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10 décembre 2016 6 10 /12 /décembre /2016 09:01

La physique serait une petite mais une cruciale fraction de notre réalité.

Ci-dessus, le titre de l’article publié sur le site du ‘NewScientist’ le 30/11/2016, article proposé par Richard Webb.

            Sous-titre : « Exactement quelle part de la science physique est réelle et quelle part de réalité est représentable par la science physique ? Ceci est le thème commun de 4 livres majeurs récemment publiés. » (Ce thème, les auteurs de ces livres : R. A. Muller, C. Rovelli, R. Penrose, H. Ch. Von Baeyer, ont été évoqués maintes fois dans les articles du Blog. Le fait que cela soit analysé ailleurs et par une autre personne est vraiment très important et très intéressant.).

            « Y a-t-il beaucoup de choses importantes concernant la réalité que la physique ne peut pas expliquer ? »

            La découverte de cet article m’a immédiatement interpelé avec ces questions : « Comment avoir une connaissance du dénominateur de cette fraction de notre réalité ? » ; « Qui peut prétendre avoir cette connaissance ? » ; « De quelle métaphysique cela rend compte ? »

            De cet article, je vais citer les parties les plus importantes qui contribuent à la réflexion sur ce sujet. Le texte original est collé à la fin du présent article.

            « Les 5 dernières années écoulées ont donné lieu à 3 grandes avancées expérimentales : les découvertes du boson de Higgs et les ondes gravitationnelles, ainsi que les mesures méticuleuses du fond diffus cosmologique du satellite Planck. Mais celles-ci ont servi à confirmer les figures existantes de la réalité (sic) : le modèle standard de la physique des particules basé sur la théorie quantique des champs, et le modèle standard de la cosmologie qui rend compte d’un univers avec big bang tel que la théorie de relativité générale le programme. » ; « Ces résultats sont flatteurs mais aussi déprimants. »

            « Les déficiences de ces 2 théories sont évidentes. Non seulement chacune d’elles se contredisent, mais elles contredisent comment nous sentons la réalité devant se comporter

« Le point de départ de la réflexion de Muller est le temps, (A cet égard, voir l’article du 5/10/2016 : ‘Now’), qui constitue certainement le concept le plus notoire pour révéler la divergence le plus aigüe entre notre perception de la réalité et la description donnée par nos théories physiques. La relativité kidnappe la réalité du flux du temps qui sépare nettement le passé du futur. Il dénie l’existence de n’importe quel surplomb (sic) spécifique duquel nous pouvons mesurer (appréhender) le passage du temps. » (C’est exactement à cet endroit, signalé par R. Webb ci-avant, que, selon mon point de vue, se trouve la source de l’erreur cruciale du traitement physique du temps. L’erreur est caractérisée dans l’affirmation d’Einstein : « Ce qui du point de vue est réel… est constitué de coïncidences spatio-temporelles. Et rien d’autres (sic) », en 1915, lettre à Ehrenfest. Si on décline cette affirmation en analysant les lois de la Relativité Restreinte (RR) et en restituant leur essence première et donc en entreprenant la correction nécessaire on établit un surplomb : ‘l’Instant Présent[1] avec une valeur de l’ordre de 10-25s, duquel nous pouvons mesurer le passage du temps.)

« Comment une théorie physique peut prédire des choses si étranges à notre expérience ? Avec les mots de Muller, la physique devrait expliquer ce que nous voyons en réalité, non pas la contredire. »

Ensuite l’auteur de l’article présente d’une façon succincte la théorie de la gravité quantique à boucle proposée par C. Rovelli et essaie d’indiquer quelle est son effectivité pour décrire une part de réalité :

« Certainement dans un certain sens, le style facile, lisible, de Rovelli, jette de la poudre aux yeux (voir articles du 28/02 et du 28/07/2015). Vous serez donc pardonné si vous concluez qu’une si bonne théorie doit exister et qu’en conséquence sa vérification expérimentale devrait être au coin de la rue. Serait-ce si simple ? » La réponse à une telle question est évidente car la gravité quantique à boucle est une théorie à l’échelle de Planck, donc radicalement inaccessible et ses fondements ne peuvent être observés directement...pas plus indirectement. Pas plus qu’elle ne peut contribuer à mieux comprendre la réalité. Mais à ce niveau il faut relativiser car si on prend en compte par exemple la mécanique quantique on ne peut pas dire non plus qu’elle contribue à une meilleure compréhension de la réalité alors que grâce aux fondements qui constituent la base du corpus de cette science et son enrichissement depuis un siècle nous savons pourtant produire des laser, des ordinateurs, etc…

En troisième lieu, R. Webb fait référence à la thèse que l’on nomme le QBism, et cite le dernier livre : ‘QBism’, publié sur ce sujet dont l’auteur est Hans Ch. von Baeyer. Il rappelle, à juste raison, qu’avec la thèse du QBism la théorie quantique devient non pas une théorie de ce qui est observé, mais une théorie de l’observateur (voir articles du 2/11/2012 et du 11/01/2014). Cette théorie de l’observateur met en jeu la conscience de l’observateur, c’est-à-dire sa présence qui participe à la réception des données de l’observation et en conséquence à leur perception et à leur analyse. J’ai déjà eu l’occasion d’exprimer dans de nombreux articles à partir d’un article générique du 21/12/2011 : ‘L’être humain est-il nu de toute contribution lorsqu’il décrypte et met en évidence une loi de la Nature ?’, qu’on devait effectivement prendre en compte, même en science physique, la position ineffaçable du ‘sujet pensant’, de l’‘être réflexif’ pour accéder à une juste compréhension des données. Toutefois, j’ai une profonde divergence avec les QBistes car ils privilégient la conscience du ‘sujet pensant’, ce que je nomme une petite ‘présence’ avec un p minuscule perpétuellement fluctuante et donc indéfinissable, alors que je me réfère à la ‘Présence’ avec un p majuscule. Cette ‘Présence’ est immuable et s’est érigée avec/depuis qu’une première lueur d’intelligence humaine a entrepris de percer (décrypter) les lois de la Nature pour survivre et partant exister progressivement en tant qu’être à part dans celle-ci.

En quatrième lieu, R. Webb cite R. Penrose et son dernier livre que j’ai déjà abordé dans l’article du 15/10/2016. Webb met en exergue l’aptitude de Penrose à nous donner un aperçu profond de la relation entre la réalité et les idées en mécanique quantique, en cosmologie standard, et les théories qui prétendent les remplacer. Cela n’est pas dit mais n’oublions pas que Penrose est un invétéré platonicien.

En conclusion ce que dit l’auteur : « Si on considère que la physique décrit la part de réalité qui est susceptible d’être mathématisée alors le théorème de Gödel nous rappelle l’impossibilité d’accéder à une description complète. Sans nul doute la physique est importante mais il se pourrait qu’il y ait une part plus importante de la réalité qui ne serait pas accessible à la physique. »

Avant de proposer ma propre conclusion sur ce sujet, je souhaite signaler ce que disent R. Penrose (RP) et C. Rovelli (CR) à propos du temps car il se trouve qu’il y ait eu début décembre un numéro Hors-Série de ‘La Recherche’ sur le thème du ‘Temps’.

RP : « Pour moi, le temps est celui de la relativité générale d’Einstein, autrement dit c’est l’une des quatre dimensions de l’espace-temps. Je considère que la relativité générale est une théorie magnifique. »

RP : « Seulement, la R.G. n’explique pas notre sensation de la progression du temps, il passe, il s’écoule. De la R.G. nous pouvons tirer l’image de l’« univers-bloc », un univers quadridimensionnel statique (sic) qui englobe passé, présent et futur, sans écoulement. » ; « En R.R. il est impossible de définir une notion de simultanéité. » ; « Notre sensation du temps qui passe n’est pas inconsistante avec la relativité. C’est juste qu’elle n’est pas expliquée (sic) par cette théorie. »

CR : « Même si l’on ignore exactement comment cela se passe, je suis persuadé que le temps émerge parce qu’on n’a accès qu’à une vision partielle du monde qui nous entoure. » ; « Imaginons un système – nous-mêmes – qui interagit avec le reste du monde. Le temps émerge (distinction entre le futur et le passé) au moment où il y a interaction entre les systèmes. » ; « En fin de compte, je suis dans le camp de ceux non pas qui pense que le temps n’existe pas, mais qu’il n’est pas utile d’avoir du temps dans les équations fondamentales. »

Ce que je voudrais dire à CR c’est que « nous-mêmes », nous ne sommes pas simplement un système mais nous sommes ‘le système’ interagissant avec le reste du monde (monde en dehors de nous) et nous sommes les seuls au monde à avoir l’intelligence de cette interaction. Le temps que nous fondons, est en conséquence le symptôme de cette intelligence, il est le substrat fondamental à partir duquel l’être humain développe son aptitude à produire un discours (entre autres scientifique), toujours en évolution, sur le reste du monde. Tous les autres systèmes interagissant produisent ce que nous appelons un temps propre : leur temps propre, et nous sommes en capacité de les identifier parce que nous les supervisons en les rapportant à notre propre temps. D’un point de vue hiérarchique, notre temps propre doit être compris comme étant le temps de notre faculté de raisonnement, de l’ordonnancement de nos connaissances sur le reste du monde. Tous les autres temps identifiés et dans le futur : identifiables, sont des temps rapportés, subordonnés. De plus, il ne faut pas considérer que nos connaissances sur le reste du monde coïncident avec ce qu’est effectivement le reste du monde, c’est le tâche permanente du physicien de faire que la coïncidence soit de plus en plus grande, de plus en plus parfaite, sans avoir l’illusion que l’aboutissement est pour demain.   

Ma métaphysique se résume ainsi : « Au sein d’une éternité parmi tous les possibles l’anthrôpos ne cesse de creuser sa connaissance de l’Univers. » Comme le souhaite CR, nous pourrons nous émanciper de toute temporalité lorsque nous atteindrons la connaissance de tous les possibles et alors nous serons à la porte d’entrée de l’éternité. Nous avons donc bien du temps devant nous et en aucun cas nous ne pouvons anticiper le pas.

Uniquement sur la problématique du temps on voit deux physiciens réalistes CR et RP à l’œuvre nous affirmer : ce que constate, ce qu’éprouve intellectuellement l’être humain est secondaire parce que ce sont les équations physiques seules qui disent la réalité. C’est exactement ce que nous dit RP à propos du temps de la RG et de la RR, alors que l’image de l’« univers-bloc » est pur artefact et joue le rôle d’un véritable trou noir de notre pensée à propos du temps. A cet égard L. Smolin a réalisé une analyse critique très approfondie de cet univers bloc dans son livre ‘La renaissance du temps’, voir aussi article du blog du 03/06/2016. Pour les physiciens réalistes, c’est une constante, un monde réel existe sans l’être humain en conséquence une bonne description physique de ce monde est celle qui de facto efface la ‘Présence’ de l’être humain.

Les réalistes se trompent, je considère que ce que les réalistes croient être la réalité n’est rien d’autre que notre réalité, celle que nous avons travaillé et donc filtré, c’est-à-dire que nous accédons in fine à un ‘apparaître’ de la réalité, c’est-à-dire la réalité que nous savons mettre en relief et qui résulte de nos capacités (qui sont heureusement évolutives) de compréhension de notre interaction avec le monde qui est en dehors de nous. Cette réalité-là n’est pas banale car les contraintes auxquelles doivent satisfaire les connaissances en physique sont très fortes (par exemple le rapport entre théorie et expérience, observation). Le fait que sans la satisfaction à ces contraintes aucune théorie, ni aucune loi ne peuvent être intégrées dans le corpus de la connaissance en physique constitue déjà un critère de sélection redoutable. Mais je considère qu’à travers ce processus, ce que nous mettons en évidence ce sont des vérités, provisoires, locales, partagées, plus que des aspects de la réalité. A mes yeux, avec le statut de vérité provisoire partagée, en évolution, nous nous octroyons une liberté intellectuelle essentielle car nous maintenons dans la perspective de notre regard intelligent un horizon de potentialités qui ne peuvent que nous animer et aussi nous prévenir des contradictions et des impasses obscurcissant.

Prenons l’exemple suivant : dans l’article de ‘La Recherche’, RP affirme : « Les nombres complexes sont déjà un élément central en mécanique quantique mais, étant donné la puissance de l’analyse complexe, je sentais que les nombres complexes devaient avoir également un rôle dans la description fondamentale (sic) de la nature… » D’un autre côté C. Bender nous dit : « Mon approche est de comprendre ce qui se passe dans le monde réel – où nous vivons – en étudiant le monde complexe, qui inclue le monde réel comme cas spécial. Tout ce que les physiciens observe est sur l’axe des réels. Mais l’axe des réels est juste une ligne dans le plan infini des nombres complexes. Le plan complexe nous permet de comprendre ce qui se passe dans le monde réel. » Voir l’article du 5/11/2016. De même dans l’article du 17/06/2015, je rapporte que des physiciens australiens ayant pu, pour la première fois, évaluer que l’effet tunnel s’opérait effectivement en 10-18s alors ils ont pu substituer, dans les équations correspondantes, le temps imaginaire usuel par le temps réel. Le temps imaginaire signifiait le temps de notre ignorance qui est maintenant tout récemment levé.

L’absence d’horizon de potentialités qui inhibe les élans de notre pensée scientifique se retrouve dans le titre et les sous-titres de l’article. Quand il est demandé : « How much of physics is real ? » et « How much of reality is physics ? », on doit se demander qu’est-ce qui justifie que l’on puisse s’interroger en terme quantitatif sur ce qui serait définitivement réel. Quel sens cela a de penser la réalité comme une étendue avec une frontière repérable ? Quelle est cette conception statique et limitée qui transparait à travers ce type de questionnement ? Quelle est cette fatigue voire cette paresse intellectuelle que cela met en évidence ?

Enfin, la question suivante : « Y a-t-il beaucoup de choses importantes à propos de la réalité que la physique ne peut pas expliquer ? », mérite comme réponse : « Quel sens cela a de se demander ce que la physique ne saurait présentement cerner, expliquer ? » La pensée en physique est en mouvement perpétuel, elle ne peut prétendre accéder à la réalité, par contre cela est son leitmotiv. La réalité galiléenne a été chamboulée par la réalité newtonienne qui le fut par la réalité einsteinienne et pourquoi cela devrait s’arrêter. Il n’y a en fait que des réalités provisoires qui ne sont de fait que des croyances qui se succèdent.

Physics may be a small but crucial fraction of our reality

Just how much of physics is real, and how much of reality is physics? That’s a theme uniting four major new books in the field

Are there many important things about reality physics can’t explain?

David Maurice Smith/Oculi/Agence VU/Camera Press

By Richard Webb

“WHAT fraction of what you know that is important is physics?” Richard A. Muller strikes an unexpected note with this question towards the end of his book Now. A veteran of particle physics and cosmology behind at least two Nobel-prizewinning strands of research, Muller isn’t pouring cold water on an entire discipline. But he is addressing a theme that, one way or another, exercises him and the authors of three other major new books: how much of physics is real, and how much of reality is physics?

There’s reason enough for the navel-gazing. In one sense fundamental physics is flowering like never before. In another, it is in one of its deepest funks. The past five years have seen three great experimental advances: the discoveries of the Higgs boson and gravitational waves, as well as the Planck satellite’s meticulous measurements of the cosmic microwave background. But all have served to confirm existing pictures of reality: the standard model of particle physics based on quantum field theory, and the standard cosmological model of a big bang universe rooted in Einstein’s theory of gravity, the general theory of relativity.

Yet the deficiencies of those two theories are obvious. Not only do they contradict each other, they contradict how we feel reality should behave. Can we do better?

Muller’s starting point is time, the most obvious place where our perception of reality and the description given by our physical theories diverge. Relativity robbed reality of a flowing time that neatly separates past from future. It denies the existence of any privileged spot from which we can measure time’s passage.

How can a physical theory predict things so at odds with our experience? In Muller’s words, physics should explain what we see in reality, not contradict it.

His is a thoughtful, thought-provoking and accessible book that blends concepts from relativity, thermodynamics and quantum theory to elucidate how physics got where it is, and the missteps that might have led it there. It is less about the destination, more about the journey. Muller’s big reveal – that new time might be continuously created in the aftermath of a 4D big bang – may or may not stand up to scrutiny, as he freely admits.“In one sense fundamental physics is flowering like never before; in another, it is in one of its deep funks”

Something similar could be said of Carlo Rovelli’s pet idea. Author of last year’s bestseller Seven Brief Lessons on Physics, Rovelli is a leading light in loop quantum gravity, a theoretical endeavour which, after string theory, is the second most popular route to reconciling quantum theory and general relativity.

As such he is part of an honourable tradition among physicists of seeking a better understanding of reality through the unification of physical theories. Bouts of unification have spurred on progress in physics ever since the 17th century when Newton married heavenly and Earthly movements in his laws of gravitation and motion. At each stage, new conceptual tools were introduced – particles, waves, fields – that, mathematically at least, help us to order and predict the world’s workings.

Each has required sometimes cherished preconceptions to be reconsidered. Loop quantum gravity is no exception. Again, you have to unpick space-time, the unified fabric of reality that Einstein’s relativity stitched together. At the infinitesimal level of the Planck scale, space becomes a pixelated, rough, quantum foam. That, incidentally, also supplies time with a new guise: the direction in which it flows emerges from the order in which processes happen on unobservably small scales within this foam.

As radical as this sounds, Rovelli makes a convincing argument that this is the conservative option compared with the extra dimensions, fields and particles demanded by string theory and its widely trailed precursor, supersymmetry. Newton, Einstein and co did not try to “guess” new theories, argues Rovelli, but built on what was known. Quantum theory and general relativity are “right” theories on their respective scales of the small and the large – the trick is to do as little damage to both while melding them into a unified whole.

In the best tradition of scientists writing popular science, Rovelli marries physical understanding with a light touch and a literary eye for incidental detail. Take the case of the Belgian priest-astronomer Georges Lemaître, who in 1951 successfully dissuaded Pope Pius XII from equating the big bang (Lemaître’s baby more than anyone’s) with the biblical act of creation in Catholic dogma. His argument was that it would be embarrassing should it turn out that the big bang wasn’t actually the beginning – an act of extraordinary foresight, given that contemporary ideas about the existence of a multiverse were decades away.

Quantum gravity

Yet in some senses Rovelli’s easy, readable style pulls the wool over our eyes. You could be forgiven for concluding that a working theory of loop quantum gravity as good as exists, and that experimental verification is around the corner. Would it were that simple.

And a blunter question emerges. Quantum gravity is unlikely to produce a more intuitive picture of reality than we have now, and its predictions will probably only kick in at energies so huge and distances so small it is hard to see how we might probe the theory experimentally or find a practical use for it. Never say never, of course, and knowledge for knowledge’s sake has its value – but in what sense is such a theory a useful guide to reality?

Let’s roll back a bit: if we’re making intuition the measure of a theory, where does that leave quantum theory? It’s given us lasers and computers, so on some level it is unquestionably useful – even if the old line that if you think you understand it, you haven’t understood it, is both true and has a fittingly fuzzy origin.

In his new book QBism, Hans Christian von Baeyer bangs the drum for a new “Quantum Bayesian” interpretation: the uncertainties that apparently haunt the quantum world before it is measured have little to do with reality being uncertain, and everything to do with us being uncertain about reality. In QBism, quantum theory becomes a theory not of the observed, but of the observer.

Von Baeyer does a passable job of setting out the stall, although his more narrowly focused book tends to get lost in the details at the expense of the big picture. But QBism remains a minority sport. Is that, to return to Muller’s critique, because of the inability of physicists to recognise or to accept the limits of their pretensions to describe reality?

“Ultimately physics only describes that part of reality that is susceptible to mathematics”

This theme is taken up by Roger Penrose in Fashion, Faith and Fantasy in the New Physics of the Universe – by far the least easy read of the four books, but one that gives us a valuable insight into what one of the most prominent theoretical physicists of recent times makes of reality’s relationship to ideas in quantum theory, standard cosmology, and theories that pretend to replace them.

So where does all this leave us? Ultimately, physics only describes the part of reality that is susceptible to mathematics – as Muller points out, not least because Kurt Gödel’s theorems of the 1930s made it clear that any mathematically based theory will always be incomplete. Efforts such as the push to a quantum theory of gravity may bring us to a more complete understanding, but it is likely our vista will remain blurred. No doubt physics is important, but it could be there is much that is important about reality that is not physics

 

           

 

[1] Mon concept d’’Instant Présent’ que je mets en exergue depuis une dizaine d’années a rencontré quelques cousins auxquels j’attribue un cousinage de genèse : le ‘Moment Présent’ de L. Smolin, mais sans valeur numérique attribué ; le ‘Temps Créatif’ de N. Gisin, mais sans évaluation numérique ; ultimement le ‘Now’ de R. A. Muller, qui à mon sens ne peut avoir le moindre lien de parenté avec les concepts précédents.

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