Le combat de la relativité et du quantum

la renaissance du temps

 

 

 

amazon.com: the trouble in physics

 

The singular universe and the reality of time

 

 

 

http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2013/136/smolin.htm (Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe)

(La renaissance du temps le livre numérique: https://books.google.fr/books?id=O3z1nXjcDu4C&printsec=frontcover&hl=fr#v=onepage&q&f=false)

http://grit-transversales.org/article.php3?id_article=210

 

 

Lee Smolin et la physique contemporaine par matierevolution.fr

 

http://www.drgoulu.com/2015/01/28/la-renaissance-du-temps/#.WEuqNNThA_7 (la renaissance du temps 1/2)

 

http://www.drgoulu.com/2015/12/31/la-renaissance-du-temps-22/ (la renaissance du temps 2/2)

 

 

http://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/la-mecanique-quantique-est-en-171058 (la mécanique quantique est en crise par Bernard Dugué)

 

 

 http://www.paris8philo.com/article-33714241.html: à propos de rien ne va plus en physique: billet de Jean Zin, pour une physique pluraliste, qui nous paraît essentiel pour comprendre les enjeux des théories physiques actuelles qui souvent tendent vers l'impossible, hors toute avancée, toute brèche se fait par dissymétrie, sans souci du qu'en-dira-t-on il suffit de voir l'attitude de Grigori Perelman, si non-chalante vis-à-vis de la communauté scientifique, ou devrait-on dire l'etablishment. Jean Zin reste un grand guetteur de ce qui se passe en science, nous vous recomandonsses articles.

 

Préambule: Ceci est la suite des articles de mon blog à propos des univers multiples d'Aurélien Barrau pour les quels je retiens ici les commentaires suivants: 

D'après Aurélien Barrau, Univers multiples Chap 1): les propositions nouvelles face aux problèmes et paradoxes de la physique "peuvent constituer une "pulsion inchoactive" qui poussera vers une découverte sans précédent ou bien vers un réenchantement de ce que l'on savait déjà sans en avoir pris la "dé-mesure" et finalement vers une nouvelle sacralisation du "monde".

D'après Aurélien Barrau, Univers multiples. La gravitation quantique chp. 9 L) Conclusion:

Cet article fait suite à mon article "D'après Aurélien Barrau, Univers multiples Chap 1)" que j'avais écrit: aujourd'hui, la physique est en crise, le monde est en crise. Avec Lee Smolin et son "rien ne va plus en physique", Carlo rovelli Parle de la schizophrénie bipolaire des physiciens (voir une révolution inachevée). La vision anthropique de Trin Xhuan Thuan et ma vision évangélique du monde, qui s'origine dans les mythes de l'Un et de l'ordre, émergeant du Chaos initial, semblent exclus de la vision de bien des physiciens et cosmologues qui découvrent, comme l'a fait Jean Pierre Luminet, que l'Univers ne peut avoir été infiniment dense et donc que le big bang ne peut avoir été tel qu'on se l'imaginait depuis de nombreuses décennies. La possibilité d'un avant big bang a été mise en évidence avec un univers précédent qui se serait condensé jusqu'à une taille extrêmement petite mais non nulle et qui aurait "rebondi" en un big bounce pour donner notre Univers actuel en expansion après le phénomène d'inflation cosmique. Un des derniers rebondissements de ces recherches, avec Lee Smolin, pourrait bien aboutir avec sa "renaissance du temps" à une solution de la contradiction entre la physique quantique et la théorie de la relativité. A priori, ce serait une théorie unifiée des interactions fondamentales.

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Nous avons vu , au cours de ce long article, de nombreuses théories nouvelles ou hypothèses qui proposent l'unification de la physique ou tout au moins des explications aux dilemmes et paradoxes que la cosmologie moderne a mis en évidence. Mais, au chapitre 8, dans "la renaissance du temps", Lee Smolin prévient: Le paradigme newtonien ne peut même pas apporter un embryon de réponse à ces questions et dilemmes: Pourquoi ces lois? Pourquoi ces conditions initiales de l'univers? Quel mécanisme les a t-il sélectionnées parmi une multitude infinie de possibilités? etc. Il appelle ceci "l'erreur cosmologique": appliquer à l’Univers entier dans sa globalité des lois établies et vérifiées sur des sous-systèmes. Dans le paradigme newtonien, ce que nous appelons une loi doit s'appliquer dans tous les cas. Mais l'application d'une loi à n'importe quel morceau d'univers implique une approximation, parce que nous devons négliger toutes les interactions entre ce morceau et le reste de l'univers. Donc les applications vérifiables d'une loi sont toutes des approximations. Smolin fait remarquer en particulier que les lois se vérifient sur beaucoup de sous-systèmes. Mais si on veut appliquer une loi de la nature sans approximation, c'est à l'univers entier qu'il faudrait l'appliquer, alors que nous n’avons qu’un seul Univers sous la main. Et un seul cas n'apporte pas suffisamment d'indices pour justifier l'affirmation qu'une loi particulière de la nature s'applique. C'est ce que Lee Smolin appelle le dilemme cosmologique (faire de la physique dans une boite: on considère un petit sous-système isolé du reste de l’univers dans lequel on néglige certains effets pour ne s’intéresser qu’à certaines variables qui définissent un espace de configuration, atemporel. ). Et pourquoi cette loi et pas une autre? De plus, beaucoup de théories cosmologiques (théorie des cordes, équation d’Einstein …) admettent en réalité une infinité de solutions, parmi lesquelles une seule correspond à notre univers. Doit-on se résoudre à admettre l’existence d’une infinité d’Univers inaccessibles pour pouvoir justifier le notre par un principe anthropique? 

Nous pensions, dit Lee Smolin, savoir comment répondre à ces questions. Une théorie unique mathématiquement cohérente pourrait incorporer les 4 lois fondamentales de la nature. Mais cet espoir a été anéanti. On se trouve face à ce qu'il appelle "le défi cosmologique". On vient de voir qu'il faudrait étendre la science à une théorie de l'Univers entier. Le défi est qu'il ne peut pas exister de composante statique qui puisse servir de cadre de référence, car tout dans l'Univers change et il n'existe aucun extérieur., rien qui puisse être qualifié de fond par rapport auquel les mouvements du reste de l'Univers (que nous négligeons). Or, toutes les théories physiques divisent le monde en deux parties, une partie « dynamique », qui change, et une statique, qui contient un « fond » de choses immuables, comme les constantes fondamentales.  Le « défi cosmologique » consiste à formuler une théorie de l’univers « indépendante du fond », purement dynamique afin de ne rien supposer d’extérieur à l’Univers: "Lorsqu’on fait de la « physique dans une boite », le « fond » comprend notamment les conditions initiales, et la méthode expérimentale permet de contrôler les conditions initiales afin de s’assurer que les lois sont indépendantes de ces conditions. En cosmologie, cette distinction entre « lois » et « conditions initiales » aggrave le problème qu’elle résout « dans une boite » : si nos observations du fond diffus cosmologique ne correspondent pas bien à la théorie de l’inflation cosmologique, faut-il corriger la loi ou les conditions initiales? Smolin critique aussi les théories effectives qui décrivent bien ce qui se passe à une certaine échelle de grandeur, mais en négligeant l’influence de ce qui est beaucoup plus grand ou plus petit." Pour Smolin, la théorie issue du défi cosmologique doit tenir compte de tout, sans rien négliger."

 

Je vais retracer "ma lecture" du livre de Lee Smolin d'une manière peu orthodoxe en ne commençant pas par la partie I ("le poids: le mort du temps), mais par la partie II "Lumière: la renaissance du temps". "La mort du temps" est l'épilogue de la constatation de Lee Smolin: "rien ne va plus en physique (l'échec de la théorie des cordes)" et Problèmes du modèle standard et physique au-delà du modèle. J'ai commencé cette partie II par ma lecture des chapitre 8, 9, 10, puis du  chapitre 11), les lois évolutives et celle de l'article 12, la mécanique quantique et la libération de l'atome.

 

 

http://www.wearealgerians.com/up/uploads/139910915883722.pdf

Rien ne va plus en physique ! - L'échec de la théorie descordes 

 

 

1) Introduction au chapitre 13: Le combat de la relativité et du quantum.

     -Nous sommes arrivés au point où, pour continuer vers une théorie qui puisse aller au-delà des théories existantes dans le but d'éviter les problèmes, les limites et les paradoxes, une nouvelle idée a germé chez Lee Smolin: l'hypothèse de la réalité du temps. Tiendra t-elle ses promesses? Permettra t-elle de donner une réponse au combat de la relativité et du quantum? Bernard Dugué commente ce chapitre 13 dans  agoravox.fr: "Dans ce chapitre, dit Bernard Dugué, Smolin s’attaque à ce conflit persistant depuis un siècle entre la mécanique quantique et la relativité et parle des tentatives de résoudre ce conflit par les « théories des variables cachées » comme la théorie de De Broglie-Bohm (que nous verrons plus tard). Pour Smolin, le principal défaut de la théorie de Bohm est de ne pas satisfaire le critère des actions réciproques (action = réaction). L'interprétation statistique de la mécanique quantique corrige ce défaut, mais nécessite de considérer que la réalité « choisit » au hasard le résultat d’une expérience individuelle parmi la collection de tous les résultats possibles, ce qu’Einstein avait déjà compris" "Essayer de concevoir la description par la théorie quantique comme la description complète des systèmes individuels mène à des interprétations théoriques non naturelles, qui deviennent aussitôt superflues lorsqu’on accepte l’interprétation que la description se réfère à des ensembles (ou collections) de systèmes et non à des systèmes individuels. (Albert Einstein).

     -Nous avons vu dans l'article précédent comment en combinant le principe de précédence et le principe de liberté maximale, Lee Smolin est amené à proposer une nouvelle formulation de la physique quantique et aussi que "toutes les particules de l’Univers forment les « collections » de ces particules. Lorsqu’on observe un atome d’hydrogène, la position de son électron est « copiée » à partir de celle d’un autre atome d’hydrogène pris au hasard parmi tous ceux de l’Univers". Dr Goulu.com explique que "Smolin a inventé des « règles de copiage » des propriétés qui donnent des probabilités pour la réponse d’un atome à une mesure rigoureusement identiques à celles calculées par la mécanique quantique. La théorie « interprétation d’ensemble réel » [de Smolin] explique bien l’intrication et autres phénomènes « non locaux » de la mécanique quantique, et aussi pourquoi les « gros » systèmes n’obéissent pas à la mécanique quantique : ils n’ont pas de copie dans l’Univers".

(Voir aussi: Comment la physique se prépare à une nouvelle révolution conceptuelle fondamentale).

     -Mais cette formulation nouvelle ne satisfait pas le principe de raison suffisante. En effet, quand un système quantique est vraiment libre, les résultats individuels, d'une mesure par exemple, sont indéterminés. Le principe de raison suffisante,  (vu sous son angle logique et métaphysique), est contrecarré, car il n'existe aucune raison rationnelle pour le résultat d'une expérience individuelle. Dans l'exemple que nous avons vu, celle du noyau radioactif, il n'y a pas de raison expliquant l'instant qu'il choisit pour se désintégrer, ni par ailleurs, pour anticiper les résultats précis de tout autre cas pour lesquels la mécanique quantique ne fait que donner de résultats probabilistiques (résultats d'une mesure par exemple). Rapellons que dans sa formulation originelle par Leibniz,le principe de raison suffisante affirme que «jamais rien n'arrive sans qu'il y ait une cause ou du moins une raison déterminante, c'est-à-dire qui puisse servir à rendre raison a priori pourquoi cela est existant plutôt que non existant et pourquoi cela est ainsi plutôt que de toute autre façon ». 

     -Or le principe de raison suffisante est central si on veut étendre la physique à l'univers entier car il fixe comme objectif de découvrir une raison rationnelle pour chaque choix opéré par le nature. C'est ce qui est défié par le comportement apparemment libre, sans cause, des systèmes quantiques individuels. Il semble que ce soit un aspect quantique du libre-arbitre qui se manifeste ainsi. Mais peut-on satisfaire le principe de raison suffisante en physique quantique? Lee Smolin pense que oui si celle-ci peut être étendue à l'univers dans son ensemble et donner la description la plus fondamentale possible de la nature ou si elle n'est que l'approximation d'une théorie très différente qui, elle, peut satisfaire ce principe. Et si nous étendons la théorie quantique à l'univers dans son entier, alors le théorème du libre-arbitre doit s'appliquer à l'échelle cosmologique et puisque, comme nous le supposons,  il n'y a pas de théorie plus fondamentale, cela veut dire que la nature est réellement libre. Mais cette liberté des systèmes quantiques à l'échelle cosmologique impose une limite au principe de raison suffisante, car aucune raison rationnelle ne pourrait être fournie pour la multitude de choix libres que font les systèmes quantiques.

Mais en étendant ainsi la mécanique quantique à l'univers entier nous commettons l'erreur cosmologique  [voir chapitre I 8: Au chapitre 8, Lee Smolin revient sur ce qu’il appelle l'”erreur cosmologique” : appliquer à l’Univers entier des lois établies et vérifiées sur des sous-systèmes. Il fait remarquer en particulier que les lois se vérifient sur beaucoup de sous-systèmes, alors que nous n’avons qu’un seul Univers sous la main. Comment vérifier la validité d’une loi sur un un seul “cas d’application” ? Et pourquoi cette loi et pas une autre ? De plus, beaucoup de théories cosmologiques (théorie des cordes, équation d’Einstein …) admettent en réalité une infinité de solutions, parmi lesquelles une seule correspond à notre univers. Doit-on se résoudre à admettre l’existence d’une infinité d’Univers inaccessibles pour pouvoir justifier le notre par un principe anthropique ?], erreur que nous avons rencontrée dans l'article 1 chapitre 2.

 

liens pour ce chapitre: 

http://theopedie.com/Le-principe-de-raison-suffisante-est-il-fonde-451.html (le principe de raison suffisante est t-il fondé?)

http://www.lifl.fr/~jdelahay/dnalor/LibreArbitre.pdf (Libre arbitre et mécanique quantique John Conway et Simon Kochen démontrent un théorème qui signifie que si nous sommes libres, alors les particules élémentaires le sont aussi. Jean-Paul DELAHAYE)

http://www.doublecause.net/index.php?page=theoreme_libre_arbitre.htm (John Conway et Simon Kochen définissent tout d'abord le libre arbitre d'une entité quelle quelle soit (particule, être humain...) comme une propriété selon laquelle l'état de cette entité à un instant donné ne peut pas être décrit comme résultant d'une fonction (au sens mathématique) portant sur l'état de l'univers...)

http://sboisse.free.fr/science/physique/theoreme-du-libre-arbitre.php (Quelques réflexions sur le théorème du libre-arbitreLe théorème du libre-arbitre prouve que si nous avons un libre-arbitre (dans un sens très précis), alors les particules élémentaires aussi ! J'ai longuement réfléchi sur ce théorème, et je suis arrivé à la conclusion qu'il pourrait être faux si une certaine hypothèse, implicitement admise par Conway, était fausse : celle que l'information ne peut pas remonter le temps ! En d'autre termes, Conway a peut-être tort !)

http://guillemant.net/index.php?cate=articles&part=double_causalite&page=Intention_et_libre_arbitre.htm (La théorie de la double causalité est née de la rencontre entre l’hypothèse métaphysique du libre arbitre et l’enseignement de la physique moderne. Selon cet enseignement la réalité physique ne se contruirait pas dans le présent mais serait déjà déployée dans l’espace-temps et notamment dans le futur)

http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/article-libre-arbitre-et-mecanique-quantique-23796.php (John Conway et Simon Kochen démontrent un théorème qui signifie que si nous sommes libres, alors les particules élémentaires le sont aussi. par Jean-Paul Delahaye)

http://www.danielmartin.eu/Philo/CausalitePPS.pdf (Ce texte pédagogique explique des principes de logique : causalité, identité, homogénéité, raison suffisante, abstraction, contradiction et tiers exclu)

 

2) A la recherche de l'information manquante?

 

 

 

 

 

Smolin conseille en fait une approche plus prudente selon laquelle la physique quantique est valide seulement pour de petits sous-systèmes. Il y aurait une information manquante (comme le supposait Einstein), qui serait nécessaire pour déterminer ce que fera le système, et cette information pourrait bien être présente quelque part dans l'univers et entrer en jeu lorsque nous englobons la description quantique du petit sous-système dans une théorie de l'univers global (celle que recherche Lee Smolin). Alors il pourrait exister une théorie cosmologique déterministe qui donne la physique quantique lorsque nous isolons un sous-système et ignorons le reste de l'univers. C'est la théorie des variables cachées selon laquelle les probabilités quantiques sont seulement dues à notre ignorance de l'univers entier. Dans cette théorie, les probabilités laissent place à des résultats définis au niveau de l'univers entier. Mais ceci a un coût important que nous verrons par la suite (Le terme de variable cachée désigne des paramètres physiques hypothétiques qui ne seraient pas pris en compte par les postulats de la mécanique quantique, soit dans la définition de l'état quantique, ou dans l'évolution dynamique de l'état quantique. Ces variables cachées sont postulées par certains physiciens dont David Bohm, pour tenter d'apporter une solution notamment au problème de la mesure quantique, et aussi car elles correspondent à une certaine philosophie réaliste et déterministe de la physique).

Dans ces théories, les incertitudes quantiques sont résolues par de l'information qui reste cachée à un expérimentateur qui travaille sur un système quantique isolé. Elles donnent des prédictions en accord avec celles de la physique quantique. De plus, si le déterminisme est restauré en étendant la théorie en une théorie de tout l'univers, alors les variables cachées ne sont pas liées à une description plus précise d'un système quantique individuel, mais à la relation de ce système avec le reste de l'univers. On les appellera variables cachées relationnelles. Mais nous avons vu dans l'article 6 que d'après le principe de liberté maximale (voir le chapitre 5-1: En résumé, si les systèmes quantiques sont libres, ils le sont de façon maximale. Et en combinant le principe de précédence avec ce principe de liberté maximale, on obtient une nouvelle formulation de la mécanique quantique),   La théorie quantique est la théorie probabiliste où les incertitudes intrinsèques sont les plus grandes possibles. Cela signifie que l'information dont nous aurions besoin pour restaurer le déterminisme (sur un atome par exemple), déterminisme qui est codé dans des relations entre l'atome et l'univers entier, est maximale. Cela signifie que les propriétés de chaque particule dans l'univers sont liées au maximum amis de manière cachée à notre univers dans sa globalité. La compréhension réelle de la théorie quantique est donc centrale pour la nouvelle théorie recherchée par Lee Smolin. 

Comme nous l'avons évoqué précédemment, cette théorie cosmologique déterministe a un coût important par rapport aux théories standard, c'est l'abandon de de la relativité de la simultanéité et de l'instantanéité pour revenir à un monde où une définition absolue de la simultanéité est valable dans tout l'univers.

On comprend mieux pourquoi, en dépit des succès de la théorie quantique, dont le mariage réussi avec la relativité a donné la théorie quantique des champs, de nombreux physiciens, à commencer par Einstein ont voulu aller au-delà vers une théorie plus profonde qui donne une description de chaque expérience individuelle, ce que ne fait pas la théorie quantique, mais leurs recherches ont toujours débouché sur un conflit entre la physique quantique et la relativité. Lee Solin affirme que ce conflit est une chose que nous devons comprendre si nous envisageons la renaissance du temps en physique.

 

3) La théorie des variables cachées et la  théorie de De Broglie-Bohm.

 

 

 

https://www.youtube.com/watch?v=QBR92fkgp3E (la théorie de de Broglie-bohm

 

https://www.youtube.com/watch?v=fEB8W_f3qa4 (physique: La théorie de De Broglie-Bohm

 

     3-1) Niels Bohr et l'interprétation de la mécanique quantique (l'école de Copenhague,

Qu’est-ce que l’école de Copenhague de la physique ?)

50 ans après sa mort, Niels Bohr, le plus grand génie de la physique quantique

 

 

 

 

 

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