moi. Je veux aussi ouvrir de larges perspectives sur l'univers, nous-mêmes et les découvertes scientifiques en physique moderne et en cosmologie. La conviction que je veux transmettre est que nous ne devons pas hésiter à penser grand. Nous avons constamment sous-estimé ce dont l'univers était capable ainsi que notre capacité à le comprendre.
L'école d'Athènes, par Raphaël. Ce tableau représente plusieurs des grands penseurs de l'Antiquité. Au centre, illustrant le débat millénaire entre la théorie et l'expérience, Platon discute avec Aristote. Platon a été représenté avec les traits de Léonard de Vinci. © DP
Futura-Sciences : Avec Anthony Aguirre vous avez créé en 2005, le FQXi (Foundational Questions Institute). Son objectif est de catalyser, de soutenir et de diffuser des recherches sur des questions portant sur les fondements de la physique et de la cosmologie. Il peut s’agir d’interrogations qui ont des racines et des implications philosophiques profondes, par exemple quelle est la nature du temps, pourquoi s’écoule-t-il et a-t-il une direction ? Ou encore, notre univers est-il complètement de nature mathématique ? Il est bien connu que la plupart des pères fondateurs de la physique moderne au cours du XXe siècle étaient aussi profondément intéressés par la philosophie. Leurs travaux ont été influencés par certains philosophes et ils ont exploré certaines des implications philosophiques de leurs découvertes en physique.
Bohr a été marqué par la lecture de Søren Kierkegaard et William James. Pour Einstein, c’était par Spinoza, Hume et Kant et pour Heisenberg c'était Platon. Le physicien qui a été le plus profondément impliqué dans des investigations philosophiques était probablement Schrödinger. Sa vision du monde était proche de la philosophie indienne du Vedanta.
Pensez-vous qu’avec les progrès de la physique théorique et de la cosmologie, nous sommes en train de pouvoir en revenir à l'époque de Descartes et de Leibniz (on pourrait dire aussi de Platon et d’Aristote) lorsque des questions de physiques pures étaient explorées sur un pied d'égalité avec des questions philosophiques et métaphysiques par les mêmes personnes ? Le FQXi est-il un moyen de contribuer à cette réunification de la science et de la philosophie ?
Max Tegmark : Tracer une frontière entre la philosophie et la science est assez artificiel et, de fait, celles qui ont été tracées ont changé au cours du temps. Je ne pense donc pas que ce soit nécessaire. Des questions et des théories qui étaient de prime abord philosophiques, voire métaphysiques ou qui semblaient de simples spéculations destinées à le rester, comme par exemple le concept de trou noirtrou noir, ont fini par devenir des domaines de recherches scientifiques respectables. Avec le FQXi, nous jouons un peu le rôle d'investisseurs en capital-risque pour fournir des fonds à des chercheurs qui veulent explorer des questions pouvant apparaître comme trop spéculatives pour recevoir des financements. Tous les scientifiques de la planète peuvent postuler pour recevoir de l'argentargent pour leurs projets de recherche.
Futura-Sciences : Sur la page Facebook consacrée à votre livre, des photos vous montrent en compagnie des pionniers de la théorie de l’inflation : Alan Guth, Andrei Linde, Renata Kallosh et Alex Vilenkin en train notamment de célébrer en mars 2014 les résultats de Bicep2.
Mais depuis quelque temps, certains chercheurs, comme David Spergel, ont émis des doutes sur l’interprétation qui en a été faite, à cause d'une possible sous-estimation du rôle des poussières galactiques. Quel est votre avis sur ce sujet ?
Max Tegmark : C'est une controverse particulièrement passionnante. Si la découverte des ondes gravitationnelles de l'inflation venait à être confirmée ce serait une révolution en cosmologie et elle mériterait l'attribution d'un prix Nobel. On ne devrait pas tarder à y voir plus clair avec l'arrivée prochaine des observations en provenance de Keck Array et surtout la publication par les membres de Planck de leurs propres résultats concernant la polarisation du rayonnement fossile.
Futura-Sciences : La théorie des mondes multiples fait évoluer le multivers III de façon déterministe bien qu’il semble régi par des lois de probabilités pour un observateur présent dans une des branches de son histoire. L’interprétation de Copenhague avait exorcisé le fameux démon de Laplace mais il semble revenir en force avec la théorie d’Everett. Si tel est le cas, nos actions devraient elles aussi être déterminées.
Comment se fait-il que nous ayons pourtant le sentiment de posséder un libre arbitre ?
Max Tegmark : Tout comme en physique classique, on pourrait effectivement supposer l'existence d'une intelligenceintelligence n'ayant pas de limite à sa puissance de calcul et disposant de toutes les informations spécifiant complètement l'état du multivers III à un moment donné. Elle pourrait alors, à l'instar du démondémon de Laplace, connaître la totalité du futur aussi bien que du passé du multivers. En ce qui concerne l'impression du libre arbitre, mon collègue au MIT, Seth Lloyd, a publié sur arxiv un article sur ce sujet. Il y explique tout d'abord que même si les lois de la physique contenaient une part d'aléatoire fondamental, cela ne permettrait pas d'en conclure que nous avons un libre arbitre.
En revanche, il montre ensuite que, même dans un monde déterministe, une personne qui tenterait de calculer quelles décisions elle va prendre dans un futur proche va se trouver confrontée à des limites issues de la théorie de la calculabilité. Certaines de ses décisions sont même en fait intrinsèquement imprévisibles. Il en tire des arguments pour expliquer comment peut émerger l'impression de libre arbitre même dans un monde déterministe.
Ne ratez pas le prochain épisode consacré à la seconde partie de cette discussion avec Max Tegmark.
Et si vous avez manqué les deux premiers, retrouvez-les ici, pour une balade décoiffante dans les univers à niveaux emboîtés :
