Y a-t-il des univers parallèles ?

Everett, Graham et DeWitt proposent alors une solution radicale: lors de la mesure il n’y a pas réduction à une seule possibilité mais division de l’ensemble quanton+appareil de mesure en deux ensembles, c’est à dire création de deux univers, l’un où le spin du proton est positif et l’autre où il est négatif. Comme le résultat indiqué par l’appareil de mesure peut être regardé par des observateurs, il y a aussi dédoublement de ces observateurs.

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Dernier groupe de physiciens: ceux qui ont développé la théorie des univers parallèles. Ce groupe est aussi très restreint. La théorie remonte à l’américian Hugh Everett (1957), qui a tout de suite été soutenu par John Wheeler. Mais Wheeler, américain lui-aussi, dont la spécialité est de proposer des hypothèses physiques les plus fantastiques, n’a vraissemblablement soutenu cette théorie que parce qu’il avait été battu sur son propre terrain, et il est passé ensuite à des tentatives d’interprétation géométrique, dont le principe est de remplacer la géométrie visible de l’univers, à trois dimensions plus une de temps, par des géométries invisibles beaucoup plus compliquées – et donc encore une fois à remettre en cause la notion d’espace ou d’espace-temps. Le relève de Wheeler en ce qui concerne les univers parallèles a été prise en 1970 par les américains Neill Graham et Bryce DeWitt, et les trois noms couramment associés à cette thèse sont donc ceux d’Everett, Graham et DeWitt.

Le problème que cherchent à résoudre ces trois physiciens est essentiellement celui de la réduction du paquet d’ondes, que nous avons exposé dans les cinquième et sixième chapitres. Rappelons-en brièvement les termes. Un quanton que l’on veut mesurer est représenté par une fonction d’onde obéissant à l‘équation de Schrödinger; l’appareil de mesure, composé d’une multitude de quantons, est également représenté par une fonction d’onde, beaucoup plus compliquée, obéissant à la même équation (cette équation cependant n’a pas la même forme pour le quanton et pour l’appareil de mesure). Chacune de ces deux fonctions décrit un ensemble de possibilités relatives à la caractéristique que l’on veut mesurer. Lors de la mesure, le quanton interagit avec l’appareil, et l’ensemble est représenté par une fonction d’onde encore un peu plus compliquée, obéissant à l‘équation de Schrödinger. Or rien apparemment dans cette équation n’oblige la fonction d’onde à se réduire à l’une despossibilités qu’elle décrit. Supposons par exemple que l’on veuille mesurer le spin d’un proton (ou plus précisément la composante du spin suivant une direction donnée). Avant la mesure, ce spin est indéterminé, et la fonction d’onde du proton contient deux possibilités. Comment se fait-il qu’après la mesure, l’aiguille indicatrice de l’appareil de mesure indique une valeur du spin et une seule, puisque selon l‘équation de Schrödinger les deux possibilités doivent subsister? Il faut donc admettre que l‘équation de Schrödinger est violée, cesse d‘être valable lors d’un phénomène appelé «Â réduction du paquet d’ondes », pour reprendre ses droits ensuite. D’où les tentatives d’explication idéaliste (Wigner) ou matérialiste (Belifante, Cini, etc.) du phénomène de la mesure.

Everett, Graham et DeWitt proposent alors une solution radicale: lors de la mesure il n’y a pas réduction à une seule possibilité mais division de l’ensemble quanton+appareil de mesure en deux ensembles, c’est à dire création de deux univers, l’un où le spin du proton est positif et l’autre où il est négatif. Comme le résultat indiqué par l’appareil de mesure peut être regardé par des observateurs, il y a aussi dédoublement de ces observateurs. Everett, Graham et DeWitt précisent bien que la conscience n’a rien à voir là-dedans; les observateurs (vous et nous) sont de simples automates qui ne se rendent pas compte de leurs dédoublements successifs (ou détriplements, déquadruplements, etc., s’il y a plus de deux possibilités) lors de toutes les opérations de mesure qui sont réalisées dans l’univers, ou lors de tous les phénomènes naturels présentant les même caractéristiques matérielles que les opérations de mesure. Il s’ensuit que cette théorie doit être considérée comme une théorie matérialiste, la plus extravagante de toutes probablement.

Bien qu’elle ait été conçue en fonction du paradoxe du chat de Schrödinger, c’est-à-dire pour résoudre le problème de la mesure, la théorie des univers parallèles donne une explication relativement économe en «Â branches d’univers » du paradoxe d’Einstein-Podolsky-Rosen. Considérons le cas simples de deux protons de spins opposés qui s‘éloignent l’un de l’autre en se dirigeant vers deux appareils de mesure d’orientations parallèles, et supposons que l’appareil 1 fonctionne en premier. Alors l’univers de scinde en deux branches, l’une où le résultat de la mesure de cet appareil est +1, et l’autre où ce résultat est -1. Mais puisque les spins sont forcément opposés, une mesure effectuée avec l’appareil 2 donnera automatiquement -1 dans la première branche d’univers et +1 dans la seconde, c’est-à-dire que cette nouvelle mesure ne conduira pas à une nouvelle scission en branches parallèles. Il y a une seule scission relative à l’ensemble formé par les deux protons, d’où deux branches d’univers, et non pas une scission pour le proton mesuré en premier puis une scission pour le second, ce qui aurait conduit à quatre branches d’univers.

Malgré ses aspects évidemment fantastiques, cette théorie repose sur une base mathématique qui n’est pas dépourvue de solidité. L’univers réel global est représenté par une seule fonction d’onde d’une complexité gigantesque, qui n’est jamais «Â réduite » mais se scinde sans arrêt en branches dont chacune représente l’univers tel que nous le concevons. Les mathématiques de cette fonction d’onde globale sont telles que les différentes branches ne peuvent interagir, si bien que nous n’avons pas conscience de l’existence des autres branches (et donc des autres nous-mêmes). Elles sont telles également que dans chaque branche jouent les lois habituelles de la physique quantique, y compris la réduction du paquet d’ondes, ce qui explique les difficultés que nous rencontrons lorsque nous voulons expliquer notre branche sans tenir compte des autres.

Après avoir suscité beaucoup d’intérêt et de controverses au début des années soixante-dix, cette théorie semble un peu tombée en désuétude. On entend plus guère parler d’Everett et de Graham. Quant à DeWitt, il s’est orienté comme Wheeler vers des tentatives d’interprétation géométriques de la physique quantique. D’une manière générale les physiciens n’aiment pas le superflu, et la «Â surabondance d’univers » les heurte au moins autant que le vide plein cher à Vigier. Mais bien qu’il n’y ait apparemment plus de travaux sur cette théorie des univers parallèles, elle figure désormais dans presque tous les livres traitant de la physique quantique, en raison de sa profonde originalité et du fait qu’il est aussi difficile de la réfuter que d’y souscrire. On n’y croit pas, mais on l’admire.

Remise en cause de l’espace et du temps, univers parallèles: vous avez dit bizarre ?

Sven Ortoli, Jean-Pierre Pharabod, Le cantique des quantiques.

Peut-on remonter le cours du temps ?

Quelle est plus précisément cette hypthèse? Elle consiste à interpréter le paradoxe de EPR de la façon suivante: ce que nous appelons un quanton (un photon par exemple) est formé par la combinaison d’une onde “retardée”, qui parcourt le temps dans le sens habituel, et d’une onde “avancée”, qui remonte le cours du temps.


Le temps va du présent au passé.

Dogen-zenji dit: “Le temps va du présent au passé.” Ceci est basurde, mais dans votre pratique, c’est parfois vrai. Au lieu de progresser du passé au présent,le temps remonte du présent au passé. Yoshitsuné était un célèbre guerrier du Japon médiéval. A cause de la situation du pays à cette époque, il fut envoyé dans les provinces du Nord, où il fut tué. Avant de partir, il dit adieu à son épouse, et, peu après, elle écrivit un poème: “Comme on déroule le fil d’une bobine, je veux voir le passé devenir présent.”
Dans son esprit le passé devenait vivant et il était bien le présent. Ainsi, comme le dit Dogen: “Le temps va du présent au passé.” Dans notre esprit logique, ceci n’est pas vrai, mais ceci l’est dans l’effective expérience de transformation du passé en présent. Là nous avons la poésie, et là nous avons la vie humaine.
Quand nous faisons l’expérience de cette sorte de vérité, cela veut dire que nous avons trouvé la vraie signification du temps. Le temps passe constamment du passé au présent, et du présent à l’avenir. Ceci est vrai, mais il est vrai aussi que le temps va de l’avenir au présent et du présent au passé. Un maître zen dit autrefois: “Faire un kilomètre à l’est, c’est faire un kilomètre à l’ouest.” Ceci est la liberté essentielle. Nous devrions acquérir cette liberté parfaite.

Shunryu Suzuki, Esprit zen, esprit neuf.

Peut-on remonter le cours du temps ?

Un second groupe de physiciens, très restreint d’ailleurs puisqu‘à notre connaissance il n’est composé que de trois personnes, ne remet pas en cause la notion d’espace, mais uniquement celle du temps, par le fait qu’il admet que le temps peut être parcouru dans les deux sens. Ces physiciens sont le français Costa de Beauregard (idéaliste) et les américains Cramer et Davidon (matérialistes): là encore les différences de philosophie n’interdisent pas une entente sur les bases de la physique.
Le plus connu est indiscutablement Olivier Costa de Beauregard, qui a le premier émis cette hypothèse dès 1947 en présence de Louis de Broglie, lequel n’a pas tardé à la trouver “littéralement folle”. Costa de Beauregard a publié son hypothèse en 1953, puis quand le paradoxe EPR est revenu à la mode, a reçu le renfort de Davidon en 1976 et celui de Cramer en 1980.
Quelle est plus précisément cette hypthèse? Elle consiste à interpréter le paradoxe de EPR de la façon suivante: ce que nous appelons un quanton (un photon par exemple) est formé par la combinaison d’une onde “retardée”, qui parcourt le temps dans le sens habituel, et d’une onde “avancée”, qui remonte le cours du temps. Dans l’expérience d’Aspect, les deux photons sont émis par la source sous forme d’ondes retardées à un temps que nous prendrons pour origine, soit donc au temps t=0. Le photon 1 atteint l’appareil de mesure au temps t 1, sa polarisation est alors fixée; l’appareil 1 émet alors une onde avancée qui remonte le temps pour retrouver au temps 0 le photon 2 à la source; elle peut à ce moment communiquer au photon 2 la polarisation que celui-ci doit avoir pour que les lois quantiques soient vérifiées :

graphe3

Ce schéma fonctionne aussi bien si l’on considère que le photon 2 a été mesuré en premier.

Comme, selon la relativité, le photon qui est mesuré “en premier” n’est pas le même pour différents observateurs en déplacement les uns par rapport aux autres, il se pose un problème dans le cas de l’expérience d’Aspect et des expériences analogues: on dit que la mesure effectuée “en premier” agit également sur “l’autre quanton”, mais quelle est la mesure effectuée en premier si le temps est relatif? L’interprétation de Costa de Beauregard a le mérite de régler ce problème.
Costa de Beauregard adopte le point de vue de Wigner en ce qui concerne la “réduction du paquet d’ondes”“. Il pense que la polarisation du photon n’est fixée que si un observateur voit le résultat de la mesure: comme les ondes avancées remontent le cours du temps, cela permet à l’observateur d’agir effectivement au temps t 1 (ou t 2 pour le photon 2), et donc finalement au temps 0. Davidon et Cramer rejettent cette interprétation idéaliste, et pensent que c’est le fait de rencontrer un appareil de mesure (et plus généralement, selon Cramer, un “absorbeur”) qui force le quanton 1 à se déterminer, “puis” sa partie onde avancée à remonter le cours du temps pour informer le quanton 2 de son état. Cramer a essayé d‘ébaucher une théorie quantique relativiste fondée sur cette hypothèse, à l’aide d’une ancienne idée de John Wheeler et Richard Feynman.
Il se trouve que certains modèles de la théorie quantique relativiste du champs font aussi appel à un renversement du sens du temps. Voyons un peu plus en détail de quoi il s’agit.
Comme la théorie développée par Heisenberg en 1925, cette théorie fait intervenir des matrices, ce que l’on appelle dans ce cas matrices de diffusion. Ces matrices permettent de prévoir les probabilités de passage d’un système de particules-quantons à un système de particules, lorsque les particules du premier système entrent en collision, ou subissent une perturbation due à un champs de forces (nous remplaçons provisoirement l’appellation quanton par l’appellation particule, car la discipline qui s’occupe de ces phénomènes s’appelle physique des particules élémentaires). Le second système peut contenir des particules nouvelles créées dans l’interaction, alors que certaines au moins des particules initiales peuvent avoir disparu. Les matrices de diffusion sont horriblement compliquées et contiennent, entre autres, des termes qui expriment l’annihilation de certaines particules et la création d’autres particules. En 1949, le célère physicien américain Richard Feynman (prix Nobel en 1965) a proposé une méthode de calcul permettant de calculer plus facilement les termes de ces matrices, à l’aide de diagrammes ou graphes sur lesquels on place ensuite des formules établies une fois pour toutes. Or dans certains cas ces graphes comprennent de portions où le temps est parcouru à l’envers!
Donnons ici un exemple simplifié souvent exposé par Feynman lui-même. Un électron qui se déplace librement dans le vide pénètre tout à coup dans une zone restreinte de l’espace, une sorte de boîte, où règne un fort champs électromagnétique. Sa trajectoire va se trouver modifiée suivant le dessin ci-après, où l’axe Ox représente schématiquement la direction du mouvement (l’espace si on veut), et l’axe Ot le temps :

graphe1

Mais pour calculer correctement le terme correspondant de la matrice de diffusion, il faut ajouter la contribution d’un autre phénomène que l’on représente ainsi:

graphe2

L’interprétation conventionnelle de ce phénomène est la suivante: en B sont créés un second électron qui sort de la boîte, et un positon (électron positif) qui se dirige vers A où il va s’annihiler avec le premier électron. Mais le calcul de cette contribution, pour donner le bon résultat, doit être fait avec l’interprétation suivante: le premier électron arrive en A au temps t 2, “puis” remonte le temps jusqu’au point B qu’il atteint au temps t 1 plus petit que t 2, enfin sort de la boîte. Le positon est assimilé à un électron qui remonte le cours du temps!
Y a-til quelque chose de physique, de réel, dans ce mode de calcul? Dans son premier article, Feynman avait clairement soutenu l’interprétation réaliste de sa proposition, mais il semble revenu à des propositions plus prudentes. Les avis des spécialistes sont partagés. Selon Jach et Rohrlich, seule la somme des deux contributions compte, et “la séparation en diagrammes indiviuels, bien qu’extrêmement utile, n’a en général pas de sens physique”. Selon ‘t Hooft et Veltman au contraire, “les graphes de Feynman contiennent plus de vérité que le formalisme sous-jacent”.
Quoi qu’il en soit, Costa de Beauregard s’appuie sur cette particularité des graphes de Feynman pour justifier son interprétation du paradoxe EPR. En tout cas, portant sur un mode de calcul inhabituel qui consiste à remonter le cours du temps, l’analogie est troublante.
Le principal handicap de cette interprétation par remise en cause de la notion de temps est peut-être qu’elle a été proposée par Olivier Costa de Beauregard. Car Costa de Beauregard est un fervent partisan de la parapsychologie, qui ne fait pas mystère de ses opinions, et du coup les autres physiciens qui pourraient être tentés par son interprétation ont peur de passer pour des illuminés. Pourtant, l’interprétation en question n’a peut-être aucun rapport avec la parapsychologie, et comme nous l’avons vu est défendue aux Etats-Unis par d’authentiques matérialistes. C’est le fait d’admettre la réduction du paquet d’ondes par la conscience de l’observateur qui permet à Costa de Beauregard de faire un lien avec la parapsychologie, et même de se servir de cette discipline (si l’on peut dire) pour expliquer la physique quantique. Si l’on rejette cette façon de voir la réduction du paquet d’ondees, on ne trouve dans les idées de Costa de Beauregard qu’une explication matérialiste parmi d’autres.

Sven Ortoli, Jean-Pierre Pharabod, Le cantique des quantiques.