Par delà le visible : La réalité du monde physique et la gravité quantique

La nature se comporte avec nous comme ce vieux rabbin chez qui s'était rendus deux hommes pour trancher une querelle. Après avoir écouté le premier, le rabbin dit: "Tu as raison." Le second insiste pour être écouté. Le rabbin l'écoute et lui dit: "Tu as raison toi aussi." Alors la femme du rabbin, qui écoutait depuis une autre pièce, s'écrie: Mais ils ne peuvent pas avoir raison tous les deux!" Le rabbin réfléchit, acquiesce et conclut: "Tu as raison toi aussi." A chaque expérience et à chaque test, la nature continue à dire "Tu as raison" à la relativité générale comme à la mécanique quantique, malgré les thèses opposées sur lesquelles les deux théories semblent être fondées. Il est clair que quelque chose nous échappe encore.

J'ignore si le jeune Einstein avait rencontré le "Paradis" durant ses flâneries intellectuelles italiennes, et si l'imagination effrénée de Dante a eu une influence directe sur son intuition que l'Univers puisse être fini et sans bord. Mais qu'il y ait eu influence directe ou pas, je crois que cet exemple montre combien la grande science et la grande poésie sont toutes deux pareillement visionnaires et qu'elles peuvent parfois parvenir aux mêmes intuitions. Notre culture, qui sépare science et poésie, est stupide, parce qu'elle se rend myope à la complexité et à la beauté du monde, révélées par ces deux disciplines.

Nous ne vivons pas au sein d'un invisible quadrillage rigide; nous sommes plutôt plongés dans un gigantesque mollusque flexible (la métaphore est d'Einstein). Le Soleil courbe l'espace autour de lui, et la Terre ne tourne pas autour de lui parce qu'elle serait attirée par une mystérieuse force à distance, mais parce qu'elle va tout droit dans un espace courbe. Comme une bille qui roule dans un entonnoir: il n'y a pas de forces mystérieuses engendrées par le centre de l'entonnoir, c'est la nature de la courbe des parois qui fait rouler la bille.

En termes techniques, on dit qu'Einstein a compris que la simultanéité absolue n'existe pas: il n'existe pas un ensemble d'évènements dans l'Univers qui existent tous maintenant. Notre "maintenant" n'existe qu'ici. L'ensemble des évènements de l'Univers ne peut pas être décrit correctement comme une succession de présents, l'un suivant l'autre; il a une structure plus complexe.

La puissance de la nouvelle construction intellectuelle newtonienne se révèle immense, au-delà de toute espérance. Toute la technologie du monde de XIXe siècle et de la modernité s'appuie dans une très large mesure sur les formules de Newton. Trois siècles se sont écoulés, mais c'est encore grâce à des théories fondées sur les équations de Newton que nous construisons aujourd'hui des ponts, des trains et des gratte-ciel, des moteurs et des systèmes hydrauliques, que nous savons faire voler des avions, calculer des prévisions météorologiques, prévoir l'existence d'une planète avant de la voir, et que nous envoyons des engins spatiaux sur Mars.

De même qu'en combinant la vingtaine de lettres de l'alphabet de diverses manières on peut obtenir des comédies, des tragédies, des histoires ridicules ou de grands poèmes épiques, de même, en combinant les atomes élémentaires, on obtient le monde dans son infinie variété. La métaphore est de Démocrite.

Depuis toujours... les hommes se sont demandés comment le monde s'est formé, de quoi il est fait, comment il est ordonné, pourquoi se produisent les phénomènes naturels. Depuis des milliers d'années, ils avaient donné des réponses qui se ressemblaient toutes: elles faisaient référence à des histoires compliquées d'esprits, de dieux, d'animaux imaginaires et mythologiques, et d'autres choses de ce genre. Des tablettes de caractères cunéiformes aux anciens textes chinois, des écrits en hiéroglyphes aux mythes sioux, des plus anciens textes indiens à la Bible... c'est tout un flot coloré - mais au fond assez ennuyeux - de serpents à plumes ou de vaches sacrées, de dieux irascibles, querelleurs ou aimables, qui créent le monde en soufflant sur les abysses, en disant "fiat lux" ou en sortant d'un œuf de pierre.

La brume commence à se dissiper vers la fin des années 1980. De manière surprenante, quelques solutions de l'équation de Wheeler-DeWitt apparaissent. Suivent une période de discussions intenses et un grand bouillonnement intellectuel. Ces années-là, je me trouvais d'abord à l'Université de Syracuse, dans l’État de New-York, en visite auprès du physicien indien Abhay Ashtekar, puis à l'Université Yale, dans le Connecticut, en visite auprès du physicien américain Lee Smolin. Ashketar avait contribué à réécrire l'équation de Wheeler-DeWitt sous une forme plus simple, et Smolin, avec Ted Jacobson, de l'Université du Maryland à Washington, comptait parmi les premiers à avoir entrevu ces étranges solutions de l'équation.
Ces solutions avaient une particularité : elles dépendaient de "lignes fermées" dans l'espace. Une ligne fermée est une boucle. On parvenait à écrire une solution de l'équation de Wheeler-DeWitt pour chaque ligne fermée sur elle-même. Qu'est-ce que cela signifiait ? C'est ainsi dans un climat de grand enthousiasme que sont nés les premiers travaux de ce qui allait devenir la théorie de la "gravité quantique à boucles". Le sens de ces solutions de l'équation de Wheeler-DeWitt s'éclaircit, et sur ces solutions s'élabora peu à peu une théorie cohérente qui, à partir des premières solutions construites, pris le nom de « théorie des boucles ».

Nous sommes en train de compter les grains d'espace dont le cosmos est formé. Un cosmos immense mais fini.
La seule chose vraiment infinie, c'est notre ignorance.