Monday, November 24, 2014
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Einstein le réaliste

OXFORD – On a récemment découvert que l’expansion de l’univers s’accélère plutôt qu’elle ne ralentit, ainsi que l’on avait coutume de le penser. La lumière en provenance de l’explosion d’étoiles lointaines a révélé qu’une force inconnue (appelée énergie sombre ou noire) est plus importante que la gravité à l’échelle cosmologique.

Une telle force, bien qu’inattendue pour les chercheurs, avait néanmoins été prévue en 1915 par une modification qu’Albert Einstein avait appliquée à sa propre théorie de la gravité, la théorie générale de la relativité. Mais il a ultérieurement abandonné cette modification, connue sous le nom de « constante cosmologique, » la qualifiant « d’erreur la plus patente » de sa vie.

Les gros titres des journaux affichent donc : « Einstein avait finalement raison, » comme si les scientifiques étaient des voyants : une personne qui se distingue du commun des mortels par sa connaissance de l’inconnaissable – comme des résultats d’expérimentations qui n’auraient pas encore été conçues, encore moins menées ? Donc qui, a posteriori, a correctement prophétisé ?

Mais la science n’est pas histoire de compétition entre scientifiques ; c’est un concours d’idées – principalement d’explications de ce qui est dans la réalité, comment cela se comporte, et pourquoi. Ces explications sont initialement testées non par expérimentation mais selon des critères de raison, de logique, d’applicabilité et d’unicité pour résoudre les mystères de la nature qui sont l’objet de leur réflexion. Les prédictions ne sont utilisées que pour tester l’infime minorité d’explications qui survivent à ces critères.

Ce processus est illustré par la manière avec laquelle Einstein a proposé la notion de constance cosmologique, pourquoi il l’a abandonné et pourquoi les cosmologues d’aujourd’hui l’ont réintroduite. Einstein cherchait à éviter la conséquence d’une relativité inaltérée selon laquelle l’univers ne peut être statique – il peut gonfler (ralentissant, contre sa propre force gravitationnelle), s’effondrer, ou se mettre instantanément au repos, mais il ne peut rester sans soutien.

Cette prédiction particulière ne peut être testée (aucune observation n’a pu établir que l’univers est au repos, même si c’était le cas,) mais il est impossible de modifier arbitrairement les équations de la théorie générale de la relativité. Elles sont fortement limitées par la substance explicative de la théorie d’Einstein, qui prétend que la force gravitationnelle est due à une courbure de l’espace-temps, que la perception de vitesse de la lumière est la même pour tous les observateurs, etc…

Mais Einstein s’est rendu compte qu’il était possible de rajouter une constante particulière – la constante cosmologique – et d’ajuster sa magnitude pour envisager un univers statique, sans pour autant modifier aucune des autres explications. Toutes les autres prédictions basées sur la précédente théorie de la gravité – celle d’Isaac Newton – qui pouvaient être testées à l’époque étaient de bonnes approximations de celles de la théorie générale de la relativité inaltérée, à cette seule exception : l’espace de Newton était un arrière plan immobile contre lequel les objets bougeaient. Aucune preuve ne venait alors contredire la position de Newton – aucun mystère d’expansion à expliquer. En outre, il fallait une avancée conceptuelle considérable pour envisager quoi que se soit au-delà de cette conception traditionnelle de l’espace, alors que la constante cosmologique n’entrainait pas de différence mesurable par rapport aux autres prédictions. Einstein l’a donc rajouté.

Puis, en 1929, Edwin Hubble découvrit que l’expansion de l’univers est une réalité et qu’elle est systématique (selon la précision d’observation de l’époque) avec la relativité générale inaltérée. Einstein a donc abandonné la constante cosmologique. Et cela n’avait rien à voir avec le fait que Hubble puisse lui aussi commettre des erreurs ou qu’Einstein lui conférait des capacités prophétiques supérieures. C’était juste que le problème que la constante était sensée résoudre n’existait plus.

Les nouvelles observations ne réfutaient pas l’existence d’une constante cosmologique. Elles n’en faisaient qu’une mauvaise explication. Puis, en 1998, de nouvelles explications d’un univers dont l’expansion s’accélère sont apparues. La constante cosmologique « réintroduite » pour justifier des nouvelles observations n’est pas tout à fait celle qu’Einstein avait proposé puis retiré. Elle est plus importante, car elle doit maintenant expliquer non seulement pourquoi l’univers ne s’effondre pas, mais pourquoi son expansion s’accélère.

La remarque d’Einstein sur son erreur patente est aussi trompeuse que l’idée selon laquelle il « aurait finalement raison. » La constante cosmologique n’est pas quelque chose qui n’aurait jamais dû être proposée. Cette notion représentait un progrès dans la compréhension de la réalité. – comme le fut son abandon à la lumière de la découverte de Hubble et sa réintégration sous une forme révisée pour prendre en considération les nouvelles observations.

Dans le même esprit, la «polémique Bohr-Einstein » du milieu du dix-neuvième siècle sur la théorie quantique est souvent mal interprétée comme un clash personnel entre deux génies. Les prédictions de la théorie quantique sont tellement contre-intuitives que, sous l’égide de l’un de ses pionniers, Neils Bohr, est apparu le mythe selon lequel il n’y aurait pas de réalité sous-jacente susceptible de les expliquer. Les particules vont de A vers B sans traverser l’espace entre-temps, où elles n’ont pas assez d’énergie pour exister ; elles « empruntent » brièvement l’énergie, parce que nous ne sommes pas « certains » de ce qu’est leur énergie précisément. L’information va de A vers B sans que rien ne passe entre – ce qu’Einstein appelait « une étrange action à distance. » Etc…

Ce que ces interprétations paradoxales ont en commun est qu’elles abandonnent tout réalisme, la doctrine selon laquelle un monde physique, existant en réalité, expliquerait toutes nos expériences. L’anti-réalisme est encore populaire et revêt différents visages dans les manuels et les différentes lectures de la théorie quantique. Mais Einstein insistait sur le fait que les phénomènes physiques pouvaient s’expliquer en terme de ce qu’il appelait les « éléments de réalité. »

Fort heureusement, une minorité de physiciens, dont je fais partie, se rangent sans aucune équivoque du côté du réalisme, en adoptant l’interprétation de Hugh Everett sur les univers multiples de la théorie quantique. Selon cette perspective, aucune particule n’existe là où l’énergie est insuffisante ; c’est tout simplement que dans certains univers elles ont plus d’énergie que la moyenne, et que dans d’autres, moins. Tous les hypothétiques « paradoxes » de la théorie quantique se voient ainsi résolus.

Donc, alors que Bohr est généralement donné vainqueur dans cette polémique, mon point de vue est qu’Einstein, comme à l’accoutumée, recherchait une explication de la réalité, tandis que ses rivaux préconisaient la bêtise. L’interprétation de Everett ne fait pas d’Einstein un demi-dieu. Mais elle lui donne raison.

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