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Onde gravitationnelle, ondulation de l’espace-temps, est-ce compatible ?

L’annonce du 14 février de la détection, pour la première fois, d’une onde gravitationnelle, dans les détecteurs Ligo, a été considérée comme une annonce majeure, à juste raison, par la communauté scientifique et au-delà. La raison principale de cette clameur générale c’est qu’il y eut un siècle d’attente entre la prédiction théorique conséquemment à la loi de la relativité générale d’Einstein et cette première détection. Il n’y a pas de doute, tous les articles relatifs à cette annonce nous disent : « Les ondes gravitationnelles sont (produisent) des ondulations de (dans) l’espace-temps. »

En conséquence, il est essentiel de comprendre quel fut le sort réservé à l’espace-temps pendant le siècle de traitement théorique de la relativité générale.

En premier lieu, il faut sérieusement prendre en compte la démarche intellectuelle d’Einstein qui l’a conduit à inventer la loi de la relativité générale (jusqu’à maintenant, la plus belle invention d’un esprit humain). On peut saisir l’essence de sa conviction intellectuelle en se rappelant le dialogue ci-dessous qui eut lieu effectivement entre A. Einstein et Rabîndranâth Tagore (écrivain et poète indien 1861-1941, prix Nobel de littérature en 1913), dialogue qui illustre parfaitement ce qui l’a guidé tout au long de sa vie dans sa quête pour faire émerger les lois physiques qui régissent les propriétés de la nature.

Einstein : Il y a deux conceptions fondamentales concernant la nature de l’univers ; on le considère soit comme un tout inséparable de la vision qu’en a l’humanité, soit comme une réalité indépendante de notre perception humaine.

Tagore : Quand l’univers est connu comme harmonie selon l’homme éternel, il vous apparaît dans sa dimension de beauté et de vérité.

Einstein : C’est la conception de l’univers qui relève entièrement de l’homme.

Tagore : Il ne peut y avoir d’autre conception ; le monde séparé de nous n’existe pas (sic) ; c’est un monde relatif dont la réalité dépend de notre conscience.

Einstein : Alors, s’il n’y avait plus aucun être humain, il n’y aurait plus, non plus, de beauté ni de vérité ?

Tagore : Non.

Einstein : Je suis d’accord en ce qui concerne la beauté, mais pas en ce qui concerne la vérité. Telle est ma religion : il existe un réel indépendant de l’homme et une vérité concernant ce réel (sic).

Tagore : Une vérité qui serait indépendante de l’humanité et sans relation avec elle n’existe absolument pas.

Einstein : Alors, je suis plus religieux que vous !

Cela veut dire que pour Einstein, les bonnes lois physiques sont celles qui atteignent l’os du monde réel et qui ont expulsé la moindre trace d’une quelconque influence du ‘sujet pensant’, en l’occurrence : le physicien découvreur. Selon lui, la confirmation que toute subjectivité est abolie dans ces bonnes lois c’est qu’elles sont indépendantes, invariantes, des conditions spécifiques de leur observation, de leur vérification. Il fut encouragé dans cette certitude quand en 1905, il mit en évidence, aussi, finalement, dans le cadre de la relativité restreinte, des grandeurs résultantes qui sont égales à elles-mêmes quel que soit le référentiel d’inertie dans lequel elles sont exprimées (ex : quadrivecteur espace-temps (métrique), quadrivecteur impulsion-énergie d’une particule en mouvement (masse énergie au repos), temps propre d’une particule (durée de vie d’une particule au repos), etc... A partir de ce constat, il fut encouragé pour généraliser cette quête d’invariance dans un autre référentiel, celui qui inclut l’action de la gravitation. A la suite de dix années de recherche il mit en évidence les lois de la relativité générale en 1915.

Comme le rappel Th. Damour (professeur à l’Institut des Hautes Etudes Scientifiques), il faut noter que le principe de relativité générale (contrairement aux apparences et contrairement à ce qu’Einstein crut pendant quelques années) a un statut physique différent du principe de relativité restreinte. Le principe de relativité restreinte était un principe de symétrie de la structure de l’espace-temps qui affirmait que la physique était la même dans une classe particulière de référentiels, et donc que certains phénomènes correspondants se déroulaient exactement de la même façon dans des référentiels différents. En revanche, le principe de relativité générale est un principe d’indifférence : les phénomènes ne se déroulent pas de la même façon dans des systèmes de coordonnées différents, mais aucun des systèmes de coordonnées n’a de statut privilégié par rapport aux autres. C’est aussi ce que l’on appelle le principe de covariance.

Ce principe d’indifférence nous dit que les coordonnées spatio-temporelles ne sont pas significatives à l’égard de cette physique. Cela confirme l’idée de supprimer la notion d’espace-temps (sic), sous-jacent aux phénomènes, servant de cadre de référence, et ne retenir que les relations entre objets, comme cela fut préconisé par Leibniz, Mach ou Penrose. L’objectif est alors de construire une physique sans espace-temps, ou plus exactement dans laquelle l’espace-temps n’apparaît que comme une limite de la théorie à grande échelle. En effet, bien interprétée la relativité générale interdit toute localisation dans l’espace-temps, et a fortiori dans l’espace ou dans le temps : toute localisation ne peut être que relationnelle, c’est-à-dire ne s’exprimer que par rapport à d’autres événements, mais non par rapport à une structure géométrique existante. Ainsi la relativité générale est une théorie très contrainte, contrainte que l’on qualifie, le plus souvent maintenant : d’invariance par difféomorphisme et donc les points de l’espace-temps n’ont pas de réalité physique par eux-mêmes.

Sur ce sujet, citons Aurélien Barrau en complément de l’article du 13/02/2016 : « Le cœur de la théorie d’Einstein, c’est l’invariance de fond : le fait qu’il n’existe plus aucune structure « figée » dans l’Univers, le fait que tout est dynamique et en interaction, le fait que l’espace-temps est un champ comme un autre régi par des lois d’évolution. Cette idée un peu vague (sic) admet une traduction mathématique très rigoureuse qu’on nomme l’invariance par difféomorphisme. »

Je propose, à ce stade de l’article, de citer aussi le point de vue de Marc Lachièze-Rey exprimé dans son livre ‘Au-delà de l’Espace et du temps’, 2003, édit. Le Pommier, p116 : « La covariance est une propriété subtile et fondamentale. Elle est considérée comme la véritable symétrie fondamentale de la relativité générale (Th. Damour, voir ci-dessus, ne fait pas la même analyse). Comme toute symétrie, elle s’exprime sous la forme d’une invariance vis-à-vis de certaines transformations, que les mathématiciens appellent difféomorphisme. Cette invariance permet finalement d’exprimer la théorie en se passant de l’hypothèse d’existence de l’espace-temps. »

On constate que la conception de l’espace-temps, que peuvent avoir les physiciens, virevolte dans tous les sens. Selon mon hypothèse ces tergiversations sont dues au fait qu’il est majoritairement pensé comme l’affirme A. Einstein : « Il existe un réel indépendant de l’homme et une vérité concernant ce réel. » et donc la bonne physique est celle qui évacue la ‘Présence’ de l’être pensant. Ceci est explicitement affirmé par A. Barrau, p123 : « l’Univers apparaît alors comme une collection de champs quantiques en interaction. Il n’y aurait plus aucune « méta structure » sur laquelle ces champs se déploieraient. » Contrairement à ce qui est affirmé, la ‘Présence’ du sujet pensant qui formule les lois de la physique est inéluctable, elle est inexpugnable, et comme le dit succinctement, R. Tagore : « Le monde séparé de nous n’existe pas. » Réfuter l’idée d’éliminer le ‘méta structure’, le ‘fond’ de la ‘Présence’ du sujet pensant résout l’inconstance de la conception de l’espace-temps que nous avons identifiée car c’est cette ‘Présence’ qui fonde l’espace-temps.

Comme je l’ai indiqué dans plusieurs précédents articles les processus de fondation de l’espace et du temps ne sont pas semblables. A propos du temps le processus abstrait de fondation est finalement illustré par mon hypothèse de TpS. Quant à l’espace le processus de fondation est moins abstrait car j’imagine qu’il peut prendre appui sur une matérialité concrète qui permet le déplacement et le repérage physique du bipède que nous sommes devenus (voir article du 21/07/2015 : ‘La seconde naissance de l’homme’), en tous les cas, et depuis cet exemple, penser l’espace et le temps en tant qu’espace-temps est intériorisé.

En guise de conclusion de cet article, je considère qu’il faut abandonner l’ambition affirmée par Einstein que la physique atteint la description du monde réel. Cette ambition est de fait une croyance partagée par une très grande majorité de physiciens que l’on qualifie de ‘Réaliste’. Jamais, dans l’histoire de la connaissance en physique depuis Galilée, cette ambition n’a été confirmée, loin s’en faut. Les étapes significatives de cette histoire ont plutôt correspondu à l’établissement de vérités provisoires. En effet, la science physique est une science suffisamment rigoureuse pour qu’à un moment donné une communauté de scientifiques partage un point de vue commun et un langage (mathématique) commun de représentation. Ces étapes historiques ne durent pas plus que quelques décennies, jusqu’à ce que de nouvelles vérités s’imposent et qui, d’ailleurs, peuvent englober les précédentes. Je fais cette proposition non pas par purisme, ni par souci d’esthétisme, mais par souci d’efficacité. Cette ambition de réalité immédiate provoque une focalisation intellectuelle réductrice qui retarde le recul de l’intelligence collective qui devrait prévaloir dans ce domaine.