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Multivers

ensemble de tous les univers possibles
Page d'aide sur l'homonymie Cet article concerne le multivers en sciences. Pour ce concept dans la fiction, voir Multivers dans la fiction.
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Dans le domaine des sciences, le multivers désigne l'ensemble des univers possibles dans une théorie physique donnée.

HistoriqueModifier

L'idée d'univers multiples se rencontre pour la première fois chez le philosophe grec Anaximandre[1] (VIe siècle av. J.-C.).

Nicolas de Cues (Docte Ignorance, 1440) ainsi que Giordano Bruno[a] (L'Infini, l'univers et les mondes, 1584) « évoquent des mondes distincts les uns des autres[3]. » Toutefois, Bruno ne concevait pas l'existence d'une multitude d'univers mais soutenait plutôt que l'univers était infini et dépourvu de centre, incluant une multitude de mondes centrés sur leur étoile. Pour lui, ces mondes n'étaient accessibles et visibles que pour leurs habitants, idée qui sera reprise près de quatre siècles plus tard dans la notion d' « univers multiples ». Au début du XVIIIe siècle, Le philosophe Leibniz propose une théorie des « mondes possibles », dans un contexte théologique. Il développe l'idée que Dieu en son entendement conçoit d’autres mondes possibles, parmi lesquels il a choisi le meilleur, qui est le nôtre[4].

À partir des années 1930, il existe deux nouvelles grandes théories physiques déjà bien établies : d'un côté, la relativité générale, qui décrit le comportement de la matière à l'échelle cosmique, ainsi que le mécanisme de la gravité, et de l'autre, les hypothèses et les théories de la physique quantique, qui décrivent le comportement des particules atomiques et subatomiques, ainsi que les forces s'exerçant à cette échelle (électromagnétisme, force nucléaire forte et force nucléaire faible). Le problème qui s'est posé alors à des physiciens comme Einstein, Niels Bohr ou Schrödinger a été celui du rapprochement de ces deux types de théories qui prétendaient chacune proposer une conception valide du comportement de l'univers tout en entier. Or, à l'échelle cosmique, comme à l'échelle macroscopique, la nature semble ne pas pouvoir être comprise à partir des mêmes règles que celles qui décrivent le comportement des particules élémentaires, à l'échelle subatomique.

Points de départ : mécanique quantique et cosmologieModifier

La « théorie des mondes multiples » présentée et développée dans les années 1950 par le physicien américain Hugh Everett[5] constitue une tentative de résolution du problème de la superposition des états quantiques (cf. le chat de Schrödinger). Elle suppose que notre monde coexiste avec de nombreux autres univers, qui se divisent continuellement en univers divergents, différents et inaccessibles entre eux. D'après Everett, chaque monde contient une version unique de chaque personne (chaque observateur) qui vit une situation différente au même moment du temps.

Indépendamment, en cosmologie, les recherches à propos de l'inflation cosmique ont amené le physicien russo-américain Andreï Linde (né en 1948) à supposer l'existence d'une « inflation éternelle », qui n'a ni début ni fin. Selon cette théorie, il se peut qu'il y ait un nombre infini d' « univers bulles » produits de cette manière, sans connexions les uns avec les autres, ou de façon très marginale[6]. Dans ce cas, il n'y a aucune raison de penser que les lois de la physique soient les mêmes dans chaque univers, et il existerait ainsi bien plus d'univers que d'univers concevables par nous.

DéfinitionsModifier

Tout d'abord, ainsi que le souligne Leonard Susskind[7], d’autres termes que multivers ont été proposés pour nommer la notion d’une multitude d’univers. Par exemple : megavers, plurivers. Mais multivers est celui qui semble s’être définitivement imposé.

Pour bien comprendre de quoi on parle, le physicien et philosophe Aurélien Barrau[8] propose d'abord et avant tout une définition de l'univers, par rapport à l'hypothèse des univers multiples ou multivers[9]:

« Le concept d’Univers est ici utilisé suivant la pratique usuelle en cosmologie physique. Il ne réfère pas à l’universum, c’est-à-dire à la totalité, au « tout entier » (auquel cas la notion d’univers multiples serait une contradiction dans les termes), mais à l’ensemble de ce qui a pu exercer une influence sur un point donné. Notre univers est ainsi une sphère centrée sur la Terre et dont le rayon est de l’ordre de 45 milliards d’années-lumière. »

Approche scientifiqueModifier

Si son existence ne prête pas à la critique en tant qu'abstraction, des physiciens quantiques comme David Deutsch le créditent d'une existence réelle et affirment que cette notion explique de façon simple et intuitive, bien qu'audacieuse, des phénomènes autrement mal interprétables. S'il faut distinguer la contrafactualité en physique de la contrafactualité logique, des métaphysiciens tels que David Lewis soutiennent aussi l'existence réelle des mondes possibles. Il faut en rapprocher le « principe de fécondité » du philosophe américain Robert Nozick[10].

Le cosmologiste américain Max Tegmark[11] a établi une classification des différentes théories de multivers possibles selon quatre niveaux[12].

  1. Le premier niveau conçoit qu’au sein même de notre unique univers, on peut concevoir une multitude d’univers dont nous n’avons pas la connaissance puisqu’ils excèdent notre horizon cosmologique, lequel correspond à la limite d'où aucun signal, de quelque nature que ce soit, ne peut être reçu du fait du caractère fini de la vitesse de la lumière et de l'expansion de l'univers[13]. Il ne s’agit pas en fait d’univers réellement distincts, mais comme autant d’univers définis par les observateurs qui en occupent le centre, et séparés les uns des autres par des distances qui excèdent les horizons cosmologiques propres à chaque univers. Dans ce multivers, les lois physiques internes à chaque univers demeurent évidemment les mêmes.
  2. Le second niveau est le multivers issu de la théorie de l’inflation d’Alan Guth, complétée par Andreï Linde. De multiples univers coexistent, chacun issu de son propre Big Bang[14]. À la différence du multivers de niveau 1, ces multivers peuvent avoir des lois physiques différentes. Voir Gabriele Veneziano. Ainsi le physicien Leonard Susskind parle de « paysage » cosmique[7] : il entend par là qu’existe comme un paysage embrassant de multiples possibilités d’univers, avec des constantes fondamentales et des lois physiques différentes. On parle de « mousse d'univers » ou de multivers en « bulles de champagne », parce qu'à tout moment apparaissent des univers, qui vont se déployer puis disparaître, comme des bulles. Il faudrait rattacher à ce second niveau la conception du multivers telle que la propose la théorie des branes issue de la théorie des cordes ; dans cette théorie, il est possible qu'une infinité d'univers à quatre dimensions coexistent sur des branes différentes, de la même façon que des pages d'un livre coexistent sans intersection, les forces fondamentales ne s'exerçant qu'au sein d'une même brane. Si la gravitation constitue l'exception, il serait possible, théoriquement, de détecter les autres univers par cette interaction.
  3. Le multivers de niveau 3 est celui d'Hugh Everett, où l'univers (ainsi que l'observateur lui-même) fourche à chaque observation d'état quantique sans que les lois fondamentales en soient changées. Cette interprétation offre une solution au problème de la mesure (illustré par le paradoxe du chat de Schrödinger). Cependant, le nom d'« univers multiples » associé parfois à cette théorie est trompeur : dans l'interprétation d'Everett, il n'y a jamais qu'un seul univers, qui se scinde en plusieurs portions ne pouvant guère interagir les unes avec les autres (sauf cas particulier comme les fentes de Young) en raison du phénomène de décohérence quantique. Les conséquences macroscopiques de l'existence de ces différentes portions sont encore aujourd'hui impossibles à mesurer. Quant aux termes « univers parallèles », ils sont ici impropres, tous ces univers ayant par construction un point commun dans le temps (à moins d'admettre le sous-entendu implicite à partir du point de scission). Ce multivers de niveau 3 tel que le propose Everett est un multivers totalement différent des précédents, puisque qu’inclus au sein d’un espace appelé espace de Hilbert de dimension infinie.
  4. Enfin, le multivers de niveau 4 contient la notion de multivers constitué de structures mathématiques variées[15], c'est-à-dire l’hypothèse d' univers qui ne seraient que mathématiques (l’hypothèse de l’univers mathématique (en)). Il n’y a pas de matière « solide » ultime, mais seulement des rapports mathématiques qui engendrent la réalité[16].

Si plusieurs physiciens, comme David Deutsch, s'emploient à trouver des moyens de confirmer ou d'infirmer cette existence du multivers[17], la littérature de science-fiction y avait très tôt trouvé un vaste thème à exploiter, souvent combiné avec celui du voyage temporel.

Un modèle explicatifModifier

En physique, l'hypothèse du multivers (appelé aussi « univers multiples ») est un modèle cosmologique dont l'une des fonctions est de résoudre le problème de la mesure quantique, dans le cadre de la physique des particules élémentaires. Ce modèle s'inscrit dans un programme d'unification des deux grandes théories de la physique : la relativité générale et la mécanique quantique.

Une solution au mystère de la dualité onde-corpusculeModifier

L'hypothèse des mondes multiples a aussi été invoquée pour résoudre un problème classique de la physique théorique: la lumière est-elle une onde, ou un faisceau de particules ? Depuis Einstein, on pense qu'elle est faite de particules (appelées photons), mais dans certaines expériences, elle se comporte comme une onde. Si on fait passer un rayon de lumière à travers deux fentes, on n'obtient pas l'image correspondant à la conception de la lumière comme faisceau de particules, mais l'image correspondant à la théorie de l'onde. Comment résoudre le problème sans renoncer à l'idée de particules ? D'après le physicien David Deutsch, dans The Structure of the Multiverse (2002), la postulation de mondes parallèles nous permet non seulement de décrire, mais encore d'expliquer les résultats de l'expérience des deux fentes. L'image en forme d'onde créée par les photons est due à un effet d'interférence en provenance de mondes parallèles. Quand le photon passe par une fente, il entre en collision avec un photon invisible (pour nous) qui appartient à un autre monde, et cette collision change sa trajectoire. Selon Deutsch, chaque photon visible dans notre monde possède une réplique invisible dans un autre monde.

Un modèle d'explication de la superposition des états quantiquesModifier

Pour décrire et prédire le comportement d'une particule élémentaire, tout ce qu'on peut faire c'est calculer la probabilité selon laquelle une des possibilités d'entrer dans un certain état sera réalisée. La somme des probabilités s'appelle la fonction d'onde de la particule, et elle est calculée pour l'électron par la fameuse équation de Schrödinger. Selon l'interprétation dite de Copenhague, l'électron se trouve simultanément dans toutes les positions décrites par l'équation, dans ce qu'on appelle une superposition d'états, jusqu'au moment où on essaie de l'observer. À cet instant-là, la fonction d'onde s'effondre, et on trouve l'électron dans une position déterminée.
Pour les avocats de l'idée des univers parallèles, comme Everett, il n'y a pas d'effondrement de la fonction d'onde. Toutes les possibilités sont réalisées, mais chacune dans un monde différent. Dans cette interprétation, chaque fois qu'une particule produit une fonction d'onde, cette particule engendre un monde parallèle pour chaque trajet possible. Les possibilités décrites par l'équation de Schrödinger sont donc plus que des possibilités, ce sont des réalités, car chacune de ces possibilités est actualisée dans un monde particulier. Cette hypothèse présupposerait qu'à chaque instant une multitude de « mondes » vient à l'existence, et que ces mondes prolifèrent de manière absolument incalculable. Il y aurait, par conséquent, une multitude d'observateurs dont chacun d'eux se retrouverait dans un « monde » qui lui est spécifique, correspondant à la décohérence quantique relative à un observateur considéré[C'est-à-dire ?].

Une réponse à l'énigme du principe anthropiqueModifier

Certains modèles du multivers peuvent expliquer les énigmes de la cosmologie associées à ce qu'il est désormais convenu d'appeler le principe anthropique, principe selon lequel les paramètres physiques originels de l'univers ont été très finement réglés afin de rendre possible la vie et la conscience sur au moins une planète. Si, en effet, il existe des univers dans lesquels chaque éventualité se produit, on peut admettre alors qu'il existe au moins un univers où l'éventualité de l'existence d'êtres vivants et conscients, comme nous, a pu se produire. C'est cette fonction explicative du multivers qui a été la plus médiatisée, car elle répond aux attentes d'un certain public qui est en demande d'une explication rationnelle de l'émergence de la vie « intelligente » sur Terre qui soit compatible avec toutes les données scientifiques.

Notes et référencesModifier

NotesModifier

  1. « Giordano Bruno, philosophe italien de la deuxième moitié du XVIe siècle, a notamment montré la pertinence du concept d'univers infini. Son propos éminemment subversif lui a valu d'être brûlé vif[2]. »

RéférencesModifier

  1. Barrau 2014.
  2. Barrau 2013, Notes et références bibliographiques [32], p. 136.
  3. Barrau 2013, Plurivers locaux, p. 122.
  4. G.W. Leibniz, Essais de Théodicée sur la bonté de Dieu, la liberté de l'homme et l'origine du mal, 1710.
  5. Hugh Everett, Reviews of Modern Physics, 29, 1957, p. 454
  6. Cf. David Deutsch, L'étoffe de la réalité (1997), Paris, Cassini, 2003
  7. a et b Leonard Susskind, The Cosmic Landscape, String Theory and the Illusion of Intelligent Design, Little, Brown and Company, 2005
  8. Aurélien Barrau est également maître de conférence à l’université Grenoble-Alpes et au Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de Grenoble (CNRS), membre de l’Institut Universitaire de France.
  9. Barrau 2008.
  10. Robert Nozick, Philosophical Explanations, Chapitre 2, § Fecundity, Harvard University Press. Cambridge, Massachusetts, 1994.
  11. http://space.mit.edu/home/tegmark/index.html
  12. https://www.pourlascience.fr/sd/astronomie/de-lunivers-au-multivers-5113.php
  13. horizon cosmologique
  14. Planck a-t-il vu des traces du multivers éternel ?
  15. La Recherche, Dossier spécial « Qu’est-ce que le réel », juillet août 2014, no 489, p. 24
  16. https://www.pourlascience.fr/sd/mathematiques/l'univers-est-il-mathematique-2176.php?login_success=1
  17. David Deutsch, The Fabric of Reality.

Voir aussiModifier

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BibliographieModifier

  • Jean-François Becquaert, Le Sahara vient des étoiles bleues, Fayard, 2015 (Tableau des multivers).
  • Aurélien Barrau, « Des univers multiples ? », La Vie des idées,‎ (ISSN 2105-3030, lire en ligne) Consulté le 2015-05-28  
  • Aurélien Barrau, « Le Multivers », dans Big bang et au-delà : balade en cosmologie, Dunod, coll. « Quai des sciences », (ISBN 978-2-10-058916-6), p. 119-130
  • Aurélien Barrau, « Multivers », sur Encyclopædia Universalis (en ligne), Encyclopaedia Universalis, (frais de consultation requis) Consulté le 2015-05-28.  
  • Aurélien Barrau, « Les lois de la physique mènent-elles aux multivers ? : Propos recueillis par Hélène Le Meur », sur La Recherche (en ligne), La Recherche, .  
  • Aurélien Barrau et al., Multivers mondes possibles de l'astrophysique, de la philosophie et de l'imaginaire, Montreuil, La Ville brûle, (ISBN 978-2-360-12013-0, OCLC 694059215).
  • Martin Bojowald, L'univers en rebond : Avant le big bang, Paris, Albin Michel,
  • Guillaume Duprat, Univers des mondes grecs aux multivers, Paris, Saltimbanque éditions,
  • Brian Greene, La réalité cachée : Les univers parallèles et les lois du cosmos, Paris, Robert Laffont,
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  • Leonard Susskind (trad. de l'anglais par Bella Arman), Le paysage cosmique : notre univers en cacherait-il des millions d'autres, Paris, Gallimard, coll. « Folio / essais » (no 510), , 628 p. (ISBN 978-2-070-35572-3, OCLC 354046140).
  • Max Tegmark (trad. de l'anglais par Benoît Clenet), Notre univers mathématique : en quête de la nature ultime du réel, Malakoff, Dunod, , 669 p. (ISBN 978-2-100-77981-9, OCLC 1042277901).

Articles connexesModifier

Liens externesModifier