Au croisement des univers parallèles

Michel Cassé, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) – Université Paris-Saclay

Triomphante, la physique quantique exhibe ses trophées : lasers, aimants supraconducteurs, mais aussi, dans le cosmos, naines blanches, étoiles à neutrons, vide doté d’énergie et non des moindres. Le Soleil lui-même est un astre quantique, les réactions nucléaires dans l’univers âgé d’une seconde procèdent à travers lui, et plus avant encore l’inflation cosmologique, motorisée par un champ quantique à gravité répulsive dit inflaton, dont les frissons, la chair de poule ou fluctuations quantiques sont espérances de galaxies.

Les premières frissons du monde

Les taches de rousseur sur le visage de jeune fille de l’Univers suggèrent des variations de densité dans son enfance. Elles peuvent expliquer la formation des premières structures cosmiques. Grâce à l’image que les scientifiques ont créée – le fonds diffus cosmologique – on peut voir s’extraire les premières formes d’un substrat indifférencié. Elles émanent des fluctuations quantiques d’une entité primordiale transparente que l’on peut appeler (faux) Vide : faux, parce que regorgeant d’énergie.

La mécanique quantique a, de toute évidence, valeur universelle. Aussi, il est naturel de pousser ses conséquences jusqu’au bout. « Grand gossier » : qui l’avale ingurgite par la même occasion la notion de Plurivers : comprendre que l’on voit poindre à l’horizon cosmologique une foule d’Univers. En effet, l’unicité n’est pas de mise en pays quantique. L’unité de base est probabilité, exprimée par Ψ2 (le module carré de la fonction d’onde). Le grand défi est alors, pour les physiciens quantiques, d’écrire la fonction d’onde de l’Univers et son évolution. Il y a donc probabilité d’Univers et donc distribution de probabilité de cosmos : en vérité, création hasardeuse de multiples cosmos.

Le faux vide, élément créateur

Le cosmologue penche tout naturellement du côté d’Everett, de sa vision des mondes multiples et de sa division du sujet observant (autant de « je » que de branches de Ψ), en autant de copies que d’alternative de choix. À chaque événement quantique dichotomique (oui/non) la fonction d’onde se divise en deux et l’univers un en deux univers parallèles, un qui dit oui, l’autre qui dit non. Ainsi l’histoire se ramifie.

La théorie d’Everett est dispendieuse en Univers, mais elle est économe en équations. Elle efface la laideur du « collapsus » (en anglais, wave function collapse, ou réduction de l’onde) et son caractère arbitraire, instantané et incompréhensible et inadmissible par les adeptes de la relativité restreinte, qui nient l’interaction instantanée à distance : spooky, dixit Einstein.

La seule équation qui vaille est celle de Schrödinger, intégralement déterministe.

Ainsi Everett balaie d’un revers de main l’indéterminisme, l’acosmisme (il n’y a pas de monde quantique, selon Niels Bohr) et la laideur du collapsus de Ψ reprochés à l’école de Copenhague.

Mais la théorie des mondes multiples (parallèles en l’occurrence) sachant que tout se produit avec certitude, une chose et son contraire, est en délicatesse avec les probabilités. La notion même devient subtile : l’incertitude provient du fait qu’on n’est pas très sûr de savoir sur quelle branche de l’histoire on est. C’est un point délicat que je ne suis pas sûr, moi-même et mes avatars, d’avoir bien compris.

Allez consulter Deutsch et Wallace, ils vous en diront bien d’avantage, mais armez-vous de courage, le chemin vers le Plurivers est pentu et chaotique.

Ainsi est-on enclin à ouvrir la porte à la cosmologie quantique, quelque peu hésitante, mais qui voit résolument d’un mauvais œil l’école de Copenhague avec sa propension à surestimer l’observateur, déclencheur du collapsus de la fonction d’onde. En vérité, le monde fut longtemps sans personne pour l’observer, ni le moindre animal et le soleil brille la nuit sur l’autre face de la terre et ne cesse d’exister quand on ne l’observe pas.

L’aspirant cosmologue quantique souscrit donc à la vision d’Everett qui se prête à merveille à l’univers dans son ensemble, avec un recul d’effroi cependant, lorsqu’il voit les Univers se multiplier comme des lapins.

Mais à peine Everett célébré, il faut déjà le quitter : ses univers parallèles ne sont que des vues de l’esprit, car Ψ, la fonction d’onde est dans la tête. Les univers parallèles fourmillent dans l’espace abstrait des fonctions d’onde (espace de Hilbert). Le Plurivers demande plus de matérialité.

L’Univers est mort, vive le Plurivers !

Le cosmologue souscrit donc une alliance avec le cordelier (adepte de la théorie des supercordes) et le philanthrope (zélateur du Principe Anthropique. Armées de leurs formules, ces ouvriers ont construit un décor en trompe-l’œil qu’ils ont appelé superstring landscape avec des univers variés (avec et sans vie). Inspirés par les biologues et leur manière de représenter les modes de repliement des molécules, les peintres paysagistes du Plurivers dessinent un paysage accidenté, pour y disposer les Univers. L’altitude des vallées perchées mesure la fameuse constante cosmologique d’Einstein (dite aussi énergie noire).

Many worlds, many yours. L’Univers est mort ! vive le Plurivers ! le monisme y perd, mais la démocratie cosmique y gagne ainsi que la schizophrénie. C’est la fin de l’Univers-Parti-unique. L’altérité est tirée jusqu’à sa tension de rupture. Les Univers naissent capricieusement, sans intention aucune, au hasard quantique d’une conversion locale de l’énergie du vide en chaleur laquelle engendre la lumière et celle-ci matière et antimatière. À peines éclos, ils brisent leurs chaînes et se fuient les uns les autres ; emportés par l’expansion folle de l’espace. Nous vivons dans un champagne généralisé dont nous n’occupons qu’une bulle causale.

« Bon pour la vie »

Dans la multitude des univers, un au moins peut être estampillé « bon pour la vie ». Cette vision éclatée et déchaînée de la cosmologie et du savoir permet d’expliquer de manière (quasi) rationnelle le réglage fin des paramètres de la physique, (constantes de la physique c, h, G, k, masses des quarks et de l’électron, intensité de l’interaction électromagnétique…) qui semble, a priori miraculeux. C’est là son principal intérêt. Les théistes ne baissent pas pour autant les bras et ils travaillent à une théologie du Plurivers… mais ceci est une autre histoire.

Michel Cassé, Astrophysicien et écrivain, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) – Université Paris-Saclay

La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation.