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29 août 2017 2 29 /08 /août /2017 10:34

Comment les humains interagissent avec la Nature ? Comment nous questionnons la Nature ?

Ces interrogations, je les ai lues dans un article de N. Gisin et à l’instant de leurs lectures je me suis intéressé à la suite que l’auteur allait accorder à ce territoire interrogatif qu’il envisageait d’explorer. Après deux années, j’ai eu confirmation qu’il n’irait pas au-delà d’une ouverture interrogative. Cette situation me rappelle celle constatée à la lecture du livre de L. Smolin : « La Renaissance du Temps ; Pour en finir avec la crise de la Physique. », (programme ambitieux, légitime, nécessaire et selon moi particulièrement prioritaire), qui réalise une analyse de très grande qualité de la loi de la relativité générale conduisant à la mise en évidence de l’univers bloc bornant l’intelligence humaine dans un univers bloc totalement déterminé, et donc soustrayant la moindre faculté fondatrice à cette intelligence qui n’aurait effectivement aucun horizon par lequel elle pourrait mettre à l’épreuve sa faculté d’exercer un libre arbitre arc-en-ciel. Enfin Smolin formule un diagnostic crucial : « Mais l’univers réel a des propriétés qui ne sont pas représentables par un quelconque objet mathématique. L’une de celles-ci est qu’il y a toujours un moment présent… » (voir article du 2/05/2013). Depuis, plus une pensée publiée sur ce sujet, dommage qu’il soit resté sur le seuil d’un tel chantier que j’ai considéré comme très prometteur et à mon sens l’est encore. Pourtant dans son livre vacille une petite lumière qui ne me laisse pas indifférent : les lois de la physique pourraient évoluer, à la manière des lois de l’évolution en biologie. Petite lumière à laquelle je prête la clarté suivante : les possibilités de découvertes des lois de la physique évoluent concomitamment avec les lois de l’évolution qui concernent l’être humain depuis son émergence.

Je ne veux pas appesantir cet article avec trop d’interrogations mais on peut se demander pourquoi il y a des flashs d’idées percutantes mais sans germinations. Les deux auteurs que je cite ont accumulé suffisamment de pratiques réflexives et d’obstacles au cours de leur carrière pour, en relevant leur regard prospectif, intuiter valablement les défaillances des corpus théoriques en question. Ils ont aussi intuité l’aspect trop étriqué, prétendument autosuffisant, des critères et postulats qui prévalent au raisonnement en science physique. Malgré cela une sorte de ‘surmoi’ (il serait celui de la communauté scientifique) interdit de franchir le Rubicon. En effet, les grands ancêtres : Galilée, Descartes, Newton, ont verrouillé et jeté les clefs de l’enclos qui délimite ce qui est propre à la pensée en physique.

            C’est le thème, que mettent en relief les questions en titre de cet article, que je reprends ci-dessous. Reprise parce que ce thème est déjà en partie développé dans ses balbutiements par les articles précédents récents. Comme toute nouveauté, surtout de cette nature, il faut revenir plusieurs fois sur le chantier de son élaboration, quitte à ce qu’au cours de son développement il faille rebrousser chemin, si des incohérences, des incongruités finissent par s’imposer. J’espère que la réflexion que je vous propose ne se fait pas trop fastidieuse car vous avez remarqué, je suis convaincu qu’il est nécessaire d’emprunter de nouveaux chemins d’investigations car les physiciens sont depuis de très (trop) nombreuses années face à des impasses, c’est-à-dire dire confrontés à des phénomènes qu’ils ne peuvent expliquer. Ce chemin que je vous propose ci-après, est tout nouveau pour moi et je n’ai pas encore rencontré une prospection réalisée avant que j’en ai l’intuition (elle existe peut-être) si ce n’est que c’est la lecture du livre de D. Buonomano qui a contribué à fournir les éléments déclencheurs.

Donc les interrogations de N. Gisin, je les reprends mais j’y ajoute : quels sont les dispositions actuelles de l’être humain pour questionner la Nature ?

Selon mon point de vue, elles seraient double :

  1.      Dispositions cérébrales ;
  2.      Dispositions intellectuelles.

Les dispositions cérébrales sont celles qui sont établies grâce à un câblage empirique, établi, de nos neurones, correspondant et révélant l’histoire de notre évolution en tant qu’être humain.

Les dispositions intellectuelles sont celles qui permettent un dépassement des dispositions cérébrales, (actuellement façonnées lesquelles s’activent naturellement), et qui établissent et établiront des nouveaux câblages parce que notre évolution est toujours en cours. Voir article du 20/06/2017, page 3 : « L’évolution ne s’arrête pas, nous évoluons encore et toute la différence, entre les premiers sapiens et nous, tient probablement dans l’organisation interne du cerveau, sa connectivité. Malheureusement… »

On peut considérer que les dispositions cérébrales reflètent l’évolution du genre humain qui a été générée par la confrontation aux lois de la nature qui valent à l’échelle classique : confrontation pour la survie. Echelle classique : échelle de la sensibilité de nos sens, nos instruments de perception, naturels Grâce aux dispositions intellectuelles, qui se développent et ne cessent de s’amplifier, s’acquière la faculté de dépassement de cette confrontation à l’échelle classique et le regard intelligent au-delà et en deçà de cette échelle (grâce à la conception matérielle d’instruments de perception dans une gamme de plus en plus riche) constitue actuellement le challenge des physiciens fondamentalistes.

Dans une certaine mesure les conséquences de la confrontation à l’échelle classique sont toujours extrêmement prégnantes, puisqu’elles s’inscrivent sur une très longue période (pas moins de 2 millions d’années) et en conséquence les dispositions cérébrales sont encore la référence (la grille d’interprétation) pour l’être humain donc pour les physiciens. Il en résulte que l’ensemble des dispositions cérébrales constitue un facteur d’inertie intellectuelle qui est en cours de réduction mais pas encore dépassée malgré un siècle de pratique de la mécanique quantique. Toujours présentement, je prête donc aux physiciens le rôle d’avant-garde, de précurseurs, d’acteurs de ce qui conduira à de nouvelles dispositions cérébrales. Les données et les phénomènes obtenus avec la conquête intellectuelle en cours du corpus de la mécanique quantique sont toujours interprétés, décryptés à l’aune des dispositions cérébrales pas encore dépassées. C’est pourquoi pour l’essentiel nous sommes confrontées aux ‘bizarreries’ de la mécanique quantique qui révèlent des frictions entre l’inertie cérébrale et la capacité d’avancée de l’intellectuelle. A l’évidence, il y a encore des sauts conceptuels à effectuer pour que ce que nous nommons bizarreries (voir article du 05/08), terme qui reflètent notre inintelligibilité actuelle, perde ce statut et que des propriétés intelligibles rendent compte des lois qui prévalent dans l’interaction Homme-Nature à l’échelle correspondante.

Il me faut expliquer pourquoi je prête aux physiciens fondamentalistes le rôle d’avant-garde aux conquêtes intellectuelles qui provoqueront les nouvelles dispositions cérébrales. A mon sens le souverainisme des lois de la physique dans cette affaire est encore prépondérant. Il suffit de reprendre l’arborescence chronologique de la diffusion des concepts quantiques dans les autres sciences de la nature pour s’en rendre compte. Jusqu’au point, et d’une façon hasardeuse, ceux-ci furent aussi testés dans les sciences humaines.

Cette prépondérance des concepts de la physique diminuera dans l’avenir parce que l’être humain dépendra de moins en moins d’une confrontation aussi univoque avec la Nature. Son émancipation en se développant avec son évolution en devenir l’amènera à bâtir de nouveaux savoirs sur la base de ce qu’il librement voudra dépasser, du point de vue de son Être en tant que tel, devenant ainsi de plus en plus autonome vis-à-vis de son Être de la Nature dont il est originaire.

Comme vous pouvez le constater à ce moment de la fin de la lecture : tous les arguments exploités ont été exposés dans les articles précédents mais en les assemblant d’une façon nouvelle et toujours logique (à mon sens), j’ai pu expliciter le concept d’inertie cérébrale et le mettre en rapport avec celui de ‘Bizarreries’ de la mécanique quantique et aussi donner plus de sens à l’article intuitif et précurseur du 26/09/2015 : ‘Non, on ne pense pas quantique. Pas encore !

Si ma proposition de considérer effectivement : dispositions cérébrales distinctes de dispositions intellectuelles, s’avérait pertinente, alors nous aurions débusqué un authentique nouveau paradigme qui par ricochet révélerait un nouveau paradigme en physique qui nous rendrait complètement intelligible les lois propres à la mécanique quantique.

Il ne peut pas nous échapper que nous serions alors témoin d’un renversement de situation puisque jusqu’à présent ce sont les découvertes des lois de la physique qui ont fait évoluer l’intelligence de l’être humain, ici ce serait la découverte des lois de l’évolution de l’intelligence humaine qui permettrait enfin de découvrir des nouvelles lois de la physique.

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18 août 2017 5 18 /08 /août /2017 08:51

Présentation d’une expérience qui pourrait annuler mon hypothèse si…

Si… on considère qu’elle est exhaustive et si on considère qu’elle s’engage sur des préalables corrects d’interprétation de la mécanique quantique. Cet article date du 11/08, sur le site de phys.org, je vous en propose une traduction pour l’essentiel, ensuite un commentaire et puis finalement la version originale (sans la figure illustrative, malheureusement car impossible).

C’est une expérience relative à l’observation de franges d’interférences de particules de matière massives observables lorsqu’elles sont soumises à traverser des fentes du type appareil d’Young mais ici l’appareil (le masque) est modifié comprenant, une, deux, trois fentes à des niveaux distincts.  

« En mécanique quantique les particules peuvent se comporter comme des ondes (sic) et prendre plusieurs chemins dans une expérience. Cela requière simplement des combinaisons de paires de chemins, plutôt que trois ou plus, pour déterminer la probabilité pour une particule d’arriver quelque part. Les chercheurs de l’université de Vienne et Tel Aviv ont interrogé ce problème explicitement en utilisant les interférences d’ondes de molécules derrière une combinaison de simple, double, et triple fentes (dessinées sur un même support matériel à des niveaux distincts)

La mécanique quantique décrit comment la matière se comporte sur des échelles les plus petites du point de vue de la masse et de la longueur d’onde. Toutefois, l’absence de phénomènes quantiques dans notre vie quotidienne a provoqué une recherche des modifications minimales de la mécanique quantique, qui seraient seulement perceptibles pour les particules massives. Une piste est de rechercher l’ainsi nommé : plus haut ordre d’interférence. En mécanique quantique standard, le motif d’interférence résultant d’un nombre arbitraire de chemins ouverts non interagissant peut toujours être décrit par toutes les combinaisons des paires de chemins.

Tout autre motif restant serait dû à des ordres plus élevés d’interférences et serait indicateur éventuel d’une nouvelle physique.

Tandis que cette règle a été testé précédemment avec de la lumière et du rayonnement micro-onde, les chercheurs à l’université de Vienne et de Tel Aviv ont maintenant lancé pour la première fois une expérience dédiée avec des molécules massives. « L’idée est connue depuis plus de 20 ans. Mais c’est seulement maintenant que nous disposons des moyens technologiques pour réunir ensemble tous les composants et construire une expérience capable de réaliser le test avec des particules massives. »

Diffraction d’une onde de matière avec de fentes multiples.

Dans leurs expériences, les chercheurs de Vienne préparent des molécules organiques complexes en tant qu’ondes de matière (sic). Ce but est atteint en évaporant ces molécules à partir d’un point de diffusion de l’ordre du micron et ensuite laisser évoluer celles-ci librement pendant un instant. A la suite de cet instant chacune des molécules délocalisées, se répartissent dans différents endroits immédiatement. Ceci signifie que lorsque chaque molécule rencontre le masque contenant les multiples fentes, elle peut traverser plusieurs fentes en parallèle. En comparant avec précaution la position des molécules arrivant sur le détecteur après une combinaison de simple, double, triple, fentes, les chercheurs étaient capables d’attribuer des limites correspondantes à chacun des chemins multiples empruntés.

La nano-fabrication favorisant cette technologie… »

Commentaire : L’apriorisme du dualisme onde/particule est une interprétation qui conditionne complètement la conception et le traitement des résultats obtenus. En effet, il est abusif de considérer que « En mécanique quantique les particules peuvent se comporter comme des ondes (sic) », car l’apparaître comme une onde n’est pour nous qu’une interprétation pour expliquer le résultat final de l’expérience. En aucun cas on observe le caractère ondulatoire avant l’expérience d’observation qui permettrait de constater un comportement ondulatoire réel d’une particule. Ici on est dans un schéma explicatif qui considère que la situation est : onde et particule, cela est un abus, un parti pris, un apriori qui n’a toujours pas de justification. Quant à l’interprétation que je privilégie c’est celle de : onde ou particule… c’est selon, le type d’appareil d’observation que l’on utilise et les modalités de la réalisation de l’expérience. Ainsi, l’expérience indiqué ci-dessus laisserait voir des impacts ponctuels sur le détecteur dès que l’observateur aurait l’information (par des moyens appropriés couramment utilisés) à propos de par laquelle des fentes chaque particule de matière serait passée, c’est-à-dire que l’observateur dispose de l’information spatio-temporelle du chemin suivi (résultat historiquement bien connu et reproductible). On voit, là, que le processus de l’observation conditionne le résultat final de l’expérience.

Je serais très intéressé que cette expérience soit aussi effectuée avec le protocole de mon projet d’expérience tel que je l’ai décrit dans l’article du 06/08/ : ‘Appel d’Offres’ comprenant les trois catégories d’observateurs équipés d’un dispositif de détection d’images cérébrales. Les cas a) et b) sont très concrètement réalisables dans le cas de figure exposé par les chercheurs de Vienne et permettront de produire des conditions d’observations qui seront interprétables d’une façon nette.

 

Texte original :

« Massive particles test standard quantum theory 11 August 2017

Comparing the diffraction patterns behind a combination of precisely written slits allows testing quantum mechanics with complex molecules. Credit: Group for Quantum Nanophysics, Faculty of Physics, University of Vienna; Image-Design: Christian Knobloch

In quantum mechanics particles can behave as waves and take many paths through an experiment. It requires only combinations of pairs of paths, rather (plutôt) than three or more, to determine the probability for a particle to arrive somewhere. Researchers at the universities of Vienna and Tel Aviv have addressed this question for the first time explicitly using the wave interference of large molecules behind various combinations of single, double, and triple slits.

Quantum mechanics describes how matter behaves on the smallest mass and length scales. However, the absence of quantum phenomena in our daily lives has triggered a search for minimal modifications of quantum mechanics, which might only be noticeable for massive particles. One candidate is to search for so-called higher-order interference. In standard quantum mechanics, the interference pattern resulting from an arbitrary number of non-interacting open paths can always be described by all combinations of pairs of paths.

Any remaining pattern would be due to higher-order interference and be a possible indicator for new physics.

While this rule has been tested before with light and microwave radiation, researchers at the Universities of Vienna and Tel Aviv have now run for the first time a dedicated experiment with massive molecules. "The idea has been known for more than twenty years. But only now do we have the technological means to bring all the components together and build an experiment capable of testing it with massive molecules," says Christian Brand, one of the authors of the study.

Multi-slit matter wave diffraction

In their experiments at the University of Vienna, researchers of the Quantum Nanophysics Group headed by Markus Arndt prepared complex organic molecules as matter waves. This was achieved by evaporating them from a micron-sized spot in high vacuum and letting them evolve freely for some time. After a while, each molecule delocalized, spreading across many places at once. This means that when each molecule encounters a mask containing multiple slits, it can traverse many of the slits in parallel. By carefully comparing the position of molecules arriving at the detector behind a combination of single-, double- and triple slits they were able to place bounds on any multipath contribution.

Nanofabrication enabling technology

A crucial component of the experiment is the mask - an ultra-thin membrane into which arrays of single-, double- and triple-slits were fabricated. It was designed and fabricated by Yigal Lilach and Ori Cheshnovsky at Tel Aviv University. They had to engineer a diffraction mask, where the maximum deviation in the slit dimensions was not much larger than the size of the molecules it was diffracting. The mask was integrated in the Vienna laboratory.

and the researchers studied a broad range of molecular velocities in the same experimental run. For all of them, the scientists found the interference pattern to follow the expectations of standard quantum mechanics with an upper bound in the deviation of less than one particle in a hundred. "This is the first time an explicit test of this kind has been conducted with massive particles", says Joseph Cotter, the first author of this publication. "Previous tests have pushed the frontiers with single photons and microwaves. In our experiment, we put bounds on higher-order interference of massive objects."

The study is published in Science Advances.”

 

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15 août 2017 2 15 /08 /août /2017 08:00

Disposition ou Dispositions ?

En relisant l’article précédent du 05/08, j’ai réalisé qu’une logique implicite avait fini par pointer dans celui-ci alors qu’à aucun moment dans ma réflexion je ne l’avais anticipée. Cette logique laisserait entendre qu’il y aurait chez l’être humain deux dispositions, l’une serait cérébrale et l’autre serait intellectuelle. Attention ! j’ai conscience que lorsque l’on aborde ce type de sujet il faut être précautionneux car il est facile de déraper d’autant que ce que l’on pourrait appeler la science du cerveau est une science native.

            La disposition cérébrale serait une disposition réflexive, déductive, naturelle et spontanée puisque le cerveau est prédisposé à engendrer cette réflexion-déduction à cause d’un apprentissage très antérieur dans le temps. Cette prédisposition s’expliquerait par le fait que l’organisation neuronale est déjà établie (câblée) et elle est permanente. C’est ce que D. Buonomano suggère lorsque parlant de l’instinct, dans toutes ses formes, des animaux, il évoque les ‘instincts câblés’. Je cite : « La plupart des exemples de planifications apparentes de long terme chez les animaux, semblent actuellement être des instincts câblés[1]. » (Penser à l’exemple de l’écureuil qui instinctivement stocke des noisettes pour se nourrir l’hiver)

            Les câblages acquis et qui perdurent sont le fruit de l’évolution. Je vais une fois de plus me référer à D. Buonomano pour justifier mon propos : « La vérité est, bien que les humains soient bien meilleurs pour la planification à long-terme que tous les autres animaux, nous ne sommes pas particulièrement bon pour ceci. Ceci ne doit pas être une surprise. Le cerveau humain est le produit d’un processus de l’évolution qui s’est développé depuis des centaines de millions d’années (sic). Donc la plupart de notre bagage neuronal provient des animaux qui vivait, sur le plan cognitif, dans le présent immédiat. En conséquence, en tant qu’espèce, nous humains continuons d’apprendre pour perfectionner nos nouvelles compétences[2] »

La disposition intellectuelle est celle qui est à l’œuvre (nous humains, nous continuons d’apprendre) au cours de l’existence propre de chacun d’entre nous, dès le début de celle-ci. La disposition intellectuelle est corrélée à l’étude, à l’apprentissage récent ou en cours qui peut se développer aussi profondément que le peut une génération, celle-ci bénéficiant des acquis de la précédente. La disposition intellectuelle peut évidemment conduire à une émancipation à l’égard de la détermination correspondant à la disposition purement cérébrale installée. Ainsi quand je considère nous ne pensons pas quantique, pas encore, voir article du 26/09/2015, je signifie que notre rapport historique avec la Nature à l’échelle classique a provoqué un câblage cérébral qui s’impose toujours en premier lieu et un dépassement est nécessaire pour accéder à une pensée quantique sans artefact (s) : ce qui n’est pas encore le cas.

Notre pensée à l’égard de phénomènes à l’échelle quantique ne peut se développer qu’en réinitialisant sans cesse celle-ci et à chaque fois sur la base des postulats fondamentaux appris qui dictent ce qui est franchement en rupture avec la mécanique classique. Penser, justement, naturellement, quantique sera possible lorsque à force de sa pratique une organisation neuronale appropriée se mettra en place à demeure et pourra se transmettre génétiquement. Je fais l’hypothèse que cette mise en place à demeure se cristallisera lorsque de plus on mettra en évidence un ou des paradigmes de ruptures valant tout autant pour la mécanique classique que la mécanique quantique, notamment à propos de l’espace-temps et de sa source.

Dans l’expérience que je propose (voir article précédent), je souhaite pouvoir tester cette hypothèse, je le pense avec insistance en prenant aussi en compte les résultats éloquents d’autres expériences citées déjà dans l’article précédent qui révèle que « le cerveau fait plus confiance à sa propre information inventée qu’à ce qu’il voit à l’extérieur dans le monde. » Ainsi, les personnes non formées à la physique ne peuvent rien inventer[3], lorsqu’ils n’ont plus d’information spatio-temporelle de la trajectoire de l’objet quantique dans l’interféromètre. Par contre les personnes formées à la mécanique quantique[4] ont intellectuellement intégré les outils, les schémas, pour que leur cerveau conçoive une image relative à la dispersion spatio-temporelle. Ces personnes transcendent le câblage établi du repérage spatio-temporel du déplacement dans la nature immédiate de l’individu (qui ici est le correspondant de l’objet classique), établi depuis au moins 2 millions d’années. C’est-à-dire à une époque où une conscience de soi s’établit. Ce câblage est typiquement d’essence humaine. Il en résulte, selon mon hypothèse, que l’espace-temps n’est pas donné dans la Nature. Si les résultats a) et b) sont ce que je prévois, mon hypothèse sera valide, sinon elle sera invalidée.

Une disposition cérébrale serait donc une disposition qui serait acquise du point de vue des réseaux des connexions neuronales, cela constitue une potentialité et on naît avec, globalement, elle correspond à l’état de notre évolution pour l’époque considérée (évidemment, il y a à nuancer suivant les cultures, les patrimoines génétiques, etc…) C’est un héritage.  

Une disposition intellectuelle serait une disposition qui serait une aptitude à transcender ce qui s’imposerait du point de vue de la disposition cérébrale. Une disposition intellectuelle qui cogiterait pertinemment conduirait à un nouveau câblage et à une disposition cérébrale actualisée. Dans le cas de la physique une disposition intellectuelle pertinente est celle qui prédit des résultats expérimentalement vérifiés et expliqués, et qui élucide les postulats qui ont prévalus à l’origine. Ce n’est pas encore le cas des cogitations à propos de la mécanique quantique car nous sommes toujours obligés d’accepter les postulats de l’Ecole de Copenhague, sans jusqu’à présent comprendre pour autant, quels sont leurs fondements, d’où proviennent naturellement (dans la Nature) ces postulats[5]. Et puis ce n’est pas par hasard ni par habitude que sans cesse l’on évoque : l’étrangeté des propriétés quantiques, des actions fantômes, etc…

Nos capacités intellectuelles sont encore essentiellement celles qui ont comme support les capacités cérébrales qui ont été façonnées par notre confrontation aux conséquences des lois de la nature qui prévalent à l’échelle classique, parce que la principale finalité était la survie humaine physique. Ce façonnement a permis à l’humanité de passer du statut de Chasseur-Cueilleur au statut de Producteur-Créateur-Scrutateur de ressources de plus en plus conscient, c’est-à-dire prévoyant. De l’enjeu de la survie à l’échelle classique on a transité (on transite) vers l’expansion aux échelles qui se situent de part et d’autre. De plus, il y a un engendrement de dispositions intellectuelles qui s’autonomisent. C’est-à-dire dans mon schéma l’Être dans la Nature réduit sa dépendance de l’Être de la Nature.

Pour terminer cet article, je cite P. Picq, dans ‘Dossier pour la Science’ de juillet-septembre 2016, « Le roman des intelligences », page 8 : « La première coévolution concerne tous les organismes vivants et leurs interactions. La deuxième se met en place avec les premiers hommes (Homo erectus) avec des innovations techniques et culturelles, comme la cuisson et la taille des outils, qui modifient et sélectionnent nos organismes, des gènes aux capacités cognitives. La troisième se manifeste depuis le début du XXIe siècle avec l’impact des NBIC (nanotechnologies, biologie naturelle et de synthèse, sciences informatiques et cognitives)

Mais contrairement aux sirènes du transhumanisme qui postulent que l’évolution est arrivée à son terme et que nos technologies doivent prendre le relais, il faut penser notre avenir en fonction des interactions de ces trois coévolutions (sic) ; l’émergence, en quelque sorte, d’une nouvelle intelligence… Notre humanité doit se remettre en marche. Notre cervelet possède 70 milliards de neurones connectés à l’ensemble de notre corps et de notre cerveau et des études récentes montrent que la marche et tout particulièrement dans un bout de nature, augmente notre créativité de 60% ; et c’est encore mieux avec les autres. »

Tout ce qui est écrit dans cet article a à voir, selon mon point de vue, avec le sujet relatif à comment pourrons-nous penser quantique et de quelle façon cela va advenir ? Quelles en seront les conséquences ?

Descartes affirmait que de l’arbre de la connaissance, le tronc représentait : la science physique, toutes les autres sciences étaient des ramifications qui s’y rattachaient. Connaître les sciences relatives à ses ramifications permet aussi réciproquement de mieux analyser la sève centrale qui irrigue le tronc et amplifie la vigueur de l’arbre. Pour cette raison, il est vivement souhaitable que les physiciens enrichissent le domaine de leurs propres investigations des domaines qui prospectent et expliquent cette histoire et cette dynamique. Par exemple ainsi procèdent les paléoanthropologues qui intègrent maintenant, la biologie, la génétique et les neurosciences dans leur corpus d’analyse prospective. D’où mon projet d’un manifeste qui conduirait les physiciens à solliciter et provoquer un rapprochement semblable entre différents corpus.   

Je viens de découvrir qu’un livre vient d’être publié (le 07/08) aux E.U. : « Life through time and space. », « La vie à travers le temps et l’espace. » En résumé : “The origins of intelligent life: How did life, and eventually intelligent life, come into existence on Earth?” Je n’ai pas encore pu l’acquérir, dès que ce sera possible, s’il présente de l’intérêt, pour notre propos, j’en parlerais. Déjà on remarque que c’est dans le cadre de l’espace-temps que l’auteur tente de rendre compte de l’émergence de la vie intelligente. Comme s’il ne pouvait y avoir d’intelligence qui ne soit sertie dans l’espace-temps, en tous les cas à propos de celle dont nous pouvons développer un discours. Ce qui laisse possible toutes les autres formes d’intelligence mais pour nous indicible parce que hors ce cadre. Selon l’auteur si l’espace-temps est d’une nature intelligente, pour le moins concomitante avec l’émergence de l’intelligence, on comprend la difficulté des physiciens pour résoudre l’aporie spatio-temporelle, qui veulent la traiter dans le cadre de la matière inerte.  Par contre cela donnerait tout son poids à ma conception : « Je dirais que l’espace-temps est un concept qui a émergé quand une première intelligence a créé le besoin de ce concept pour se situer sur la planète Terre de façon non instinctive. » Voir article précédent du 05/08.

 

           

 

[1] Page 199 : « Most examples of apparent long-term planning in animals actually seem to be hardwired instincts. »

[2] Page 206 : “The truth is that even though humans are far better a long-term planning than all other animals, we are not particularly good at it. This should not come as a surprise. The human brain is the product of an evolutionary process that unfolded over hundreds of millions of years (sic). So, most of our neural baggage comes from animals that lived, cognitively speaking, in the immediate present. Consequently, as a species, humans are still learning to perfect our newly acquired skills…”

[3] Elles sont déterminées par leur cortex entorhinal, sans échappatoire.

[4] Le cortex préfrontal et/ou temporal actif(s) grâce a un processus d’apprentissage. 

[5] N. Bohr et Heisenberg ont toujours indiqué que le savoir (les résultats des mesures) que nous obtenons sur les objets quantiques, est uniquement un savoir relatif à l’échelle de nos capacités humaines. C’est un savoir transposé, interprété, adapté pour qu’il soit humainement transmissible.

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5 août 2017 6 05 /08 /août /2017 17:01

En premier lieu, je veux remercier Ingrid et Claude qui m’ont fait parvenir très rapidement un projet d’article traduit en français. Effectivement ayant écrit l’article original directement en anglais, je n’avais plus l’envie d’écrire la version en français. Cela est fait et je suis sensible à la coopération spontanée qui s’est exprimée. Thank you very much Ingrid and Claude.

                                   Appel d’Offres. (A Request for proposal)

 

Présentation : le but de l’expérience proposée est d’évaluer la validité de l’hypothèse fondamentale selon laquelle l’espace-temps est un propre de l’être humain (caractéristique de l’être humain). La mise en évidence récente de propriétés cognitives des humains en situation d’interactions spécifiques avec le monde extérieur, laisse penser qu’avec cette expérience nous pourrions identifier les raisons de certaines bizarreries de la mécanique quantique.

 

D’abord, cet appel d’offres s’adresse à une équipe de neuroscientifiques maîtrisant l’imagerie cérébrale ainsi que la définition d’un protocole préalable qui permettra, après coup, d’interpréter avec certitude les résultats obtenus en accord ou désaccord avec les hypothèses premières impliquées.

Tenant compte des résultats récents des publications que je mentionnerai ci-dessous, au fur et à mesure, dans cet article, et les premières hypothèses que j’ai développées durant cette dernière décennie[1];[2] ;[3], l’expérience proposée rassemble actuellement tous les ingrédients qui nous permettent de penser que nous serons en mesure d’extraire de cette expérience de nouvelles compréhensions de l’interaction entre l’être humain et la nature à l’échelle de l’infiniment petit.

La première hypothèse fondamentale que je fais est que l’espace-temps est une particularité de l’humanité, c’est-à-dire que ces 4 dimensions sont fondées par l’être humain depuis une origine probablement située au premier moment de l’hominisation, c.à.d. de l’ordre de 2 millions d’années ou plus. Je dirais que l’espace-temps est un concept qui a émergé quand une première intelligence a créé le besoin de ce concept pour se situer sur la planète Terre de façon non instinctive. Il est important de souligner la concomitance de ces émergences. Je cite : « Votre cerveau est une Machine du Temps[4] révèle comment l’énigmatique 4ème dimension est en effet essentielle à notre existence et, vraiment fondamentale à ce qui fait de nous des humains » Ainsi, on peut considérer que l’espace-temps a la valeur d’une détermination de l’être humain.

L’expérience a pour but de montrer si oui ou non cette détermination est inhérente à l’être humain. Des résultats récents d’expériences renforcent l’idée que des chances de découvertes et de nouvelles compréhensions devraient ressortir de cette expérience. Je cite : « Notre cerveau préfère l’information visuelle inventée à la chose réelle[5]  et le commentaire de l’auteur : Le cerveau fait plus confiance à sa propre information inventée qu’à ce qu’il voit à l’extérieur dans le monde ». Citons encore : « Comment la ruse quantique peut brouiller cause et effet[6] ». Dans cet article, les auteurs nous disent : « Nous réalisons maintenant qu’en physique quantique, ce n’est pas exactement ce que vous faites qui compte, mais ce que vous savez ». Je note en particulier, conformément à mon hypothèse, que l’être humain véhicule un savoir profond et particulièrement le bagage spécifique d’un savoir spatio-temporel du point, situé en grande partie dans les limites du « complexe entorhinal », voir dans Mauro M. Monsalve-Mercado : ‘Hippocampal Spike-Timing Correlations lead to Hexagonal Grid Fields’, Physical Review Letters (2017) (voir mon commentaire de l’article posté précédemment, du 26/07) et de plus dans ‘Your Brain is a Time Machine’ page 182 : « … que notre aptitude à  nous saisir de la notion du temps a été acquise grâce à une cooptation par les circuits neuronaux qui développent la navigation, la représentation et la compréhension de l’espace[7] »  et  plus, page 206 « ainsi l’essentiel de notre bagage neuronal provient d’animaux qui vivent, sur le plan cognitif, dans le présent immédiat. » En conclusion, la faculté d’accéder à une connaissance spatio-temporelle est une faculté générique humaine.

En conséquence, compte tenu de ces résultats et affirmations que l’espace-temps est un propre de l’être humain, nous serions en mesure d’identifier certaines raisons des singularités spécifiques de la mécanique quantique. Je me réfère au principe de complémentarité de N.Bohr et au principe de superposition quantique. Cela signifie que nous sommes face à l’aspect corpusculaire ou à l’aspect ondulatoire de l’objet quantique.

Pour réaliser l’expérience proposée, nous devons sélectionner trois catégories de personnes. Et ensuite utiliser les ressources de l’imagerie cérébrale. Ces trois catégories d’observateurs sont placées devant un interféromètre pour observer la trajectoire d’un objet quantique.

Des physiciens professionnels formés en mécanique quantique et autres observateurs formés seulement en physique ondulatoire, enfin la troisième catégorie doit inclure des personnes non eduquées en physique, en particulier ignorant de ce qui constitue le champ de la physique ondulatoire. Ensuite l’expérience consiste à placer ces trois groupes de personnes équipées de moyens d’observation IRM fonctionnelle (Imagerie par Résonance Magnétique) successivement devant le même interféromètre. La 1ère expérience consiste à observer les régions du cerveau qui sont activées quand un objet quantique progresse dans l’interféromètre avec toute l’information d’espace-temps sur sa trajectoire donnée par les instruments équipant l’interféromètre. La 2ème expérience est identique à la 1ère mais avec perte de l’information d’espace-temps du fait de l’installation d’un dispositif semi-transparent.

Que seraient les résultats possibles ?

a) Avec une information sur la trajectoire, je fais l’hypothèse que les images cérébrales seraient similaires pour les trois catégories de personnes. Et l’aspect de l’objet quantique, in fine, serait ponctuel.

b) Avec la perte d’information spatio-temporelle sur la trajectoire, assumons que chacune des catégories d’observateurs montrerait des images cérébrales différentes puisque l’aire cérébrale d’identification spatio-temporelle classique ne sera pas sollicitée ou sera prise en défaut.

Dans le cas a) l’identification de l’espace-temps est une vielle histoire, l’être humain a acquis depuis longtemps (avec l’évolution il a évidemment mûri) et il se pourrait que dans ce cas la région cérébrale active serait au niveau du cortex entorhinal.

Dans la cas b) les physiciens professionnels intellectuellement armés pour compenser la perte d’information spatio-temporelle activeront probablement une aire du cerveau récemment entraînée à la représentation ondulatoire. Il sera important de pouvoir distinguer les différences d’images cérébrales entre celles entraînées à la mécanique quantique et celles entraînées jusqu’à la représentation ondulatoire. Dans le cas b), les physiciens non-professionnels n’auront pas d’alternative à la représentation de l’objet qu’ils ne voient ni dans l’espace ni dans le temps de parcours dans l’interféromètre. Le résultat c’est que, suivant les hypothèses supposées, les images cérébrales qu’ils produiront seront très différentes.

Pour de bonnes raisons, à priori, nous pouvons conjecturer que beaucoup de l’étrangeté de la mécanique quantique ne résulte pas seulement de l’espace-temps. Mais il y a des résultats théoriques de Carl Bender qui méritent d’être médités[8]. Je le cite : « Par exemple, pourquoi les niveaux d’énergie de l’atome sont-ils  quantifiés ? Pourquoi l’atome ne peut-il avoir que certains niveaux d’énergie et pas d’autres ? Nous ne le comprenons pas parce que nous ne regardons pas dans le plan complexe. Dans le plan complexe, les niveaux d’énergie sont quantifiés. Ils sont lisses et continus. Mais si vous prenez une tranche du plan complexe suivant un axe réel, l’énergie est découpée en points déconnectés. C’est comme si on avait ôté la rampe d’un parking à plusieurs niveaux, laissant ainsi des niveaux déconnectés. »

Cependant, si mon hypothèse fondamentale est validée, il sera possible d’expliquer l’étrangeté que constitue le phénomène de l’intrication

Si, comme je le suppose, on découvre que l’espace-temps n’est pas donné dans la Nature mais que c’est une construction de l’esprit, nous n’aurons pas perdu, pour autant, tout référentiel stable pour décrire l’univers car il y a la lumière, celle-ci est bien sûr réelle dans la nature de notre univers.

 

[1] Un monde en ‘Présence’, article du 02/11/2012

[2] Un monde en ‘Présence’ II, article du 01/01/2013 ;

[3] L’espace-temps a une source…mais pas quantique, article du 01/12/2015

[4] Le livre de Dean Buonomano : ‘Your Brain Is a Time Machine ; The neuroscience and Physics of Time’ W.W. Norton Company.

[5] Dans elife, DOI : 10.7554/eLife.21761

[6] Dans le Journal Nature, volume 546, pages 590-592

[7] Le texte original : « our ability to grasp the concept of time was coopted from (depuis) the neural circuits that evolved to navigate… », cela laisse entendre que les circuits neuronaux pour se situer dans l’espace sont préexistants et offre leurs réseaux premiers pour que soit pris en compte, cérébralement, la valeur temporelle… qu’il faut pour parcourir une distance. Cette thèse de Buonomano est cohérente avec celle de paléoanthropologues tel que Jean Guilaine dans son livre « Une seconde naissance de l’homme ». Voir article du 21/07/2015.

[8] Phys.org, 11/01/2016 : ‘Physicists honored for finding new symmetry in space and time’

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3 août 2017 4 03 /08 /août /2017 11:29

Cet article a été écrit directement en anglais pour le soumettre à un site de physique aux E.U.; je n'ai pas le temps ni le courage de le traduire en français. Si quelqu'un veut bien le faire et me le soumettre, je le publierais en gaulois avec plaisir. Ph. M. 

 

A Request for proposal.

                        Abstract: The purpose of the proposed experiment is to evaluate the validity of the fundamental assumption that space-time is a human being’s own (characteristic of human being). The recent highlight, of cognitive properties of humans under situation of specific interactions with the outside world, allows to think that with this experiment we will be able to identify the reasons for some specific quantum mechanics oddities.

First of all, this request for proposal is for a team of neuroscientists controlling brain imaging and prior master protocol definition that allows interpreting the results obtained afterwards in relation to the assumptions involved as firmly as possible.

Taking into account the recent results of the publications I will mention below, as one goes along, in this article, and the first assumptions that I have developed this past decade[1] ; [2] ; [3], the experiment proposed gathered, at that time, all the ingredients which allowed us to think that from this experience we will be able to extract new understandings about the interaction between human beings and nature on the scale of the infinitely small.

The first fundamental assumption that I do is that space-time is a peculiarity to humanity that is, these four dimensions are based on human being from an origin which is probably located at the first time of hominization, i.e. about the order of 2 million years ago or more. I would say space-time is a concept that emerged when a first intelligence invested the need for this concept to be situated on planet Earth in a non-instinctive way. It is important to stress the concomitance of these mutual emergences. I quote: « ‘Your Brain Is a Time Machine’[4] reveals how the enigmatic fourth dimension is essential to our existence and, indeed, fundamental to what makes us human ». So, one must consider that space-time has the value of a determination of the human being.

The experience is intended to see, or not, this determination inherent in the human being. Recent results of experiments reinforce the idea that prospects of discoveries and new understandings would be inferred with this project experience. I quote: ‘Our brains prefer invented visual information to the real thing’[5], and the author's comment: “The brain trusts its own generate information more than what it sees outside in the world”. We quote still: “How quantum trickery can scramble cause and effect’[6]. In this article, the authors tell us: « we are now realizing that in quantum mechanics, it’s not exactly what you do that matters, but what you know. » I note particularly that connection because actually, according to my hypothesis, the human being conveys deep knowledge and especially the specific baggage for a spatial-temporal knowledge of the point situated largely within the "complex entorhinal', see in Mauro M. Monsalve-Mercado et al. ‘Hippocampal Spike-Timing Correlations Lead to Hexagonal Grid Fields’, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.038101 and also in ‘Your Brain Is a Time Machine…’, Dean Buonomano, page 182: “…that our ability to grasp the concept of time was coopted from the neural circuits that evolved to navigate, represent, and understand space”, and more, page 206: “So most of our neural baggage comes from animals that lived, cognitively speaking, in the immediate present.” In conclusion, the faculty to accede to a spatial-temporal knowledge is a deep and generic human faculty.

Consequently, taking account these results and statements that space-time is the own contribution of human being we would be able to identify the reasons for some specific quantum mechanics oddities. I refer to the N. Bohr complementarity’s principle and the quantum superposition’s principle. That means we are faced to the corpuscular aspect or to the undulatory aspect of the quantum object.

To achieve the proposed experience, we must select three categories of people. And thereafter use brain imaging resources. These three categories of observers are placed in front of an interferometer to observe the path of a quantum object within it.

Professional physicists educated in quantum mechanics and other observers educated only in wave physics, finally the third category does include that the non-educated in physics, especially those ignorant of what constitutes the field of the physics of waves. Then experience is to place, these three groups of people equipped with the means of functional MRI observation, successively before the same interferometer. The 1st experience is to observe the brain regions that are activated when a quantum object travels the Interferometer with information space-time everything along its path. The 2nd experience is identical to the 1st but with loss of spatial-temporal information because of the implementation of a semi-transparent device.

What would the possible results be?

a) with a spatiotemporal information on the trajectory, I hypothesize that the brain images would be similar for the 3 categories of people. And the aspect of the quantum object would be punctual.

b) with loss of spatiotemporal information in the path, let's assume that each of the categories of observers would show different brain images since the space-time identification of the brain area will not be solicited or will be taken in default.

In the case a) the space-time identification is an old story, human being has acquired for a long time (with evolution, he has obviously matured) and it could be that the active brain region, in this case, would be at the level of the cortex entorhinal.

In the case b) professional physicists intellectually equipped to compensate for the lack of spatiotemporal information will probably put in activity an area of the brain recently educated for wave representation. It will be important to be able to distinguish differences of brain images between those who have received education up to quantum mechanics and those who did not go beyond the physical wave.

In case b) non-professional physicists will have no alternative to the representation of the object that they do not see in space nor in the travel time in the Interferometer. As a result, according to the proposed hypothesis, the brain images that they will deliver should be very different.

For good reasons, a priori, we can speculate that much of the strangeness of quantum mechanics does not only come under space-time. Yet there are theoretical results of Carl Bender that deserve to be meditated[7]. I cite him: « For example, why are the energy levels in an atom quantized? Why can the atom only have certain energies or not others? We don’t understand this because we don’t look in the complex plane. In the complex plane, the energy levels. In the complex plane, the energy levels are quantized. They are smooth and continuous. But if you take a slice through the complex plane along the real axis, the energy is chopped into disconnected points. It is as though the ramp was removed from a multi-level parking garage, leaving disconnected levels.”

However, if the fundamental hypothesis is validated, it will be possible to explain the phenomenon of entanglement.

            If discovered, as I make the assumption, that spacetime is not given in Nature but is a construction of the mind, we have not lost any referential stable to decrypt the universe because the light is, it is certainly present in the nature of our universe.

 

[1] A world in ‘Presence’ : viXra : 1211.0149

[2] A world in ‘Presence’ II : viXra : 1301.0157

[3] Space-Time has a Source… But not a Quantume Source : viXra : 1512.0339

[4] Dean Buonomano’s book : ‘Your Brain Is a Time Machine ; The Neuroscience and Physics of Time’ W.W. Norton Company, 2017.

[5] In elife, DOI : 10.7554/eLife.21761

[6] In Journal Nature, Volume 546, pages 590-592

[7] Phys.org, 11/01/2016: ‘Physicist honored for finding new symmetry in space and time. 

 

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26 juillet 2017 3 26 /07 /juillet /2017 16:57

 Le cerveau est capable d’encoder sa propre position dans l’espace.

Après vous avoir conseillé de découvrir le livre ‘Votre cerveau est une machine du temps’ dans l’article précédent : 19/07/, je ne peux que vous recommander de lire l’article publié dans Phys.Org, le 21 juillet : ‘Nouveau modèle pour l’origine des cellules de quadrillage.’ Article communiqué in extenso à la fin de celui-ci : ‘New model for the origin of grid cells’. Ce modèle est défini pour les mammifères, classe qui inclut évidemment aussi l’Homme. Et qui nous concerne car comme le précise D. Buonomano : « Ainsi la plupart de notre bagage neuronal, provient de celui des animaux… ». Cet article nous confirmerait que le repérage spatio-temporel est un propre de l’être humain.

« Les cellules nerveuses, dans le cerveau identifiées comme cellules de position et cellules de quadrillage, jouent respectivement un rôle crucial pour la navigation spatiale chez les mammifères. Les cellules de position spatiale dans l’hippocampe répondent seulement à quelques localisations spatiales. Les cellules de quadrillage dans l’entorhinal[1] complexe, d’un autre côté, s’embrasent dans des multiples positions dans l’environnement, de façon que des éléments spécifiques (specific sets) sont consécutivement activés quand un animal traverse son habitat. Ce modèle d’activation donne naissance à une carte virtuelle, composée d’un arrangement hexagonal de cellules de quadrillage qui reflète les distances relatives entre des points de repère dans le monde réel. Le cerveau est donc capable de construire une carte virtuelle qui encode sa propre position dans l’espace. »  

« Les auteurs de ce nouvel article attribuent dans leur modèle un rôle central aux corrélations dans la synchronisation des séquences des réponses neuronales générées par les différentes cellules de position. Les éléments de ces catégories de cellules deviennent actifs quand l’animal atteint certaines positions dans l’espace, et ils transmettent des impulsions nerveuses, dans des précises séquences temporelles bien coordonnées, qui suivent un modèle rythmique particulier, et en conséquence encodent les distances spatiales relatives. Les auteurs ont utilisé une règle d’apprentissage neuronal classique, connue comme la règle de Hebb, pour analyser les corrélations temporelles entre les modèles d’embrasement des cellules de position et l’organisation des cellules de quadrillage. Les règles de Hebb postulent qu’une activation répétée (apprentissage) de deux neurones fonctionnelles couplés par une rapide succession augmente progressivement l’efficacité de la transmission synaptique entre eux. En appliquant ce concept de la plasticité de l’activité-dépendance synaptique au modèle de l’embrasement temporel corrélé des cellules de position, les auteurs peuvent rendre compte de la formation des dispositions hexagonales des cellules de quadrillage comme observé au cours de navigation libre des mammifères. »

« Ce nouveau modèle implique que les cellules de quadrillage sont générées par un processus d’apprentissage neuronal…ce modèle prédit donc que les cellules de quadrillage devraient premièrement provenir des couches profondes du cortex entorhinal. »

Enfin pour terminer cet article, je rappelle ce que nous écrit D. Buonomano, page 182 : « Notre habileté à nous saisir de la notion de temps a été cooptée des circuits neuronaux qui développent la navigation, la représentation, et la compréhension de l’espace »

Ainsi je n’ai pas besoin de proposer un commentaire supplémentaire car j’avais d’une façon ou d’une autre, depuis longtemps, préparé le terrain à une rapide compréhension de ces découvertes. Réjouissons-nous du grand bond intellectuel que nous venons de franchir grâce aux publications quasi simultanées dont nous venons de tirer profit à propos de la nature de l’espace-temps et de sa source.

 

New model for the origin of grid cells

July 21, 2017

Ludwig Maximilian University of Munich neurobiologists present a new theory for the origin of the grid cells required for spatial orientation in the mammalian brain, which assigns a vital role to the timing of trains of signals they receive from neurons called place cells.

Nerve cells in the brain known as place cells and grid cells, respectively, play a crucial role in spatial navigation in mammals. Individual place cells in the hippocampus respond to only a few spatial locations. The grid cells in the entorhinal complex, on the other hand, fire at multiple positions in the environment, such that specific sets are consecutively activated as an animal traverses its habitat. These activation patterns give rise to a virtual map, made up of a hexagonal arrangement of grid cells that reflect the relative distances between particular landmarks in the real world. The brain is therefore capable of constructing a virtual map which encodes its own position in space.

The Nobel Prize for Medicine and Physiology 2015 went to the discoverers of this system, which has been referred to as the brain's GPS. However, the developmental relationship between place cells and grid cells, as well as the mechanism of origin of grid cells and their disposition in hexagonal lattices remain unclear. Now LMU neurobiologists Professor Christian Leibold and his coworker Mauro Miguel Monsalve Mercado have proposed a new theoretical model, which for the first time provides a plausible model based on known biological processes. The model implies that the development of grid cells and their response fields depend on synaptic input from place cells. The new findings are described in the journal Physical Review Letters.

The authors of the new paper assign a central role in their model to correlations in the timing of the neuronal response sequences generated by different place cells. The members of these groups become active when the animal reaches certain locations in space, and they transmit nerve impulses in precisely coordinated temporal sequences, which follow a particular rythmic patterns, and thereby encode relative spatial distances. Leibold and Monsalve Mercado have used a classical neuronal learning rule, known as Hebb's rule, to analyze the temporal correlations between the firing patterns of place cells and the organization of the grid cells. Hebb's rule states that repeated activation of two functionally coupled neurons in quick succession progressively enhances the efficiency of synaptic transmission between them. By applying this concept of activity-dependent synaptic plasticity to the correlated temporal firing patterns of place cells, the authors can account for the formation of the hexagonal dispositions of grid cells observed in freely navigating mammals.

"The models so far proposed to explain the development of grid cells on the basis of input from place cells were unspecific about the precises underlying biological mechanisms. We have now, for the first time, been able to construct a coherent model for the origin of grid cells which makes use of known biological mechanisms," says Christian Leibold. The new model implies that grid cells are generated by a neuronal learning process. This process exploits synaptic plasticity to transform temporal coordinated signaling between place cells into the hexagonal patterns of grid-cells reponses observed in the entorhinal complex. The model therefore predicts that the grid cells should first arise in the deep layers of the entorhinal cortex.

https://cf3e497594.site.internapcdn.net/tmpl/v5/img/1x1.gif Explore further: Why grid-cell lattices are hexagonal

More information: Mauro M. Monsalve-Mercado et al. Hippocampal Spike-Timing Correlations Lead to Hexagonal Grid Fields, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.038101

Rajouté abstract du 10/02/2017Abstract

Space is represented in the mammalian brain by the activity of hippocampal place cells, as well as in their spike-timing correlations. Here, we propose a theory for how this temporal code is transformed to spatial firing rate patterns via spike-timing-dependent synaptic plasticity. The resulting dynamics of synaptic weights resembles well-known pattern formation models in which a lateral inhibition mechanism gives rise to a Turing instability. We identify parameter regimes in which hexagonal firing patterns develop as they have been found in medial entorhinal cortex.

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.038101

 

[1] Ce terme ne se trouve pas dans un dictionnaire français ni dans wikipédia. Il faut aller dans le wikipedia anglais pour trouver sa définition et d’excellentes explications. On découvre ainsi pourquoi la langue française s’assèche dans le domaine scientifique et ne suit pas le cours de son temps. Cela signifie aussi qu’il y a assèchement de l’activité scientifique francophone et tout aussi inquiétant : une barrière linguistique installée rendant impossible une large diffusion intellectuelle et culturelle des nouveaux savoirs en direction de la population.

 Le cerveau est capable d’encoder sa propre position dans l’espace.

Après vous avoir conseillé de découvrir le livre ‘Votre cerveau est une machine du temps’ dans l’article précédent : 19/07/, je ne peux que vous recommander de lire l’article publié dans Phys.Org, le 21 juillet : ‘Nouveau modèle pour l’origine des cellules de quadrillage.’ Article communiqué in extenso à la fin de celui-ci : ‘New model for the origin of grid cells’. Ce modèle est défini pour les mammifères, classe qui inclut évidemment aussi l’Homme. Et qui nous concerne car comme le précise D. Buonomano : « Ainsi la plupart de notre bagage neuronal, provient de celui des animaux… ». Cet article nous confirmerait que le repérage spatio-temporel est un propre de l’être humain.

« Les cellules nerveuses, dans le cerveau identifiées comme cellules de position et cellules de quadrillage, jouent respectivement un rôle crucial pour la navigation spatiale chez les mammifères. Les cellules de position spatiale dans l’hippocampe répondent seulement à quelques localisations spatiales. Les cellules de quadrillage dans l’entorhinal[1] complexe, d’un autre côté, s’embrasent dans des multiples positions dans l’environnement, de façon que des éléments spécifiques (specific sets) sont consécutivement activés quand un animal traverse son habitat. Ce modèle d’activation donne naissance à une carte virtuelle, composée d’un arrangement hexagonal de cellules de quadrillage qui reflète les distances relatives entre des points de repère dans le monde réel. Le cerveau est donc capable de construire une carte virtuelle qui encode sa propre position dans l’espace. »  

« Les auteurs de ce nouvel article attribuent dans leur modèle un rôle central aux corrélations dans la synchronisation des séquences des réponses neuronales générées par les différentes cellules de position. Les éléments de ces catégories de cellules deviennent actifs quand l’animal atteint certaines positions dans l’espace, et ils transmettent des impulsions nerveuses, dans des précises séquences temporelles bien coordonnées, qui suivent un modèle rythmique particulier, et en conséquence encodent les distances spatiales relatives. Les auteurs ont utilisé une règle d’apprentissage neuronal classique, connue comme la règle de Hebb, pour analyser les corrélations temporelles entre les modèles d’embrasement des cellules de position et l’organisation des cellules de quadrillage. Les règles de Hebb postulent qu’une activation répétée (apprentissage) de deux neurones fonctionnelles couplés par une rapide succession augmente progressivement l’efficacité de la transmission synaptique entre eux. En appliquant ce concept de la plasticité de l’activité-dépendance synaptique au modèle de l’embrasement temporel corrélé des cellules de position, les auteurs peuvent rendre compte de la formation des dispositions hexagonales des cellules de quadrillage comme observé au cours de navigation libre des mammifères. »

« Ce nouveau modèle implique que les cellules de quadrillage sont générées par un processus d’apprentissage neuronal…ce modèle prédit donc que les cellules de quadrillage devraient premièrement provenir des couches profondes du cortex entorhinal. »

Enfin pour terminer cet article, je rappelle ce que nous écrit D. Buonomano, page 182 : « Notre habileté à nous saisir de la notion de temps a été cooptée des circuits neuronaux qui développent la navigation, la représentation, et la compréhension de l’espace »

Ainsi je n’ai pas besoin de proposer un commentaire supplémentaire car j’avais d’une façon ou d’une autre, depuis longtemps, préparé le terrain à une rapide compréhension de ces découvertes. Réjouissons-nous du grand bond intellectuel que nous venons de franchir grâce aux publications quasi simultanées dont nous venons de tirer profit à propos de la nature de l’espace-temps et de sa source.

 

New model for the origin of grid cells

July 21, 2017

Ludwig Maximilian University of Munich neurobiologists present a new theory for the origin of the grid cells required for spatial orientation in the mammalian brain, which assigns a vital role to the timing of trains of signals they receive from neurons called place cells.

Nerve cells in the brain known as place cells and grid cells, respectively, play a crucial role in spatial navigation in mammals. Individual place cells in the hippocampus respond to only a few spatial locations. The grid cells in the entorhinal complex, on the other hand, fire at multiple positions in the environment, such that specific sets are consecutively activated as an animal traverses its habitat. These activation patterns give rise to a virtual map, made up of a hexagonal arrangement of grid cells that reflect the relative distances between particular landmarks in the real world. The brain is therefore capable of constructing a virtual map which encodes its own position in space.

The Nobel Prize for Medicine and Physiology 2015 went to the discoverers of this system, which has been referred to as the brain's GPS. However, the developmental relationship between place cells and grid cells, as well as the mechanism of origin of grid cells and their disposition in hexagonal lattices remain unclear. Now LMU neurobiologists Professor Christian Leibold and his coworker Mauro Miguel Monsalve Mercado have proposed a new theoretical model, which for the first time provides a plausible model based on known biological processes. The model implies that the development of grid cells and their response fields depend on synaptic input from place cells. The new findings are described in the journal Physical Review Letters.

The authors of the new paper assign a central role in their model to correlations in the timing of the neuronal response sequences generated by different place cells. The members of these groups become active when the animal reaches certain locations in space, and they transmit nerve impulses in precisely coordinated temporal sequences, which follow a particular rythmic patterns, and thereby encode relative spatial distances. Leibold and Monsalve Mercado have used a classical neuronal learning rule, known as Hebb's rule, to analyze the temporal correlations between the firing patterns of place cells and the organization of the grid cells. Hebb's rule states that repeated activation of two functionally coupled neurons in quick succession progressively enhances the efficiency of synaptic transmission between them. By applying this concept of activity-dependent synaptic plasticity to the correlated temporal firing patterns of place cells, the authors can account for the formation of the hexagonal dispositions of grid cells observed in freely navigating mammals.

"The models so far proposed to explain the development of grid cells on the basis of input from place cells were unspecific about the precises underlying biological mechanisms. We have now, for the first time, been able to construct a coherent model for the origin of grid cells which makes use of known biological mechanisms," says Christian Leibold. The new model implies that grid cells are generated by a neuronal learning process. This process exploits synaptic plasticity to transform temporal coordinated signaling between place cells into the hexagonal patterns of grid-cells reponses observed in the entorhinal complex. The model therefore predicts that the grid cells should first arise in the deep layers of the entorhinal cortex.

https://cf3e497594.site.internapcdn.net/tmpl/v5/img/1x1.gif Explore further: Why grid-cell lattices are hexagonal

More information: Mauro M. Monsalve-Mercado et al. Hippocampal Spike-Timing Correlations Lead to Hexagonal Grid Fields, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.038101

Rajouté abstract du 10/02/2017Abstract

Space is represented in the mammalian brain by the activity of hippocampal place cells, as well as in their spike-timing correlations. Here, we propose a theory for how this temporal code is transformed to spatial firing rate patterns via spike-timing-dependent synaptic plasticity. The resulting dynamics of synaptic weights resembles well-known pattern formation models in which a lateral inhibition mechanism gives rise to a Turing instability. We identify parameter regimes in which hexagonal firing patterns develop as they have been found in medial entorhinal cortex.

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.038101

 

[1] Ce terme ne se trouve pas dans un dictionnaire français ni dans wikipédia. Il faut aller dans le wikipedia anglais pour trouver sa définition et d’excellentes explications. On découvre ainsi pourquoi la langue française s’assèche dans le domaine scientifique et ne suit pas le cours de son temps. Cela signifie aussi qu’il y a assèchement de l’activité scientifique francophone et tout aussi inquiétant : une barrière linguistique installée rendant impossible une large diffusion intellectuelle et culturelle des nouveaux savoirs en direction de la population.

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21 juillet 2017 5 21 /07 /juillet /2017 05:46

Flirte-t-on déjà avec le point aveugle ?

Ce titre nous indique que nous sommes confrontés à une situation qui pourrait être une illustration de mon hypothèse du point aveugle. Le 11/07 le site Phys.org a publié un article : ‘Atlas experiment takes its first glimpse of the Higgs boson in its favourite decay.’ ; ‘L’expérience Atlas laisse voir une première entrevue du boson de Higgs par son canal de désintégration favori.

Dans les détecteurs, nous avons déjà recensé des échantillons du H se désintégrant en deux photons, en leptons tau, et en W et Z. Mais ceci ne représente que 30% des canaux de désintégration du H. A priori le canal de désintégration le plus significatif est en quark b et anti-b, estimé à 58%, mais à cause de l’extrêmement courte durée de vie de H, pas encore estimée, il ne se laisse pas observer par ce canal. Cela constitue une lacune importante pour l’étude des propriétés du H si on en reste là.

Après avoir produit 1 million de H se désintégrant en bb (évidemment c’est une estimation), pourquoi les chercheurs n’en n’ont pas encore observé ? La réponse repose sur le fait que dans le détecteur Atlas il y a une abondance de quarks b produits par d’autres interactions (10 millions pour un H → bb) ce qui rend difficile de prélever les b et anti-b provenant de la source H qui ne se laisse pas voir, pas de trace, trop furtif ! Le bruit de fond en bb est très important mais aussi on ne peut distinguer spatialement pas plus que temporellement un point d’origine des b et anti-b qui auraient comme source le H.

Aujourd’hui en analysant les run 1 et les run 2 les chercheurs ont trouvé une certaine évidence de cette voie de désintégration mais avec un σ de 3.6, pas mieux, ce qui est inférieur à 5.

Je propose que l’on prenne date de ce constat et s’il y a accumulation de ce genre de constats dans d’autres domaines, il faudra bien inférer sur ce que cela signifie. Je rappelle que pour la détection des ondes gravitationnelles on est limité actuellement par la contrainte de l’amplitude minimale de 10-18m. du miroir récepteur de l’interféromètre de la secousse spatio-temporelle provoquée par l’onde gravitationnelle.

Ci-dessous, est joint l’article original.

ATLAS experiment takes its first glimpse of

the Higgs boson in its favourite decay

11 July 2017

ATLAS event display of a Higgs boson decaying to two bquarks.

Credit: ATLAS Collaboration/CERN

Previously, the Higgs boson has been observed

decaying to photons, tau-leptons, and W and Z

bosons. However, these impressive achievements

represent only 30 percent of Higgs boson decays.

The Higgs boson's favoured decay to a pair of bquarks

(H?bb) was predicted to happen around 58

percent of the time, thus driving the short lifetime of

the Higgs boson, and thus remained elusive.

Observing this decay would fill in one of the big

missing pieces of our knowledge of the Higgs

sector and confirm that the Higgs mechanism is

responsible for the masses of quarks; additionally,

it might also provide hints of new physics beyond

our current theories. All in all, it is a vital missing

piece of the Higgs boson puzzle.

But after over 1 million H?bb decays in the ATLAS

Experiment alone, why haven't researchers seen it

yet? This seems especially strange considering

that less frequent Higgs boson decays have been

observed.

The answer lies in the abundance of b-quarks

created in the ATLAS detector due to strong

interactions. We create pairs of b-quarks 10 million

times more frequently than we create a H?bb decay,

which makes picking them out against that large

background an extremely challenging task. We

therefore look for H?bb decays when they are

produced in association with another particle—in this

case, a vector boson (W or Z). The more distinctive

decays of vector bosons provide a way to reduce

the large background. This leads to a much lower

production rate – we expect to have created only

30,000 H?bb decays this way, but it provides an

opportunity to spot this elusive decay.

Nevertheless, even in this condition, the

background processes that mimic the H?bb signal

are still large, complex and difficult to model. The

ATLAS collaborators made a major effort to isolate

the small H?bb signal from the large background.

After selecting the collisions of interest, they were

left with the expected number of around 300 H?bb

events compared to 70,000 background events.

Ultimately, they were hoping to see an excess of

collision events over our background prediction (a

bump) that appears at the mass of the Higgs

boson.

After analysing all the data ATLAS collected in

2015 and 2016, the researchers have finally

achieved the level of precision to confirm evidence

for H?bb with an observed significance of 3.6 ?

when combining the Run 1 and Run 2 datasets. As

shown in the figure, a bump is observed that is

highly consistent with expectations, confirming

many key aspects of the Higgs bosons behaviour.

Next to the bump, there is a decay of a Z boson

(mass of 91 GeV) to a b-quark pair, produced in a

similar way as the Higgs boson, but more

abundantly. It serves as a powerful validation of the

analysis.

Spotting H?bb is just the beginning. Studies of this

new decay will open a whole new window onto the

Higgs, and may also provide hints of new physics

beyond our current theories. Stay tuned to this

channel.

More information: Evidence for the H?bb decay

with the ATLAS detector:

atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS … ATLASCONF-

2017-041/

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19 juillet 2017 3 19 /07 /juillet /2017 11:12

Votre, Notre Cerveau est une Machine du Temps.

Avec ce titre je me réfère à un livre récent en anglais de Dean Buonomano neurobiologiste et psychologue : spécialiste des neurosciences du temps. Le titre original est ‘Your Brain Is a Time Machine ; The neuroscience and Physics of Time’, édit. W.W. Norton and Company. Livre à lire, bien sûr.

Le titre laisse concevoir deux possibilités, le cerveau est une machine qui produit le temps ou une machine qui est sensible au temps. La présentation insiste sur le fait que l’auteur développe sa théorie de comment on dit le temps et le perçoit. « Le cerveau humain étant un système complexe qui non seulement dicte le temps mais le crée ; il construit notre sens du flux de la chronologie et rend possible « la circulation du temps mental » (mental time travel) - les simulations des évènements du futur et du passé. Ces fonctions sont essentielles non seulement pour notre vie quotidienne mais pour l’évolution de la race humaine : sans l’habilité d’anticiper le futur, l’humanité n’aurait jamais façonné des outils ou inventé l’agriculture. » Je retiendrais plus particulièrement l’expression : « La quatrième dimension est essentielle à notre existence et, bien sûr, fondamentale à ce qui fait de nous des humains (sic). »

Il est donc facile de comprendre pourquoi je suis enthousiasmé en découvrant ce livre car selon moi, depuis plus de 10 ans, je professe que l’être humain est le fondateur du temps, l’espace-temps est le propre de l’homme, c’est-à-dire que l’être humain a pour origine et il est à l’origine de la première intelligence qui a réussi à se situer dans un espace-temps autrement que d’une façon instinctive. Dans ce cas nous sommes presque renvoyés au problème “de la poule et de l’œuf”. Mais n’hésitons pas à considérer que c’est une intelligence humaine naissante (surgissement de l’être dans la Nature qui commence à surplomber cette Nature) qui a assis sa faculté d’émergence (j’utilise ce terme volontairement pour indiquer le rapport qu’il y a avec l’utilisation actuelle et fréquente de ce terme par les physiciens qui veulent faire preuve d’innovation), et de développement en fabricant et capturant les concepts d’espace et de temps. Voir mon article du 27/08/2014 : ‘Un authentique Big Bang’ qui commence ainsi : ‘Puisque ma conviction est que l’espace et le temps sont fondés par l’être humain, il me faut assumer cette conviction et étayer les conséquences qui en résultent, même les plus iconoclastes.’ Voir aussi l’article du 05/11/2014 : ‘L’espace et le temps ne sont pas donnés dans la nature, la lumière l’est.’ Voir aussi d’autres articles qui vont dans le sens de l’affirmation de la fondation de l’espace-temps par le sujet pensant.

 

L’idée de la fondation de l’espace-temps grâce à l’émergence d’une intelligence naissante nous renvoie probablement à 2 millions d’années en arrière comme le supposent des paléoanthropologues et plus particulièrement Jean Guilaine qui m’a précisé : « Il me semble en effet que l’intégration psychique espace-temps chez l’homme (voire ses progrès) doit être abordée au départ, c’est-à-dire aux temps de l’hominisation voire au Paléolithique inférieur. Il est certain, du moins je pense, que cette notion est totalement bien maitrisée au Paléolithique moyen et supérieur… »

Le livre qui vient de sortir, s’appuie, selon l’auteur, sur des observations scientifiques propres aux neurosciences, à l’imagerie cérébrale, à des observations sur le comportement des animaux comme les grands singes afin de déterminer où se trouvent les frontières clivantes entre l’animalité et l’humanité. La plupart des conceptions qui sont miennes et convergentes avec Buonomano résultent d’une analyse tenace depuis plus de 10 ans sur les difficultés voire les contradictions, ainsi que la très grande hétérogénéité des discours et modèles, concernant la physique fondamentale et plus particulièrement sur la nature de l’espace-temps. En fait je véhiculais aussi en marchant et méditant dans la Nature une métaphysique préalable romancée depuis plusieurs décennies comme je le retrouve dans un extrait du livre que j’ai publié en 2000, « En dix escales vers l’Ouest[1] ». Ci-dessous page 187 dans le chapitre ‘Entrevues’ :

« Pensée tendue par le désir d'investir le devenir, pensée mobilisée par le désir de réaliser ses projections dans le devenir désigné par la flèche du temps. C'est en accédant à la conscience du temps en devenir que l'être humain a puisé l'énergie de son ultime naissance dans le monde et qu'il s'est différencié dès cet instant, de toutes les espèces vivantes au sein de la Nature.

            L'homme est devenu homme quand il est sorti de sa chair, quand son esprit attaché au corps s'est déployé dans la lumière du Temps-Monde infini en perpétuel devenir. Avant son ultime naissance, l'homme était un être conscient sans transcendance soumis à la loi de sa chair. Avant son ultime naissance, l'homme, avant qu'il ne devienne homme, avait une perception du cours de la vie ordonné par une flèche du temps irréversible, tronquée, écrasée sur le mur du présent, horizon indépassable de son intelligence. Il subissait le défilement continu du présent et subissait la réactualisation perpétuelle du passé intériorisé, son intelligence d'avant qu'il ne devienne homme était subordonnée à ces deux uniques ordres du temps.

Comment a-t-il pu passer du stade d'une conscience prisonnière d'un ordre intérieur déterminé par la chronobiologie de sa chair, au stade d'une conscience qui s'extériorise, qui transcende le présent incrusté dans le corps et découvre ainsi la plage infinie du temps à venir, plage accueillante invitant à la projection de ses désirs ? Quelle est la source, quelle est la nature de l'impulsion intérieure qui a conduit l'homme jusqu'au seuil de la perception d'un Temps-Monde en perpétuel devenir ? »

Aujourd’hui, ce que j’ai cogité depuis 2 décennies prend du relief grâce au développement des sciences humaines et de ses techniques, il est possible d’affirmer, comme le fait D. Buonomano dans le chapitre 11, au-delà d’un point de vue purement métaphysique, et donc avec preuves de plus en plus rigoureuses à l’appui : « Est-ce que l’habileté à se projeter mentalement dans le passé ou dans le futur est unique à l’Homo sapiens ? » ; « Seuls les humains, non seulement communiquent sur les évènements passés et font des plans pour le futur, mais sautent en arrière et en avant en parcourant un temps linéaire mentale pour rendre compte de relations temporelles complexes » Dès la fin du chapitre 1, l’auteur a annoncé la couleur : « Ceci est parce que, comme je le soutiens dans le prochain chapitre, le cerveau est une machine du temps : une machine qui non seulement dit le temps et prédit le futur, mais ce qui nous permet de nous projeter en avant (forward)  dans le temps. Il est extrêmement facile d’oublier le fait que sans l’habileté de voyager mentalement dans le futur, notre espèce n’aurait jamais pu façonner une pierre obsidienne en un outil ou compris qu’en plantant des semences aujourd’hui on peut assurer notre survie future. Notre capacité unique de comprendre le temps et de scruter dans le temps futur est, quoi qu’il en soit, à la fois un cadeau et un fléau. Durant le cours de notre évolution nous provenions de l’état où nous étions soumis à l’imprévisible et capricieuse nature jusqu’à atteindre l’état d’être en mesure de s’émanciper de la Mère Nature elle-même : en manipulant le présent pour assurer la survie dans le futur. Mais notre faculté clairvoyante nous conduit aussi à l’inévitable découverte que notre temps est fini et éphémère. Cadeau ou fléau, nous sommes confrontés au magnifique et déroutant mystère : qu’est-ce que le temps ? »

L’idée que l’espace-temps est un propre de l’homme est une idée qui ne peut que pesamment perturber les physiciens car dans ce cas l’espace-temps n’est pas donné dans la Nature, il est une construction de l’esprit, ainsi que le principe de causalité. Lorsque nous aurons accédé à ce cap de compréhension, on pourra dans ce cas expliquer l’intrication et toutes les bizarreries de la mécanique quantique avec avant tout la possibilité d’élucider les postulats de l’Ecole de Copenhague. Avec un tel nouveau paradigme on procédera à un bond magnifique de connaissance de la Nature et de ses lois et nous repousserons les barrières actuelles de la connaissance de l’univers, vers des nouvelles.

Le livre de D. Buonomano comprend 2 parties : ‘Temps du Cerveau’, (Brain Time) chapitres 1-6 et ‘La Nature Physique et Mentale du Temps’, (The Physical and Mental Nature of Time) chapitres 7-12. Les connaissances nouvelles pour nous sont dans la 2e partie, aussi je citerai des extraits les plus significatifs. Quand même, avec une grande surprise, je lis une citation de R. Feynman au début du chapitre 3 : « Peut-être il est tout aussi bien que nous soyons confrontés au fait que le temps est une des choses que probablement nous ne pouvons pas définir…Ce qui de toute façon importe réellement n’est pas comment on définit le temps, mais comment on le mesure. » Cette citation semblerait confirmer le propos dommageable attribué à Feynman : « Tais-toi et calcule !» Apres coup on peut mesurer combien une telle conception réductrice de la physique et de la tâche du physicien provoquent des dégâts dont on peut encore mesurer les conséquences aujourd’hui, de ces rapetissements de la pensée, sur ces deux sujets en question.

Dans le chapitre 10, il y a un paragraphe qui s’intitule : ‘Espace, Temps, et langage’. L’auteur indique des particularités exprimées dans certaines populations premières qui situent des mots désignant des séquences du temps (passé, futur), dans l’espace par rapport à eux-mêmes. Cette coopération avec des linguistes, je l’avais souhaitée depuis longtemps comme pertinente : voir article du 11/07/2012 : ‘Faire alliance avec les linguistes pour avancer.’, et le 10/10/2013 : ‘Comment nous sommes devenus avec/par le langage’

Page 196 : « Beaucoup de psychologues croient que la circulation du temps mental est uniquement une faculté cognitive humaine, et bien sûr, cette circulation du temps mental est un ingrédient clé de l’être humain. »

Page 202 : « Quelques évidences pour qu’il y ait une interdépendance entre langage, nombres, et circulation du temps mental provient d’études de tribus lointaines de cueilleurs-chasseurs de l’Amazonie. Leur langage n’a qu’un temps grammatical très rudimentaire pour désigner les simples : futur et passé. Ce peuple ne stocke pas la nourriture au-delà d’une journée, il ne parle pas du futur lointain et du passé lointain – il est focalisé premièrement sur le présent… Leur indifférence à l’égard du futur n’aurait pas été incitatif pour les indigènes survivant Inuit pour lesquelles une faculté de prévoyance significative et de préparation permet de survivre aux rudes hivers. » Voir article du 23/08/2016 : ‘Décrire comment les humains interagissent avec la Nature.’

Page 206 : « Ainsi la plupart de notre bagage neuronal, provient de celui des animaux qui vivent (cognitivement parlant) dans le présent immédiat… p.209 : « Qu’est-ce qui fait que les êtres humains seuls sont capables de circulation de temps mental ? Y a-t-il quelque chose de différent à propos des neurones des êtres humains ? Est-ce la taille de notre cerveau ? Ou peut-être les humains ont des aires du cerveau qui sont absentes chez les autres animaux ?... P.210 « Le cortex préfrontal, qui est localisé directement derrière le front, est une aire du cerveau très bien connectée – c’est-à-dire qu’elle est bien située pour écouter et influencer ce qui se produit dans beaucoup d’autres aires du cerveau. Tandis qu’en général le cortex préfrontal subit chez les primates une expansion, la taille relative du cortex préfrontal n’est pas proportionnellement plus grande chez les humains que chez les grands singes. Il y a toutefois l’évidence que le cortex préfrontal des humains est différent d’une autre façon – par exemple, les neurones dans le cortex préfrontal humain semblent recevoir plus de synapses. » ; «Les études en imagerie cérébrale des personnes saines suggèrent aussi que le cortex préfrontal contribue à notre capacité à concevoir un flux mental du temps…Tandis que le cortex préfrontal est important pour le flux mental du temps, il serait naïf de considérer que ce serait le lieu où il se produit… le flux mental du temps qui oriente vers le futur est le produit d’une tâche compliquée qui requiert une orchestration de fonctions cognitives très différentes…

A l’occasion de la découverte de ce livre on peut se rendre compte de la nécessité à mon sens impérative de développer une véritable coopération entre les physiciens, les paléoanthropologues et les neuroscientifiques. La publication d’un manifeste écrit par des scientifiques de ces trois domaines serait une occasion de préciser la prise de conscience de l’enrichissement mutuel que cela engagerait et de marquer les limites atteintes par ces trois corpus et plus particulièrement celui de la physique fondamentale car celle-ci achoppe plus spécifiquement depuis de nombreuses décennies sur l’espace-temps et sa nature.

Je termine en conseillant de revisiter deux articles : 03/02/2016 : ‘Là, où, pense Homo Sapiens’ et celui du 09/12/2015 : ‘L’espace-temps a une source… mais pas quantique

 

[1] Après coup je redécouvre mon questionnement si existentiel et si ancien concernant le Temps, puisque 4/10 des chapitres traitent sous des angles différents ce sujet : ‘Portraits du temps’ ; ‘Le temps du Rouge-Gorge’ ; ‘Eclats du temps’ et ‘Entrevues’

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3 juillet 2017 1 03 /07 /juillet /2017 09:17

Comment la ruse quantique peut brouiller cause et effet 

Dans le journal Nature du 28/06/2017 a été publié un article fort intéressant : « How quantum trickery can scramble cause and effect », « Comment la ruse quantique peut brouiller la cause et l’effet ». Cet article original est proposé en copie dans son intégralité en fin de celui-ci.

Globalement le cœur de l’expérience s’appuie sur le fait qu’un dispositif expérimental permet avec des miroirs semi transparent qu’il y ait de la part de l’observateur une perte d’information spatio-temporelle sur l’objet quantique (ici des photons) qui parcourt ce dispositif. Cela correspond en grande partie au dispositif expérimental de mon projet d’expérience que je décris à nouveau dans l’article du 21/09/2016. Je cite une partie de l’article original, sa page 4, car il y a une conclusion d’étape qui confirme ce qui n’était jusqu’à présent qu’une de mes hypothèses premières, c’est donc une belle surprise :

Having demonstrated causal indeterminacy experimentally, the Vienna team wanted to go further. It's one thing to create a quantum superposition of causal states, in which it is simply not determined what caused what (that is, whether the gate order is AB or BA). But the researchers wondered whether it is possible to preserve causal ambiguity even if they spy on the photon as it travels through various gates.

At face value, this would seem to violate the idea that sustaining a superposition depends on not trying to measure it. But researchers are now realizing that in quantum mechanics, it's not exactly what you do that matters, but what you know.

Traduit par mes soins :

« Ayant démontré expérimentalement l’indétermination causal, l’équipe de Vienne veut aller plus loin. C’est une chose de créer une superposition quantique d’états causaux, dans laquelle il n’est simplement pas déterminé quoi cause quoi (ce qui veut dire, soit l’ordre de la porte AB ou BA). Mais les chercheurs se sont demandés s’il serait possible de préserver l’ambiguïté causal même s’ils espionnent le photon pendant qu’il se déplace à travers les différentes portes.

Au pied de la lettre, ceci semblerait violer l’idée que maintenir une superposition dépend de ne pas essayer de le détecter par la mesure. Mais maintenant les chercheurs réalisent qu’en mécanique quantique, ce n’est pas exactement ce que vous faites qui importe, mais ce que vous savez (sic). »

Donc à ce niveau nous atteignons un point crucial car « ce que vous savez » signifie que la ‘présence du sujet pensant’ contribue d’une façon déterminante à la phénoménologie du monde quantique spécifiquement observé par celui-ci. Pour cette raison, dans mon projet d’expérience j’accorde de l’importance à l’imagerie cérébrale pour tenter d’enregistrer en temps réel le processus de la réception cérébrale de l’observateur et en décrypter sa spécificité. L’affirmation des chercheurs abondent largement dans le sens de mon hypothèse fondamentale car le savoir est relatif à l’aptitude du sujet pensant à accéder au savoir en question. C’est la raison pour laquelle je propose qu’il y ait dans mon projet 3 échantillons d’observateurs ayant a priori des aptitudes différenciées pour nous décrire ce que in fine ils observent.

Je poursuis la citation de l’article original avec sa traduction qui suit :

« Last year, Walther and his colleagues devised a way to measure the photon as it passes through the two gates without immediately changing what they know about it6. They encode the result of the measurement in the photon itself, but do not read it out at the time. Because the photon goes through the whole circuit before it is detected and the measurement is revealed, that information can't be used to reconstruct the gate order. It's as if you asked someone to keep a record of how they feel during a trip and then relay the information to you later — so that you can't deduce exactly when and where they were when they wrote it down.

As the Vienna researchers showed, this ignorance preserves the causal superposition. “We don't extract any information about the measurement result until the very end of the entire process, when the final readout takes place,” says Walther. “So the outcome of the measurement process, and the time when it was made, are hidden but still affect the final result.

“L’année passée, Walther et ses collègues imaginent un moyen de mesurer le photon quand il passe à travers les deux portes sans changer immédiatement ce qu’ils savent de ce résultat. Ils encodent le résultat dans le photon lui-même, mais ne le lisent pas à ce moment-là. Parce que le photon circule à travers tout le circuit avant qu’il ne soit détecté et que la mesure ne soit révélée, cette information ne peut pas être utilisée pour reconstruire l’ordre des portes. C’est comme si vous demandez à quelqu’un de garder la mémoire de comment il se sent pendant un voyage et vous fait parvenir cette information plus tard – ainsi vous ne pouvez pas déduire exactement quand et où il était quand il l’a écrit.

Comme les chercheurs Viennois l’ont montré, cette ignorance préserve la superposition causale. « Nous n’extrayons aucune information du résultat de la mesure avant la fin complète du processus, c’est-à-dire quand nous assurons la mesure, » dit Walther. « Ainsi le résultat du processus de la mesure, et le moment quand elle fut faite, sont cachés mais affectent encore le résultat final. »

En dehors du fait qu’ils obtiennent des résultats concrets dont leur interprétation coïncide avec ce que je propose en tant qu’hypothèse fondamentale à vérifier dans mon projet d’expérience, les chercheurs Viennois et du Perimeter Institute ont une perspective précise d’application en vue de concevoir des ordinateurs quantiques les plus performants possibles.

Toutefois dans le dernier paragraphe de l’article : Unité dans l’Univers, on retrouve une volonté de tenter d’élucider la problématique de la causalité pour le moins dans le domaine quantique. Questionnement, qui semblerait pour ces chercheurs, ne pas avoir de raison d’être à l’échelle classique puisque cette problématique a une réponse nette et définitive, grâce à la relativité générale. Puisque leur souci est l’unification de la physique, s’il y avait deux régimes distincts de la chaîne de causalité, comment concevoir le raccordement unificateur de l’Univers ou plutôt concrètement de la physique de l’Univers ? Evidemment ce questionnement est approprié puisque ce hiatus nous accompagne depuis belle lurette.

Je propose quelques citations originales qui sont à mes yeux sources d’un questionnement essentiel, qui le restera encore un certain temps, mais nous avons de bonnes raisons d’être optimistes. Ensuite, je traduis ces citations et les commente à l’occasion.

« The bigger goal, however, is theoretical. Quantum causality might supply a point of entry to some of the hardest questions in physics — such as where quantum mechanics comes from.

Quantum theory has always looked a little ad hoc. The Schrödinger equation works marvelously to predict the outcomes of quantum experiments, but researchers are still arguing about what it means, because it's not clear what the physics behind it is...

“The framework of causal models provides a new perspective on these questions,” says Katja Ried... “If quantum theory is a theory about how nature processes and distributes information, then asking in which ways events can influence each other may reveal the rules of this processing.”

 “Most of the attempts to understand quantum mechanics involve trying to save some aspects of the old classical picture, such as particle trajectories,” says Brukner. But history shows us that what is generally needed in such cases is something more, he says — something that goes beyond the old ideas, such as a new way of thinking about causality itself. “When you have a radical theory, to understand it you usually need something even more radical.”

 « Néanmoins, le but le plus grand est théorique. La causalité quantique devrait nous fournir un point d’entrée à quelques-unes des questions les plus difficiles en physique – telles que d’où vient la mécanique quantique. » Ma réponse à cette interrogation est claire, certes iconoclaste, mais les chercheurs de Vienne ont tutoyé la logique de ma proposition, ils n’ont pas franchi ce Rubicon : « La Nature n’est pas structurée par la chaîne de causalité que nous lui prêtons. Le principe de causalité est une construction de l’esprit et non pas une loi de la Nature : voir article du 10/11/2015. »

« La théorie quantique a toujours semblé un peu ad hoc. L’équation de Schrödinger fonctionne merveilleusement bien pour prédire les résultats des expériences quantiques, mais les chercheurs se demandent toujours ce que cela signifie, parce que ce n’est pas clair, quelle est la physique qu’il y a derrière. » Cela est vrai, mais je pense que c’est une situation encore provisoire, parce que nous ne pensons pas encore quantique mais avec la mise en évidence de nouveaux paradigmes, des connexions cérébrales nouvelles s’établiront. La preuve, on peut considérer que l’article de Nature est pour moi un bon pas en avant avec la compréhension suivante (qui doit être considérée comme une découverte) : « it's not exactly what you do that matters, but what you know”. Voir article du 26/09/2015.

« La plupart des tentatives pour comprendre la mécanique quantique implique d’essayer de sauver quelques aspects de la vieille physique, tels que les trajectoires des particules » nous dit Bruckner. Mais l’histoire nous montre que ce qui est généralement nécessaire, dans de tels cas, c’est quelque chose en plus – quelque chose qui va au-delà des idées anciennes, par exemple une nouvelle voie de penser à propos de la causalité elle-même. « Quand vous avez une théorie radicale, pour la comprendre vous avez usuellement besoin de quelque chose de bien plus radical. »

Je ne peux qu’approuver les propos de Bruckner et lui répondre que mon article du 10/11/2015 suggère une voie qui doit être exploitée et que mon projet d’expérience contient des résultats potentiels qui peuvent éclairer le paysage de la mécanique quantique, ceci couplé évidemment avec l’hypothèse du sujet pensant fondateur de l’espace-temps car espace-temps et chaîne de causalité sont intimement corrélés.

Pour souligner l’intérêt que j’attribue à l’article dans ‘Nature’, j’ajoute quelques citations qui font sens et qui se trouvent à la page 2 :

“Causality lies at the interface between quantum mechanics and general relativity,”. Pour aborder amplement cette problématique, je propose d’investir aussi sur une autre interface comme je l’ai indiqué dans l’article du 18/03/2015 : ‘Décrypter la physique comme science de l’interface de l’être humain et de la Nature ! »

“No reason can be adduced to explain that particular outcome… Measurements of entangled particles show, however, that the observed correlation between the spins can't be explained on the basis of pre-existing properties. But these correlations don't actually violate relativity because they can't be used to communicate faster than light. Quite how the relationship arises is hard to explain in any intuitive cause-and-effect way.” A mon sens l’explication qu’il faut prospecter est celle de l’inexistence d’espace-temps quand il y a intrication, car non fondé par le « sujet pensant » à cause de ‘TpS’ et depuis 2011, j’ai posté plusieurs articles à ce sujet. Peut-être que la conjecture EPR = ER, nous dit quelque chose de semblable.

 

How quantum trickery can scramble cause and effect

Logic-defying experiments in quantum causality can twist the notion of time itself.

Albert Einstein is heading out for his daily stroll and has to pass through two doorways. First he walks through the green door, and then through the red one. Or wait — did he go through the red first and then the green? It must have been one or the other. The events had have to happened in a sequence, right?

Not if Einstein were riding on one of the photons ricocheting through Philip Walther's lab at the University of Vienna. Walther's group has shown that it is impossible to say in which order these photons pass through a pair of gates as they zip around the lab. It's not that this information gets lost or jumbled — it simply doesn't exist. In Walther's experiments, there is no well-defined order of events.

This finding1 in 2015 made the quantum world seem even stranger than scientists had thought. Walther's experiments mash up causality: the idea that one thing leads to another. It is as if the physicists have scrambled the concept of time itself, so that it seems to run in two directions at once.

In everyday language, that sounds nonsensical. But within the mathematical formalism of quantum theory, ambiguity about causation emerges in a perfectly logical and consistent way. And by creating systems that lack a clear flow of cause and effect2, researchers now think they can tap into a rich realm of possibilities. Some suggest that they could boost the already phenomenal potential of quantum computing. “A quantum computer free from the constraints of a predefined causal structure might solve some problems faster than conventional quantum computers,” says quantum theorist Giulio Chiribella of the University of Hong Kong.

What's more, thinking about the 'causal structure' of quantum mechanics — which events precede or succeed others — might prove to be more productive, and ultimately more intuitive, than couching it in the typical mind-bending language that describes photons as being both waves and particles, or events as blurred by a haze of uncertainty.

And because causation is really about how objects influence one another across time and space, this new approach could provide the first steps towards uniting the two cornerstone theories of physics and resolving one of the most profound scientific challenges today. “Causality lies at the interface between quantum mechanics and general relativity,” says Walther's collaborator Časlav Brukner, a theorist at the Institute for Quantum Optics and Quantum Information in Vienna, “and so it could help us to think about how one could merge the two conceptually.”

Tangles in time

Causation has been a key issue in quantum mechanics since the mid-1930s, when Einstein challenged the apparent randomness that Niels Bohr and Werner Heisenberg had installed at the heart of the theory. Bohr and Heisenberg's Copenhagen interpretation insisted that the outcome of a quantum measurement — such as checking the orientation of a photon's plane of polarization — is determined at random, and only in the instant that the measurement is made. No reason can be adduced to explain that particular outcome. But in 1935, Einstein and his young colleagues Boris Podolsky and Nathan Rosen (now collectively denoted EPR) described a thought experiment that pushed Bohr's interpretation to a seemingly impossible conclusion.

The EPR experiment involves two particles, A and B, that have been prepared with interdependent, or 'entangled', properties. For example, if A has an upward-pointing 'spin' (crudely, a quantum property that can be pictured a little bit like the orientation of a bar magnet), then B must be down, and vice versa.

Both pairs of orientations are possible. But researchers can discover the actual orientation only when they make a measurement on one of the particles. According to the Copenhagen interpretation, that measurement doesn't just reveal the particle's state; it actually fixes it in that instant. That means it also instantly fixes the state of the particle's entangled partner — however far away that partner is. But Einstein considered this apparent instant action at a distance impossible, because it would require faster-than-light interaction across space, which is forbidden by his special theory of relativity. Einstein was convinced that this invalidated the Copenhagen interpretation, and that particles A and B must already have well-defined spins before anybody looks at them.

Measurements of entangled particles show, however, that the observed correlation between the spins can't be explained on the basis of pre-existing properties. But these correlations don't actually violate relativity because they can't be used to communicate faster than light. Quite how the relationship arises is hard to explain in any intuitive cause-and-effect way.

But what the Copenhagen interpretation does at least seem to retain is a time-ordering logic: a measurement can't induce an effect until after it has been made. For event A to have any effect on event B, A has to happen first. The trouble is that this logic has unravelled over the past decade, as researchers have realized that it is possible to imagine quantum scenarios in which one simply can't say which of two related events happens first.

Classically, this situation sounds impossible. True, we might not actually know whether A or B happened first — but one of them surely did. Quantum indeterminacy, however, isn't a lack of knowledge; it's a fundamental prohibition on pronouncing on any 'true state of affairs' before a measurement is made.

Ambiguous action

Brukner's group in Vienna, Chiribella's team and others have been pioneering efforts to explore this ambiguous causality in quantum mechanics3, 4. They have devised ways to create related events A and B such that no one can say whether A preceded and led to (in a sense 'caused') B, or vice versa. This arrangement enables information to be shared between A and B in ways that are ruled out if there is a definite causal order. In other words, an indeterminate causal order lets researchers do things with quantum systems that are otherwise impossible.

The trick they use involves creating a special type of quantum 'superposition'. Superpositions of quantum states are well known: a spin, for example, can be placed in a superposition of up and down states. And the two spins in the EPR experiment are in a superposition — in that case involving two particles. It's often said that a quantum object in a superposition exists in two states at once, but more properly it simply cannot be said in advance what the outcome of a measurement would be. The two observable states can be used as the binary states (1 and 0) of quantum bits, or qubits, which are the basic elements of quantum computers.

The researchers extend this concept by creating a causal superposition. In this case, the two states represent sequences of events: a particle goes first through gate A and then through gate B (so that A's output state determines B's input), or vice versa.

In 2009, Chiribella and his co-workers came up with a theoretical way to do an experiment like this using a single qubit as a switch that controls the causal order of events experienced by a particle that acts as second qubit3. When the control-switch qubit is in state 0, the particle goes through gate A first, and then through gate B. When the control qubit is in state 1, the order of the second qubit is BA. But if that qubit is in a superposition of 0 and 1, the second qubit experiences a causal superposition of both sequences — meaning there is no defined order to the particle's traversal of the gates (see 'Trippy journeys').

Nik Spencer/Nature

Three years later, Chiribella proposed an explicit experimental procedure for enacting this idea5; Walther, Brukner and their colleagues subsequently worked out how to implement it in the lab1. The Vienna team uses a series of 'waveplates' (crystals that change a photon's polarization) and partial mirrors that reflect light and also let some pass through. These devices act as the logic gates A and B to manipulate the polarization of a test photon. A control qubit determines whether the photon experiences AB or BA — or a causal superposition of both. But any attempt to find out whether the photon goes through gate A or gate B first will destroy the superposition of gate ordering.

Having demonstrated causal indeterminacy experimentally, the Vienna team wanted to go further. It's one thing to create a quantum superposition of causal states, in which it is simply not determined what caused what (that is, whether the gate order is AB or BA). But the researchers wondered whether it is possible to preserve causal ambiguity even if they spy on the photon as it travels through various gates.

At face value, this would seem to violate the idea that sustaining a superposition depends on not trying to measure it. But researchers are now realizing that in quantum mechanics, it's not exactly what you do that matters, but what you know.

Last year, Walther and his colleagues devised a way to measure the photon as it passes through the two gates without immediately changing what they know about it6. They encode the result of the measurement in the photon itself, but do not read it out at the time. Because the photon goes through the whole circuit before it is detected and the measurement is revealed, that information can't be used to reconstruct the gate order. It's as if you asked someone to keep a record of how they feel during a trip and then relay the information to you later — so that you can't deduce exactly when and where they were when they wrote it down.

As the Vienna researchers showed, this ignorance preserves the causal superposition. “We don't extract any information about the measurement result until the very end of the entire process, when the final readout takes place,” says Walther. “So the outcome of the measurement process, and the time when it was made, are hidden but still affect the final result.”

Other teams have also been creating experimental cases of causal ambiguity by using quantum optics. For example, a group at the University of Waterloo in Canada and the nearby Perimeter Institute for Theoretical Physics has created quantum circuits that manipulate photon states to produce a different causal mash-up. In effect, a photon passes through gates A and B in that order, but its state is determined by a mixture of two causal procedures: either the effect of B is determined by the effect of A, or the effects of A and B are individually determined by some other event acting on them both, in much the same way that a hot day can increase sunburn cases and ice-cream sales without the two phenomena being directly causally related. As with the Vienna experiments, the Waterloo group found that it's not possible to assign a single causal 'story' to the state the photons acquire7.

Some of these experiments are opening up new opportunities for transmitting information. A causal superposition in the order of signals travelling through two gates means that each can be considered to send information to the other simultaneously. “Crudely speaking, you get two operations for the price of one,” says Walther. This offers a potentially powerful shortcut for information processing.

“An indeterminate causal order lets researchers do things with quantum systems that are otherwise impossible.”

Although it has long been known that using quantum superposition and entanglement could exponentially increase the speed of computation, such tricks have previously been played only with classical causal structures. But the simultaneous nature of pathways in a quantum-causal superposition offers a further boost in speed. That potential was apparent when such superpositions were first proposed: quantum theorist Lucien Hardy at the Perimeter Institute8 and Chiribella and his co-workers3 independently suggested that quantum computers operating with an indefinite causal structure might be more powerful than ones in which causality is fixed.

Last year, Brukner and his co-workers showed9 that building such a shortcut into an information-processing protocol with many gates should give an exponential increase in the efficiency of communication between gates, which could be beneficial for computation. “We haven't reached the end yet of the possible speed-ups,” says Brukner. “Quantum mechanics allows way more.”

It's not terribly complicated to build the necessary quantum-circuit architectures, either — you just need quantum switches similar to those Walther has used. “I think this could find applications soon,” Brukner says.

Unity in the Universe

The bigger goal, however, is theoretical. Quantum causality might supply a point of entry to some of the hardest questions in physics — such as where quantum mechanics comes from.

Quantum theory has always looked a little ad hoc. The Schrödinger equation works marvellously to predict the outcomes of quantum experiments, but researchers are still arguing about what it means, because it's not clear what the physics behind it is. Over the past two decades, some physicists and mathematicians, including Hardy10 and Brukner11, have sought to clarify things by building 'quantum reconstructions': attempts to derive at least some characteristic properties of quantum-mechanical systems — such as entanglement and superpositions — from simple axioms about, say, what can and can't be done with the information encoded in the states (see Nature 501, 154–156; 2013).

“The framework of causal models provides a new perspective on these questions,” says Katja Ried, a physicist at the University of Innsbruck in Austria who previously worked with the University of Waterloo team on developing systems with causal ambiguity. “If quantum theory is a theory about how nature processes and distributes information, then asking in which ways events can influence each other may reveal the rules of this processing.”

And quantum causality might go even further by showing how one can start to fit quantum theory into the framework of general relativity, which accounts for gravitation. “The fact that causal structure plays such a central role in general relativity motivates us to investigate in which ways it can 'behave quantumly',” says Ried.

“Most of the attempts to understand quantum mechanics involve trying to save some aspects of the old classical picture, such as particle trajectories,” says Brukner. But history shows us that what is generally needed in such cases is something more, he says — something that goes beyond the old ideas, such as a new way of thinking about causality itself. “When you have a radical theory, to understand it you usually need something even more radical.”

Journal name:

Nature

Volume:

546,

Pages:

590–592

Date published:

(29 June 2017)

 

 

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27 juin 2017 2 27 /06 /juin /2017 07:33

Quid du Big Bang ?

Il y a quelques jours ont été publiés quelques articles relatifs à un même sujet : « Big Bang : le modèle de Hartle-Hawking est-il faux ? », ou « No Universe without Big Bang ». Je les joins en fin du présent article.

Ces articles mettent l’accent sur la singularité que constitue le fait de vouloir attribuer une origine à l’univers tel que nous le concevons actuellement, grâce aux moyens de la relativité générale et de la mécanique quantique. Mais l’impossibilité de pouvoir fusionner ces deux corpus dans un seul et même corpus qui les sublimeraient rend pour le moment la tâche impossible. Et le fait d’être en mesure un jour de réaliser cette unification que l’on appellera : ‘Gravité Quantique’ ne garantira pas qu’on découvrira, pour autant, une théorie du Big Bang.

Rappelons le fil qui nous conduit à soutenir que l’on peut établir, pour la première fois depuis le début de l’humanité, une cosmogonie complète du XXIe siècle sur des bases correspondant à des critères scientifiques de calculabilité. Un élément essentiel de ce fil est la première image de l’univers que l’on date à 380000 ans après le Big Bang et cette image obtenue constitue notre référentiel incontournable (que l’on appelle image du rayonnement fossile, ou image du découplage matière/rayonnement, ou image de la première diffusion). La précision et la qualité obtenues de cette image nous autorisent à prédire, en partie, la physique qui a prévalue à sa formation et la physique postérieure à l’émergence de celle-ci. Le ‘en partie’ que j’introduis ici dans le texte prend depuis peu beaucoup d’ampleur. Ainsi les trois quasars primordiaux que l’on vient de découvrir et qui ont moins d’1 milliard d’années donnent du poids au terme : ‘en partie’. Dans la période de l’avant 380000 ans et remontant juste après le Big Bang les physiciens pensaient avoir, depuis 1975, compris toute la phénoménologie physique qui aurait prévalue à la formation de cette première image observée. Là encore, il faut dire : ‘les physiciens pensaient’ parce que dans le scénario le plus abouti ils ont besoin d’inventer l’existence de matière noire, que nous n’avons jamais observée (voir article du 26/06/2017, sur le site de Physicsworld. com : Dark-matter constraints tightened after LUX no-shows), et de neutrinos aux propriétés physiques que nous n’observons pas non plus. Ce dont il s’agit dans l’article concernant le modèle de Hartle-Hawking c’est de rendre compte, à la fois, grâce aux lois de la physique que nous connaissons, de la physique du Big Bang et des conditions de son surgissement (Sic). Sa validation (à défaut de ne pouvoir l’observer ou le reproduire) ne peut être retenue que si ses prédictions sont intimement compatibles avec le référentiel de la première image de l’univers.

Juste à ce niveau de la présentation, et pour prendre un recul intellectuel profitable, je rappelle ce que nous dit L. Smolin que j’ai cité dans l’article précédent : « Si on (embrasse la réalité du temps et) voit les lois mathématiques comme des outils plutôt que des miroirs mystiques de la nature » Ce rappel nous éclaire à la fois sur un questionnement épistémologique et philosophique. En effet, si d’un point de vue pragmatique, on privilégie le caractère ‘outil’ des mathématiques et si on obtient un résultat satisfaisant on pourra vanter la puissance et l’efficacité de l’outil et partant la puissance de l’intelligence de l’humanité créatrice de celui-ci. Si au contraire on croit que les mathématiques sont : « des miroirs mystiques de la nature », alors on dira que le résultat signifie que l’on aura ‘encapsuler’ la réalité vérace du début de l’univers, c’est-à-dire que l’on aura atteint la vérité de notre raison d’être dans ce monde. Pas moins !

  Je rappelle que la relativité générale décrit bien l’évolution matérielle de l’univers mais exclut la Présence, dans le cosmos, d’une intelligence qui pense ce cosmos. Il y aurait une différence dans le cadre de la mécanique quantique selon le statut que l’on attribue à l’observateur. Que ce soit de la part des physiciens qui attribuent la primauté de la puissance prédictive à la Relativité Générale ou à ceux qui l’attribuent à la mécanique quantique c’est-à-dire dans ce cas à la Théorie Quantique des Champs (TQC), il y a la conviction que notre univers en tout instant est descriptible par des lois physiques.

Je privilégie un extrait de l’article de L. Sacco (que je conseille de lire dans son intégralité) qui illustre correctement d’un point de vue chronologique la démarche suivie par J. Hartle et S. Hawking pour lever mathématiquement la singularité initiale.

« Avec son collègue James Hartle, Stephen Hawking a donc tenté de résoudre, de façon au moins approchée, l'équation de WD dans des cas simples à l'aide de l'intégrale de chemin de Feynman.

La stratégie semblait prometteuse car les équations de la relativité générale sont des analogues des équations de Yang-Mills à la base du modèle standard en physique des particules. Or, le prix Nobel Gerard 't Hooft avait fortement contribué à montrer que l'intégrale de Feynman était un outil exceptionnellement efficace et pratique pour faire des calculs de théorie quantique des champs avec les équations de Yang-Mills.

De fait, en transposant (sic) les techniques qui marchaient en physique des particules au traitement quantique de l'espace-temps en cosmologie, Hawking et Hartle ont émis une proposition en 1983 qui allait faire grand bruit. Ils ont ainsi avancé des arguments permettant de supprimer naturellement la singularité initiale, mais au prix de considérer que la nature de l'espace-temps pouvait profondément changer au voisinage de la naissance du Big Bang. Dans les équations, le temps, au lieu d'être décrit par des nombres réels, était décrit par une généralisation de ces nombres que les mathématiciens ont appelé « des nombres complexes » et qui sont à la base de la fameuse équation de Schrödinger, l'un des postulats fondamentaux de la mécanique quantique. »

On constate ici la conséquence de voir les mathématiques comme des miroirs mystiques de la nature car les travaux de Feynman (à partir de la décennie 1940) en physique des particules élémentaires deviennent ipso facto transposables pour décrire l’univers et le processus de son émergence. En fait cette réduction n’est possible que si on est adepte de la philosophie platonicienne qui clame que l’univers est comme un livre ouvert et ses pages contiennent un alphabet, celui des mathématiques (géométrie) et si on sait le décrypter on peut décrire l’univers. Le dieu fondateur de l’univers est un dieu mathématicien (géomètre). Mais son univers est indifférent à la réalité de l’homme. C’est là qu’il y a un hic, car avec la croyance que l’univers a un début, avec ce début il n’y a pas que l’émergence de la matière inerte qui soit en cause mais il y a aussi l’émergence de la vie intelligente, bien qu’elle soit datée très longtemps après. Mais voilà, nous sommes conçus de cette matière (poussières d’étoiles), rétroactivement nous devons comprendre le tropisme que de fait cela engendre.

On a beau essayer d’évacuer ce problème, il est en fait inexpugnable. Lorsqu’on décrit l’univers observable, établi, se déployant avec ce que l’on considère comme étant sa dynamique propre, la relativité générale est efficace parce que dans ces conditions l’être humain peut être mis à côté, à côté de ce qui est observé, de ce qui est observable. Ici la présence de l’être humain interfère a minima. Avec la volonté d’introduire le concept de Big Bang qui est à l’origine de tout, évidemment cette mise à côté est une approximation qui n’est plus possible, cette facilité n’est plus possible et la mise de côté est définitivement irréaliste.

Selon mon point de vue, il y a effectivement une singularité c’est celle correspondant à l’émergence d’une première intelligence sur la planète terre qui se situe d’une façon non instinctive sur celle-ci (peut-être que cela se situe il y a 2millions d’années). Cette première intelligence a fondé l’ancêtre de l’espace-temps, au moins son essence, et il n’y en a pas dans la nature qui soit donné pace que le monde n’a pas de limite, il est infini dans toutes ces dimensions. C’est l’être humain qui a des limites et la vertu de son existence c’est, sans cesse, les repousser. C’est là l’essence de la dynamique de son existence. Voir article du 26/08/2014 : « Pour un authentique Big bang » (Est-ce une coïncidence si le concept d’émergence fait florès dans les réflexions théoriques actuelles qui se veulent novatrices ?)

            De la part des physiciens, il y a une répugnance certaine à prendre en compte des savoirs qui n’obéissent pas aux contraintes d’une rationalité déductive qui puisse être classée objective. Ils considèrent que c’est un critère essentiel qui garantit le travail collectif et la capacité d’une vérification expérimentale. Toutefois étant donné les apories qui jalonnent depuis de nombreuses décennies la connaissance en physique, on lit de plus en plus des publications qui, proposant de lever ces apories, contiennent des arguments du type « nous avons la conviction ». Les problèmes à résoudre sont tellement ardus et tellement résistant à toutes les tentatives de résolution, que certains estiment que suivre le chemin de la conviction ou de l’intuition peut ouvrir la porte à des résolutions. 

            La connaissance en physique, en tant que telle, s’affirme sur des bases et des règles qui ont émergées avec la physique Galiléenne. Depuis elle a tellement fructifié qu’il n’est pas envisageable de remettre en cause l’édifice. Nous devons considérer que cette connaissance appartient à une école et cela ne peut pas être autrement. Mais il faut que l’on prenne conscience qu’elle n’est pas l’école de la connaissance universelle, elle doit se frotter à d’autres écoles de connaissances qui ont leur propre rationalité, leur propre règle d’inférence, et offre des connaissances dont il est souhaitable d’en comprendre la complémentarité. Il faut que la physique fondamentale s’associe à d’autres écoles comme celles de la paléoanthropologie et de l’imagerie cérébrale. Voir mon article précédent.

Il y a dans l’article de L. Sacco, à la fin de son article dans le paragraphe : L'effet tunnel et le temps imaginaire en cosmologie quantique une erreur importante :

 « Il se trouve que le temps imaginaire intervient d'une certaine façon dans la théorie de l'effet tunnel quantique et il est donc possible… ». Cela n’est plus vrai depuis la publication de l’article d’une équipe Australienne en juin 2015, voir mon article du 17/06/2015. L’usage du temps imaginaire était la conséquence de la croyance que cet effet était instantané, en fait c’était la conséquence que l’on ne savait pas mesurer des intervalles de temps de l’ordre de 10-18s et plus petit. Maintenant cela est possible, l’effet tunnel a une durée et le temps est devenu naturellement réel. En résumé les nombres imaginaires pointeraient les domaines de notre ignorance… provisoire.

Big Bang : le modèle de Hartle-Hawking est-il faux ? Par L. Sacco.  Site : Futura Science

« Le modèle de Hartle-Hawking est un modèle de cosmologie quantique très populaire mais il souffre de problèmes mathématiques. Trois physiciens, dont le célèbre Neil Turok, ont tenté de résoudre ces problèmes. Aujourd'hui, ils pensent avoir montré que le modèle de Hartle-Hawking conduit à des conséquences en contradiction avec les observations du rayonnement fossile. La théorie du Big Bang de Stephen Hawking pourrait donc être fausse.

Ce qu'il faut retenir

Les travaux de Stephen Hawking sur les singularités de l'espace-temps et la physique des trous noirs l'ont conduit à proposer en :

  • 1983 une théorie quantique du Big Bang avec son collègue James Hartle.
  • Le modèle sans frontière de Hartle-Hawking implique l'existence d'une géométrie quantique de l'espace-temps primitif où le temps devient espace et où la singularité cosmologique initiale, plutôt que d'être l'analogue du sommet d'un cône, ressemble à la surface lisse et sans singularité d'une sphère.
  • En essayant de rendre rigoureuse cette théorie, des chercheurs du Perimeter Institute, au Canada, sont arrivés à la conclusion qu'elle faisait des prédictions incompatibles avec les caractéristiques du rayonnement fossile, au moins dans sa formulation primitive.

L'année 2015 fut marquée par le centenaire de la formulation finale de la théorie de la relativité générale par Einstein. Cette année 2017, nous pouvons célébrer deux autres centenaires : celui de la formulation du premier modèle de cosmologie relativiste et celui de la découverte de l'effet laser, également par Einstein ; cette découverte a posé les bases de la mécanique des matrices de Heisenberg, un des piliers de la mécanique quantique.

En 1970, Roger Penrose et Stephen Hawking ont publié un théorème montrant qu'appliquée à la théorie du Big Bang, la théorie d'Einstein amenait inexorablement à la conclusion que notre univers devait être né d'une singularité de l’espace-temps. Toutefois, aucun de ces chercheurs n'était dupe : leur théorème montrait simplement l'effondrement du pouvoir prédictif de la théorie de la gravitation d'Einstein tant qu'on ne cherchait pas à la rendre quantique. Or, tout comme les électrons d'un atome étaient sauvés de l'effondrement inévitable sur le noyau en physique classique par les équations de la mécanique quantique, on devait s'attendre à ce que la singularité cosmologique soit, elle aussi, supprimée par ces équations appliquées à la nature et la dynamique de l'espace-temps. Mais, pour le montrer, il fallait aller au-delà de la théorie de la relativité générale.

Heureusement, une théorie quantique de la gravitation était déjà en cours d'élaboration pendant les années 1960. John Wheeler, l'un des pionniers de la physique des trous noirs, et Bryce DeWitt, l'époux de la physicienne et mathématicienne française Cécile DeWitt-Morette, étaient arrivés à découvrir une équation à la base de la cosmologie quantique, la fameuse équation de Wheeler-DeWitt (WD).

La théorie de la relativité générale d'Albert Einstein (1915) n'est pas compatible avec la physique quantique (qui décrit le comportement des atomes et des particules), l'autre grand fondement de la physique. Faut-il donc aller plus loin, trouver la théorie « qui unifie tout » ? Les réponses d'Aurélien Barrau. © Bibliothèque publique d'information

La cosmologie quantique et les solutions de l'équation de Wheeler-DeWitt

Cette équation est malheureusement fort difficile à résoudre, sauf si elle est appliquée à des modèles cosmologiques très simplifiés. De grandes classes de solutions ont été trouvées dans le cadre de la théorie de la gravitation quantique à boucles. Au début des années 1980, Stephen Hawking, fort des succès qu'il avait rencontrés en appliquant les travaux du prix Nobel Richard Feynman en théorie quantique des champs au cas de l'évaporation des trous noirs, a cherché, lui aussi, à utiliser cette équation pour comprendre le début de l'univers. Avec son collègue James Hartle, Stephen Hawking a dont tenté de résoudre, de façon au moins approchée, l'équation de WD dans des cas simples à l'aide de l'intégrale de chemin de Feynman.

La stratégie semblait prometteuse car les équations de la relativité générale sont des analogues des équations de Yang-Mills à la base du modèle standard en physique des particules. Or, le prix Nobel Gerard 't Hooft avait fortement contribué à montrer que l'intégrale de Feynman était un outil exceptionnellement efficace et pratique pour faire des calculs de théorie quantique des champs avec les équations de Yang-Mills.

De fait, en transposant les techniques qui marchaient en physique des particules au traitement quantique de l'espace-temps en cosmologie,

Hawking et Hartle ont émis une proposition en 1983 qui allait faire grand bruit. Ils ont ainsi avancé des arguments permettant de supprimer naturellement la singularité initiale, mais au prix de considérer que la nature de l'espace-temps pouvait profondément changer au voisinage de la naissance du Big Bang. Dans les équations, le temps, au lieu d'être décrit par des nombres réels, était décrit par une généralisation de ces nombres que les mathématiciens ont appelé « des nombres complexes » et qui sont à la base de la fameuse équation de Schrödinger, l'un des postulats fondamentaux de la mécanique quantique.

Plus précisément, le temps devenait alors « imaginaire pur », dans le jargon des mathématiciens, ce qui revenait à dire que l'espace-temps à 4 dimensions devenait de l'espace à 4 dimensions. Au lieu de « débuter », par un point de densité infini et avec une courbure également infinie de l'espace-temps, le cosmos aurait alors émergé d'une géométrie quantique floue, comme le sont les trajectoires des particules dans un atome. Une image de cette géométrie serait alors celle de la surface d'une sphère sans frontière ni bord. Il est possible de se déplacer sur cette surface sans rencontrer d'obstacle, ce qui n'est pas le cas sur celle d'un cône, puisque son sommet est précisément une singularité de la géométrie, ou encore sur la surface d'un cylindre qui possède deux bords.

L'effet tunnel et le temps imaginaire en cosmologie quantique

La proposition sans frontière (No boundary proposal) avec temps imaginaire de Hartle-Hawking allait fasciner par son élégance et parce qu'elle proposait une solution au problème de la naissance du temps. Une variante de cette cosmologie quantique a été proposée par le physicien russe Alexander Vilenkin, également pionnier de la théorie de l'inflation éternelle. Vilenkin a développé une idée en germe dans la théorie de l'atome primitif de Lemaître, conçu comme une sorte de noyau subissant une désintégration radioactive par effet tunnel.

Il se trouve que le temps imaginaire intervient d'une certaine façon dans la théorie de l'effet tunnel quantique et il est donc possible, comme l'ont fait Hartle et Hawking, d'y voir plus qu'une astuce de calcul mais bien un changement dans la nature de l'espace-temps. La théorie de Vilenkin suggère donc que l'univers a fait une sorte de saut par effet tunnel quantique d'un état qui n'est ni espace ni temps (qui peut être abusivement appelé « le néant » mais qui suppose tout de même l'existence préalable des lois de la physique) directement dans l'espace-temps primordial. »

 

No Universe without Big Bang

June 15, 2017

Credit: J.-L. Lehners (Max Planck Institute for Gravitational Physics)

According to Einstein's theory of relativity, the curvature of spacetime was infinite at the big bang. In fact, at this point all mathematical tools fail, and the theory breaks down. However, there remained the notion that perhaps the beginning of the universe could be treated in a simpler manner, and that the infinities of the big bang might be avoided. This has indeed been the hope expressed since the 1980s by the well-known cosmologists James Hartle and Stephen Hawking with their "no-boundary proposal", and by Alexander Vilenkin with his "tunneling proposal". Now scientists at the Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) in Potsdam and at the Perimeter Institute in Canada have been able to use better mathematical methods to show that these ideas cannot work. The big bang, in its complicated glory, retains all its mystery.

One of the principal goals of cosmology is to understand the beginning of our universe. Data from the Planck satellite mission shows that 13.8 billion years ago the universe consisted of a hot and dense soup of particles. Since then the universe has been expanding. This is the main tenet of the hot big bang theory, but the theory fails to describe the very first stages themselves, as the conditions were too extreme. Indeed, as we approach the big bang, the energy density and the curvature grow until we reach the point where they become infinite.

As an alternative, the "no-boundary" and "tunneling" proposals assume that the tiny early universe arose by quantum tunneling from nothing, and subsequently grew into the large universe that we see. The curvature of spacetime would have been large, but finite in this beginning stage, and the geometry would have been smooth - without boundary (see Fig. 1, left panel). This initial configuration would replace the standard big bang. However, for a long time the true consequences of this hypothesis remained unclear. Now, with the help of better mathematical methods, Jean-Luc Lehners, group leader at the AEI, and his colleagues Job Feldbrugge and Neil Turok at Perimeter Institute, managed to define the 35 year old theories in a precise manner for the first time, and to calculate their implications. The result of these investigations is that these alternatives to the big bang are no true alternatives. As a result of Heisenberg's uncertainty relation, these models do not only imply that smooth universes can tunnel out of nothing, but also irregular universes. In fact, the more irregular and crumpled they are, the more likely (see Fig. 1, right panel). "Hence the "no-boundary proposal" does not imply a large universe like the one we live in, but rather tiny curved universes that would collapse immediately", says Jean-Luc Lehners, who leads the "theoretical cosmology" group at the AEI.

Hence one cannot circumvent the big bang so easily. Lehners and his colleagues are now trying to figure out what mechanism could have kept those large quantum fluctuations in check under the most extreme circumstances, allowing our large universe to unfold.

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