science métempirique
Des " expériences métaphysiques " explorent nos hypothèses cachées sur la réalité
Les expériences qui testent la physique et la philosophie comme " un tout unique " pourraient être notre seule voie vers une connaissance sûre de l’univers.
La métaphysique est la branche de la philosophie qui s'intéresse à l'échafaudage profond du monde : la nature de l'espace, du temps, de la causalité et de l'existence, les fondements de la réalité elle-même. Elle est généralement considérée comme invérifiable, car les hypothèses métaphysiques sous-tendent tous nos efforts pour effectuer des tests et interpréter les résultats. Ces hypothèses restent généralement tacites.
La plupart du temps, c'est normal. Les intuitions que nous avons sur la façon dont le monde fonctionne entrent rarement en conflit avec notre expérience quotidienne. À des vitesses bien inférieures à celle de la lumière ou à des échelles bien plus grandes que l'échelle quantique, nous pouvons, par exemple, supposer que les objets ont des caractéristiques définies indépendantes de nos mesures, que nous partageons tous un espace et un temps universels, qu'un fait pour l'un d'entre nous est un fait pour tous. Tant que notre philosophie fonctionne, elle se cache en arrière-plan, sans que personne ne la détecte, nous conduisant à croire à tort que la science est quelque chose de séparable de la métaphysique.
Mais aux confins inexplorés de l’expérience – à grande vitesse et à petite échelle – ces intuitions cessent de nous servir, ce qui nous rend impossible de faire de la science sans affronter de front nos hypothèses philosophiques. Soudain, nous nous trouvons dans un endroit où la science et la philosophie ne peuvent plus être clairement distinguées. Un endroit que le physicien Eric Cavalcanti appelle " métaphysique expérimentale ".
Cavalcanti porte le flambeau d'une tradition qui remonte à une longue lignée de penseurs rebelles qui ont résisté aux lignes de démarcation habituelles entre physique et philosophie. En métaphysique expérimentale, les outils de la science peuvent être utilisés pour tester nos visions du monde philosophiques, qui peuvent à leur tour être utilisées pour mieux comprendre la science. Cavalcanti, un Brésilien de 46 ans qui est professeur à l'université Griffith de Brisbane, en Australie, et ses collègues ont publié le résultat le plus solide jamais obtenu en métaphysique expérimentale, un théorème qui impose des contraintes strictes et surprenantes sur la nature de la réalité. Ils conçoivent maintenant des expériences astucieuses, bien que controversées, pour tester nos hypothèses non seulement sur la physique, mais aussi sur l'esprit.
On pourrait s’attendre à ce que l’injection de philosophie dans la science aboutisse à quelque chose de moins scientifique, mais en réalité, selon Cavalcanti, c’est tout le contraire. " Dans un certain sens, la connaissance que nous obtenons grâce à la métaphysique expérimentale est plus sûre et plus scientifique ", a-t-il déclaré, car elle vérifie non seulement nos hypothèses scientifiques mais aussi les prémisses qui se cachent généralement en dessous.
La frontière entre science et philosophie n’a jamais été clairement définie. Elle est souvent tracée en fonction de la testabilité. Toute science digne de ce nom est réputée vulnérable aux tests qui peuvent la falsifier, alors que la philosophie vise des vérités pures qui se situent quelque part hors de portée de l’expérimentation. Tant que cette distinction perdure, les physiciens croient qu’ils peuvent s’occuper des affaires compliquées de la " vraie science " et laisser les philosophes dans leurs fauteuils, à se caresser le menton.
Mais il s’avère que la distinction entre la testabilité et la fiabilité n’est pas valable. Les philosophes savent depuis longtemps qu’il est impossible de prouver une hypothèse. (Peu importe le nombre de cygnes blancs que vous voyez, le prochain pourrait être noir.) C’est pourquoi Karl Popper a dit qu’une affirmation n’est scientifique que si elle est falsifiable – si nous ne pouvons pas la prouver, nous pouvons au moins essayer de la réfuter. En 1906, cependant, le physicien français Pierre Duhem a montré qu’il était impossible de réfuter une seule hypothèse. Chaque élément scientifique est lié à un enchevêtrement d’hypothèses, a-t-il soutenu. Ces hypothèses concernent tout, des lois physiques sous-jacentes au fonctionnement d’appareils de mesure spécifiques. Si le résultat de votre expérience semble réfuter votre hypothèse, vous pouvez toujours rendre compte des données en modifiant l’une de vos hypothèses tout en laissant votre hypothèse intacte.
Prenons par exemple la géométrie de l’espace-temps. Emmanuel Kant, philosophe du XVIIIe siècle, a déclaré que les propriétés de l’espace et du temps ne sont pas des questions empiriques. Il pensait non seulement que la géométrie de l’espace était nécessairement euclidienne, ce qui signifie que la somme des angles intérieurs d’un triangle donne 180 degrés, mais que ce fait devait être R la base de toute métaphysique future ". Selon Kant, elle n’était pas testable empiriquement, car elle fournissait le cadre même dans lequel nous comprenons le fonctionnement de nos tests.
Et pourtant, en 1919, lorsque les astronomes ont mesuré la trajectoire de la lumière des étoiles lointaines contournant l'influence gravitationnelle du Soleil, ils ont découvert que la géométrie de l'espace n'était pas du tout euclidienne : elle était déformée par la gravité, comme Albert Einstein l'avait récemment prédit.
Ou bien l’ont-ils vraiment fait ? Henri Poincaré, le grand penseur français, a proposé une expérience de pensée fascinante. Imaginez que l’univers soit un disque géant conforme à la géométrie euclidienne, mais dont les lois physiques incluent les suivantes : le disque est plus chaud au centre et plus froid sur les bords, la température diminuant proportionnellement au carré de la distance par rapport au centre. De plus, cet univers présente un indice de réfraction (une mesure de la courbure des rayons lumineux) inversement proportionnel à la température. Dans un tel univers, les règles et les mètres ne seraient jamais droits (les objets solides se dilateraient et rétréciraient en fonction du gradient de température) tandis que l’indice de réfraction donnerait l’impression que les rayons lumineux se déplacent en courbes plutôt qu’en lignes. Par conséquent, toute tentative de mesurer la géométrie de l’espace (par exemple en additionnant les angles d’un triangle) conduirait à croire que l’espace n’est pas euclidien.
Tout test de géométrie nécessite de supposer certaines lois de la physique, tandis que tout test de ces lois de la physique nécessite de supposer la géométrie. Bien sûr, les lois physiques du monde du disque semblent ad hoc, mais les axiomes d’Euclide le sont aussi. " Poincaré, à mon avis, a raison ", a déclaré Einstein dans une conférence en 1921. Il a ajouté : " Seule la somme de la géométrie et des lois physiques est sujette à vérification expérimentale. " Comme l’a dit le logicien américain Willard V.O. Quine, " l’unité de signification empirique " – la chose qui est réellement testable – " est l’ensemble de la science. " L’observation la plus simple (que le ciel soit bleu, par exemple, ou que la particule soit là) nous oblige à remettre en question tout ce que nous savons sur le fonctionnement de l’univers.
Mais en réalité, c’est pire que cela. L’unité de signification empirique est une combinaison de science et de philosophie. Le penseur qui l’a le plus clairement perçu est le mathématicien suisse du XXe siècle Ferdinand Gonseth. Pour Gonseth, la science et la métaphysique sont toujours en dialogue l’une avec l’autre, la métaphysique fournissant les fondements sur lesquels la science opère, la science fournissant des preuves qui obligent la métaphysique à réviser ces fondements, et les deux s’adaptant et changeant ensemble comme un organisme vivant et respirant. Comme il l’a déclaré lors d’un symposium auquel il a assisté en l’honneur d’Einstein, " la science et la philosophie forment un tout unique ".
Ces deux notions étant liées par un nœud gordien, nous serions tentés de baisser les bras, car nous ne pouvons pas mettre à l’épreuve des affirmations scientifiques sans entraîner avec elles des affirmations métaphysiques. Mais il y a un revers à la médaille : cela signifie que la métaphysique est testable. C’est pourquoi Cavalcanti, qui travaille aux confins de la connaissance quantique, ne se qualifie pas de physicien, ni de philosophe, mais de " métaphysicien expérimental ".
J’ai rencontré Cavalcanti lors d’un appel vidéo. Ses cheveux noirs tirés en arrière en un chignon, il avait l’air maussade, son attitude prudente et sérieuse n’était compensée que par un chiot de 15 semaines qui se tortillait sur ses genoux. Il m’a raconté comment, alors qu’il était étudiant au Brésil à la fin des années 1990, il travaillait sur la biophysique expérimentale – " des choses très humides ", comme il le décrit, " extraire des cœurs de lapins et les placer sous des magnétomètres [supraconducteurs] ", ce genre de choses. Bien qu’il soit rapidement passé à un terrain plus sec (" travailler dans des accélérateurs de particules, étudier les collisions atomiques "), son travail était encore loin des questions métaphysiques qui persistaient déjà dans son esprit. " On m’avait dit que les questions intéressantes sur les fondements de la mécanique quantique avaient toutes été résolues par [Niels] Bohr dans ses débats avec Einstein ", a-t-il déclaré. Il a donc mesuré une autre section efficace, a produit un autre article et a tout recommencé le lendemain.
Il a fini par travailler pour la Commission nationale de l’énergie nucléaire du Brésil, et c’est là qu’il a lu les livres des physiciens Roger Penrose et David Deutsch, chacun proposant une histoire métaphysique radicalement différente pour expliquer les faits de la mécanique quantique. Devrions-nous abandonner l’hypothèse philosophique selon laquelle il n’y a qu’un seul univers, comme le suggérait Deutsch ? Ou, comme le préférait Penrose, peut-être que la théorie quantique cesse de s’appliquer à grande échelle, lorsque la gravité entre en jeu. " Il y avait là ces brillants physiciens qui non seulement discutent directement des questions relatives aux fondements, mais qui sont également profondément en désaccord les uns avec les autres ", a déclaré Cavalcanti. Penrose, a-t-il ajouté, " est même allé au-delà de la physique pour entrer dans ce qui est traditionnellement de la métaphysique, en posant des questions sur la conscience. "
Inspiré, Cavalcanti décide de poursuivre un doctorat sur les fondements quantiques et trouve une place à l’Université du Queensland en Australie. Sa thèse commence ainsi : " Pour comprendre la source des conflits des fondements quantiques, il est essentiel de savoir où et comment nos modèles et intuitions classiques commencent à ne plus pouvoir décrire un monde quantique. C’est le sujet de la métaphysique expérimentale. " Un professeur dépose sa thèse et déclare : " Ce n’est pas de la physique. "
Mais Cavalcanti était prêt à démontrer que la frontière entre physique et philosophie était déjà irrémédiablement floue. Dans les années 1960, le physicien nord-irlandais John Stewart Bell avait lui aussi rencontré une culture de la physique qui n’avait aucune patience pour la philosophie. L’époque où Einstein et Bohr se disputaient sur la nature de la réalité – et s’engageaient dans une profonde réflexion philosophique – était révolue depuis longtemps. L’esprit pratique de l’après-guerre régnait et les physiciens étaient impatients de se consacrer à la physique, comme si le nœud gordien avait été tranché, comme s’il était possible d’ignorer la métaphysique tout en parvenant à faire de la science. Mais Bell, effectuant son travail hérétique pendant son temps libre, a découvert une nouvelle possibilité : s’il est vrai qu’on ne peut pas tester une seule hypothèse de manière isolée, on peut prendre plusieurs hypothèses métaphysiques et voir si elles tiennent ou non ensemble.
Pour Bell, ces hypothèses sont généralement comprises comme étant la localité (la croyance que les choses ne peuvent pas s'influencer les unes les autres instantanément à travers l'espace) et le réalisme (qu'il existe une certaine manière dont les choses sont simplement, indépendamment de leur mesure). Son théorème, publié en 1964, a prouvé ce que l'on appelle l'inégalité de Bell : pour toute théorie fonctionnant sous les hypothèses de localité et de réalisme, il existe une limite supérieure à la corrélation entre certains événements. La mécanique quantique, cependant, a prédit des corrélations qui ont dépassé cette limite supérieure.
Le théorème de Bell n'était pas testable tel qu'il était rédigé, mais en 1969, le physicien et philosophe Abner Shimony a compris qu'il pouvait être réécrit sous une forme adaptée au laboratoire. Avec l'aide de John Clauser, Michael Horne et Richard Holt, Shimony a transformé l'inégalité de Bell en inégalité CHSH (du nom des initiales de ses auteurs) et en 1972, dans un sous-sol de Berkeley, en Californie, Clauser et son collaborateur Stuart Freedman l'ont mise à l'épreuve en mesurant les corrélations entre paires de photons.
Les résultats ont montré que le monde confirmait les prédictions de la mécanique quantique, montrant des corrélations qui restaient bien plus fortes que ne le permettait l’inégalité de Bell. Cela signifiait que la localité et le réalisme ne pouvaient pas être tous deux des caractéristiques de la réalité – bien que les expériences ne puissent pas dire lequel des deux nous devrions abandonner. " À mon avis, ce qui est le plus fascinant dans les théorèmes du type de Bell, c’est qu’ils offrent une occasion rare de mener une entreprise que l’on peut à juste titre appeler - métaphysique expérimentale - ", écrivait Shimony en 1980 dans la déclaration qui est largement considérée comme à l’origine du terme.
Mais il se trouve que le terme remonte à bien plus loin, jusqu'à un personnage des plus improbables. Michele Besso, le meilleur ami et le conseiller d'Einstein, fut la seule personne à qui Einstein doit son aide pour élaborer la théorie de la relativité. Mais Besso l'a moins aidé en physique qu'en philosophie. Einstein avait toujours été un réaliste, croyant en une réalité cachée, indépendante de nos observations, mais Besso lui a fait découvrir les écrits philosophiques d'Ernst Mach, qui soutenait qu'une théorie ne devait se référer qu'à des quantités mesurables. Mach, par l'intermédiaire de Besso, a encouragé Einstein à abandonner ses notions métaphysiques d'espace, de temps et de mouvement absolus. Le résultat fut la théorie de la relativité restreinte.
Lors de sa publication en 1905, les physiciens ne savaient pas vraiment si cette théorie relevait de la physique ou de la philosophie. Toutes ses équations avaient déjà été écrites par d’autres ; seule la métaphysique qui les sous-tendait était nouvelle. Mais cette métaphysique a suffi à donner naissance à une nouvelle science, la relativité restreinte ayant cédé la place à la relativité générale, une nouvelle théorie de la gravité, assortie de nouvelles prédictions vérifiables. Besso s’est ensuite lié d’amitié avec Gonseth ; en Suisse, les deux hommes ont fait de longues promenades ensemble, au cours desquelles Gonseth a fait valoir que la physique ne pourrait jamais être posée sur des fondations solides, car les expériences peuvent toujours renverser les hypothèses les plus fondamentales sur lesquelles elle est construite. Dans une lettre que Gonseth a publiée dans un numéro de 1948 de la revue Dialectica , Besso a suggéré à Gonseth de qualifier son travail de " métaphysique expérimentale ".
La métaphysique expérimentale a acquis une sorte de siège officiel dans les années 1970 avec la fondation de l’Association Ferdinand Gonseth à Bienne, en Suisse. " La science et la philosophie forment un seul corps ", affirmait-elle dans ses valeurs fondatrices, " et tout ce qui se passe dans la science, que ce soit dans ses méthodes ou dans ses résultats, peut avoir des répercussions sur la philosophie jusque dans ses principes les plus fondamentaux. " C’était une déclaration radicale, tout aussi choquante pour la science que pour la philosophie. L’association publiait un bulletin clandestin intitulé Epistemological Letters , une sorte de " zine " de physique, avec des pages dactylographiées et ronéotypées parsemées d’équations dessinées à la main, qui était envoyé par courrier à une centaine de physiciens et philosophes qui constituaient une nouvelle contre-culture – les quelques audacieux qui voulaient discuter de métaphysique expérimentale. Shimony en était le rédacteur en chef.
Le théorème de Bell a toujours été au centre de ces discussions, car là où les travaux antérieurs en physique laissaient de côté leur métaphysique, dans le travail de Bell, les deux étaient véritablement et explicitement indissociables. Le théorème ne concernait aucune théorie particulière de la physique. C'était ce que les physiciens appellent un théorème " d'interdiction", une preuve générale montrant qu'aucune théorie fonctionnant sous les hypothèses métaphysiques de localité et de réalisme ne peut décrire le monde dans lequel nous vivons. Vous voulez un monde qui soit juste d'une certaine manière, même lorsqu'il n'est pas mesuré ? Et vous voulez de la localité ? Pas question. Ou, comme l'a dit Shimony dans Epistemological Letters , dans un jeu de mots sur le nom de Bell, ceux qui veulent défendre une telle vision du monde " devraient se souvenir du sermon de Donne : Et donc n'envoyez jamais demander pour qui sonne le glas ; il sonne pour vous. "
" Bell était à la fois un philosophe de la physique et un physicien ", a déclaré Wayne Myrvold , philosophe de la physique à l’Université Western au Canada. "Et dans certains de ses meilleurs articles, il combine essentiellement les deux. " Cela a ébranlé les rédacteurs en chef des revues de physique traditionnelles et d’autres gardiens de la science. " Ce genre de travail n’était définitivement pas considéré comme respectable ", a déclaré Cavalcanti.
C'est pourquoi, lorsque le physicien français Alain Aspect a proposé à Bell une nouvelle expérience qui permettrait de tester l'inégalité de Bell tout en excluant toute influence résiduelle se propageant entre les appareils de mesure utilisés pour détecter la polarisation des photons, Bell lui a demandé s'il avait un poste permanent de professeur. " Nous craignions que cette expérience ne ruine la carrière d'un jeune physicien ", a déclaré Myrvold.
En 2022, Aspect, Clauser et Anton Zeilinger se rendent à Stockholm pour recevoir le prix Nobel. Les corrélations de Bell, qui violent les inégalités, ont conduit à des technologies révolutionnaires, notamment la cryptographie quantique, l’informatique quantique et la téléportation quantique. Mais " malgré les avantages technologiques ", a déclaré Myrvold, " le travail était motivé par des questions philosophiques ". Selon la citation du Nobel, les trois physiciens ont été récompensés pour " avoir été des pionniers de la science de l’information quantique ". Selon Cavalcanti, ils ont gagné pour la métaphysique expérimentale.
LE THÉORÈME DE BELL n'était que le début.
À la suite d’expériences violant les inégalités de type Bell, plusieurs conceptions de la réalité sont restées sur la table. On pouvait conserver le réalisme et abandonner la notion de localité, en acceptant que ce qui se passe dans un coin de l’univers affecte instantanément ce qui se passe dans un autre et que, par conséquent, la relativité doit être modifiée. Ou bien on pouvait conserver la notion de localité et abandonner le réalisme, en acceptant que les choses dans l’univers n’ont pas de caractéristiques définies avant d’être mesurées – que la nature, dans un sens profond, invente des choses à la volée.
Mais même si vous abandonnez la réalité pré-mesure, vous pouvez toujours vous accrocher à la réalité post-mesure. Autrement dit, vous pouvez imaginer prendre tous ces résultats de mesure et les rassembler en une seule réalité partagée. C'est généralement ce que nous entendons par " réalité ". C'est la notion même d'un monde objectif.
Une expérience de pensée réalisée en 1961 jette le doute sur cette possibilité. Eugene Wigner, le physicien lauréat du prix Nobel, a proposé un scénario dans lequel un observateur, qu'on appelle " l'ami de Wigner ", se rend dans un laboratoire où se trouve un système quantique, par exemple un électron dans une combinaison quantique, ou superposition, de deux états appelés " spin up " et " spin down ". L'ami mesure le spin de l'électron et constate qu'il est up. Mais Wigner, debout à l'extérieur, peut utiliser la mécanique quantique pour décrire l'état complet du laboratoire, où, de son point de vue, aucune mesure n'a eu lieu. L'état de l'ami et l'état de l'électron sont simplement corrélés – intriqués – tandis que l'électron reste dans une superposition d'états. En principe, Wigner peut même effectuer une mesure qui montrera les effets physiques de la superposition. Du point de vue de l'ami, l'électron a un état post-mesure, mais cela ne semble pas faire partie de la réalité de Wigner.
En 2018, ce doute persistant sur une réalité commune est devenu un véritable dilemme. Časlav Brukner , physicien à l'université de Vienne, s'est rendu compte qu'il pouvait combiner l'expérience de type Bell avec celle de l'ami de Wigner pour prouver un nouveau théorème de non-retour. L'idée était d'avoir deux amis et deux Wigner ; les amis mesurent chacun la moitié d'un système intriqué, puis chacun des Wigner effectue l'une des deux mesures possibles dans le laboratoire de son ami. Les résultats des mesures des Wigner seront corrélés, tout comme les polarisations des photons dans les expériences originales de type Bell, avec certaines hypothèses métaphysiques imposant des limites supérieures à la force de ces corrélations.
Il s’est avéré que la preuve de Brukner reposait sur une hypothèse supplémentaire qui affaiblissait la force du théorème résultant, mais elle a inspiré Cavalcanti et ses collègues à créer leur propre version. En 2020, dans la revue Nature Physics , ils ont publié " A Strong No-Go Theorem on the Wigner’s Friend Paradox ", qui a prouvé deux choses. Premièrement, que la métaphysique expérimentale, auparavant reléguée dans des zines underground, est désormais digne de revues scientifiques prestigieuses, et deuxièmement, que la réalité est encore plus étrange que ce que le théorème de Bell a jamais suggéré.
Leur théorème de non-retour a montré que, si les prédictions de la mécanique quantique sont correctes, les trois hypothèses suivantes ne peuvent pas toutes être vraies : la localité (pas d'action étrange à distance), la liberté de choix (pas de conspiration cosmique vous incitant à régler vos détecteurs de telle sorte que les résultats semblent violer l'inégalité de Bell même si ce n'est pas le cas) et l'absoluité des événements observés (un électron avec un spin up pour l'ami de Wigner est un électron avec un spin up pour tout le monde). Si vous voulez des interactions locales et un cosmos sans conspiration, alors vous devez abandonner l'idée qu'un résultat de mesure pour un observateur est un résultat de mesure pour tous.
Il est significatif que leur théorème de non-droit " limite l’espace des théories métaphysiques possibles plus étroitement que le théorème de Bell ", a déclaré Cavalcanti.
" C’est une amélioration importante ", a déclaré Brukner. " C’est le théorème de non-entrée le plus précis et le plus solide. " C’est-à-dire qu’il s’agit de la métaphysique expérimentale la plus puissante à ce jour. " La force de ces théorèmes de non-entrée est précisément qu’ils ne testent pas une théorie particulière, mais une vision du monde. En les testant et en montrant les violations de certaines inégalités, nous ne rejetons pas une théorie, mais toute une classe de théories. C’est une chose très puissante. Cela nous permet de comprendre ce qui est possible. "
Brukner déplore que les implications de la métaphysique expérimentale n’aient pas encore été pleinement intégrées au reste de la physique en général – en particulier, selon lui, au détriment de la recherche sur la nature quantique de la gravité. " C’est vraiment dommage, car nous nous retrouvons avec des images erronées de ce à quoi ressemble le vide ou de ce qui se passe dans un trou noir, par exemple, alors que ces images sont décrites sans aucune référence aux modes d’observation ", a-t-il déclaré. " Je ne pense pas que nous ferons des progrès significatifs dans ces domaines tant que nous n’aurons pas vraiment travaillé sur la théorie de la mesure. "
On ne sait pas si la métaphysique expérimentale pourra un jour nous conduire à la théorie correcte de la gravité quantique, mais elle pourrait au moins réduire les chances de réussite. " Il y a une histoire, je ne sais pas si elle est apocryphe, mais elle est belle ", a écrit Cavalcanti dans un article de 2021 , selon laquelle Michel-Ange, lorsqu’on lui a demandé comment il avait sculpté David, a dit : " J’ai juste enlevé tout ce qui n’était pas David. " J’aime penser au paysage métaphysique comme au bloc de marbre brut – avec différents points du bloc correspondant à différentes théories physiques – et à la métaphysique expérimentale comme à un ciseau pour sculpter le marbre, en éliminant les coins qui ne décrivent pas le monde de notre expérience. Il se peut que nous soyons incapables de réduire le bloc à un seul point, correspondant à la seule véritable " théorie de tout ". Mais nous pouvons espérer qu’après avoir sculpté tous les morceaux que l’expérience nous permet de sculpter, ce qui reste forme un bel ensemble. "
Tandis que je parlais avec Cavalcanti, j’essayais de comprendre à quelle interprétation de la mécanique quantique il adhérait en déterminant les hypothèses métaphysiques auxquelles il espérait s’accrocher et celles qu’il était prêt à abandonner. Était-il d’accord avec l’ interprétation bohémienne de la mécanique quantique, qui échange la localité contre le réalisme ? Était-il un [a https://www.quantamagazine.org/quantum-bayesianism-explained-by-its-founder-20150604/ ]" QBiste "[/a], sans besoin de l’absoluité des événements observés ? Croyait-il aux conspirations cosmiques des superdéterministes , qui attribuent toutes les mesures corrélées dans l’univers actuel à un plan directeur établi au début des temps ? Et que dire des mesures engendrant des réalités parallèles, comme dans l’ hypothèse des mondes multiples ? Cavalcanti gardait le visage impassible d’un vrai philosophe ; il ne voulait rien dire. (Le chiot, pendant ce temps, se livrait à une lutte acharnée contre le tapis.) J’ai cependant saisi un indice. Quelle que soit l’interprétation qu’il choisira, il souhaite qu’elle touche au mystère de l’esprit – ce qu’est la conscience ou ce que l’on entend par observateur conscient. " Je pense toujours que c’est le mystère le plus profond ", a-t-il déclaré. " Je ne pense pas qu’aucune des interprétations disponibles ne parvienne réellement à la bonne histoire. "
Dans leur article de 2020 dans Nature Physics , Cavalcanti et ses collègues ont rapporté les résultats de ce qu’ils ont appelé une " version de démonstration de principe " de leur expérience Bell-cum-Wigner’s-friend, qui a montré une violation claire des inégalités dérivées des hypothèses conjointes de localité, de liberté de choix et d’absoluité des événements observés. Mais l’expérience est intrinsèquement délicate à réaliser, car quelque chose – ou quelqu’un – doit jouer le rôle d’observateur. Dans la version de démonstration de principe, les " amis " de Wigner étaient joués par les trajectoires de photons, tandis que les détecteurs de photons jouaient le rôle des Wigner. Il est notoirement difficile de dire si quelque chose d’aussi simple qu’une trajectoire de photon compte comme un observateur.
" Si vous pensez que n’importe quel système physique peut être considéré comme un observateur, alors l’expérience a déjà été réalisée ", a déclaré Cavalcanti. Mais la plupart des physiciens diront : " Non, je n’y crois pas. Alors, quelles sont les prochaines étapes ? Jusqu’où pouvons-nous aller ? " Une molécule est-elle un observateur ? Une amibe ? Wigner pourrait-il être ami avec une figue ? Ou un ficus ?
Si l’ami doit être humain, il est difficile de surestimer à quel point il serait difficile de mesurer un atome dans une superposition, ce qui est exactement ce que les Wigner de l’expérience sont censés faire. Il est déjà assez difficile de maintenir un atome dans une superposition. Maintenir les états superposés d’un atome signifie l’isoler de pratiquement toutes les interactions – y compris les interactions avec l’air – ce qui signifie le stocker à un cheveu au-dessus du zéro absolu. L’être humain adulte moyen, en plus d’avoir besoin d’air, est composé de quelque 30 000 milliards de cellules, chacune contenant environ 100 000 milliards d’atomes. La technologie, la motricité fine et l’éthique douteuse dont un Wigner aurait besoin pour effectuer sa mesure mettraient à rude épreuve l’imagination de n’importe quel physicien ou comité d’évaluation institutionnel. " On ne souligne pas toujours que cette expérience [proposée] est un acte violent ", a déclaré Myrvold. " Il s’agit essentiellement de détruire la personne puis de la réanimer. " Bonne chance pour obtenir la subvention pour cela.
Brukner, pour sa part, se demande si la mesure n’est pas seulement difficile, mais impossible. " Je pense que si nous mettons tout cela sur papier, nous verrons que les ressources nécessaires à Wigner pour effectuer cette mesure vont bien au-delà de ce qui est disponible dans l’univers ", a-t-il déclaré. " Peut-être que dans une théorie plus fondamentale, ces limitations feront partie de la théorie, et il s’avérera que cette question n’a aucun sens. " Ce serait un véritable tournant pour la métaphysique expérimentale. Peut-être que nos plus profondes intuitions sur la nature de la réalité viendront lorsque nous réaliserons ce qui n’est pas testable.
Cavalcanti garde cependant espoir. Nous ne pourrons peut-être jamais mener l’expérience sur un humain, dit-il, mais pourquoi pas un algorithme d’intelligence artificielle ? Dans son dernier ouvrage , en collaboration avec le physicien Howard Wiseman et la mathématicienne Eleanor Rieffel , il soutient que l’ami pourrait être un algorithme d’intelligence artificielle exécuté sur un grand ordinateur quantique, effectuant une expérience simulée dans un laboratoire simulé. " À un moment donné ", soutient Cavalcanti, " nous aurons une intelligence artificielle qui sera essentiellement impossible à distinguer de l’humain en ce qui concerne les capacités cognitives ", et nous pourrons tester son inégalité une fois pour toutes.
Mais cette hypothèse n’est pas sans controverse. Certains philosophes de l’esprit croient en la possibilité d’une IA forte, mais certainement pas tous. Les penseurs de ce que l’on appelle la cognition incarnée, par exemple, s’opposent à la notion d’esprit désincarné, tandis que l’approche énactive de la cognition n’accorde l’esprit qu’aux créatures vivantes.
Tout cela place la physique dans une position délicate. Nous ne pouvons pas savoir si la nature viole l’inégalité de Cavalcanti – nous ne pouvons pas savoir, en d’autres termes, si l’objectivité elle-même est sur le billot métaphysique – tant que nous ne pouvons pas définir ce qui compte comme observateur, et pour cela, il faut faire appel à la physique, aux sciences cognitives et à la philosophie. L’espace radical de la métaphysique expérimentale s’élargit pour les entrelacer toutes les trois. Pour paraphraser Gonseth, peut-être qu’elles forment un tout unique.
Auteur:
Internet
Années: 1985 -
Epoque – Courant religieux: Récent et libéralisme économique
Sexe: R
Profession et précisions: tous
Continent – Pays: Tous
Info:
Quanta Magazine, Amanda Gefter, 30 juillet 2024 - https://www.quantamagazine.org/metaphysical-experiments-test-hidden-assumptions-about-reality-20240730/?mc_cid=48655a0431&mc_eid=78bedba296
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tétravalence
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observateur défini
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désir de conclure
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questions
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solipsisme de la monade grégaire anthropique
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espace lointain
Le plus puissant télescope au monde réécrit l'histoire du temps et de l'espace
Le télescope James Webb de la NASA a permis de lever le voile sur les premières galaxies, qui sont plus nombreuses et plus brillantes que ce qu'imaginaient les scientifiques.
Sur l’une des vues les plus profondes de l’Univers jamais réalisées, le télescope spatial James Webb montre des milliers d’étoiles et de galaxies. Au centre, l’amas de galaxies distord le trajet de la lumière.
(Photo - simulation. Quand l'univers était jeune il y a plus de 13 milliards et demi d’années, aucune étoile ne brillait dans les profondeurs du ciel. Nous étions alors en plein âges sombres, époque où le cosmos était empli d’hélium et d’hydrogène – des gaz qui allaient constituer la matière première de tous les mondes à venir.)
Existait également la mystérieuse matière noire, dont la gravité allait pousser le gaz à se concentrer en structures complexes. Puis, avec l’expansion et le refroidissement ambiant, une partie de cette matière allait elle-même se concentrer en d’immenses sphères, qui attireraient le gaz. L’augmentation de la pression à l’intérieur de ces halos, comme les astronomes vont les nommer, poussa les atomes d’hydrogène à fusionner, formant ainsi des atomes d’hélium et allumant les premières étoiles de l’Univers primordial.
Émerveillé, j’observe ces prémices de l’aube cosmique à travers des lunettes 3D. Assis face à un projecteur à l’Institut Kavli d’astrophysique des particules et de cosmologie de l’université Stanford, aux États-Unis, je suis du regard des filaments de matière noire qui forment sur l’image un réseau gris fantomatique entre les halos au fur et à mesure que l’Univers s’étend. Des maelströms d’étoiles venant de naître s’enroulent en spirales au centre de ces derniers pour former les premières galaxies.
Depuis des décennies, les scientifiques travaillent au récit de l’origine de l’Univers. Mais, l’an dernier, le télescope spatial le plus perfectionné jamais construit a changé la donne. Le James Webb Space Telescope (JWST) a mis au jour d’anciennes galaxies, plus nombreuses et actives que prévu, dévoilant ainsi un prologue frénétique à la saga de l’espace et du temps.
Le télescope James Webb ne peut cependant pas distinguer les premières étoiles, pas encore assez brillantes pour être détectées. Il faudra attendre qu’elles rayonnent pendant quelques millions d’années avant d’exploser en supernovae – une parenthèse à l’échelle du temps astronomique.
" En fait, nous avons un peu ralenti les images, me confie le cosmologiste Tom Abel. Ça va tellement vite. La version complète aurait été constituée de flashes beaucoup plus rapides. "
Ces flashes, en fait des supernovae nées d’étoiles dont la masse peut atteindre des centaines de fois celle du Soleil, ont généré de nouveaux éléments qui ont transformé l’Univers : oxygène (nécessaire à la formation de l’eau), silicium (à celle des planètes), ou encore phosphore (indispensable aux cellules). Ces premières étoiles ont aussi cassé les atomes d’hydrogèn locaux, contribuant à rendre l’espace transparent, moment clé connu sous le nom de " réionisation ". À mesure que la brume se levait, des poches d’astres ont fusionné, formant des agglomérats tourbillonnants toujours plus vastes – dont les premiers éléments de notre Voie lactée.
Tom Abel a commencé à modéliser la naissance des premières étoiles dans les années 1990, alors que la nature du premier objet astronomique restait une énigme : s’agissait-il d’un trou noir, d’un corps de la taille de Jupiter, ou d’autre chose ? Par ses simulations informatiques, il a contribué avec ses collègues à établir qu’il devait s’agir d’étoiles, nées là où la gravité l’avait lentement emporté sur la pression du gaz. Il pensa alors qu’il n’y avait plus rien à apprendre.P
Puis vint le télescope James Webb.L
Lancé le matin de Noël 2021, le télescope spatial est maintenant positionné à 1,5 million de kilomètres de la Terre. Son miroir primaire de 6,5 m recouvert d’or capte une lumière qui a traversé l’espace pendant plus de 13 milliards d’années, nous révélant le visage d’alors des premières galaxies.
Les astronomes s’attendaient à détecter des galaxies naissantes. Mais ils ne pensaient pas en trouver autant, ni que cela puisse bouleverser leur compréhension des choses.
Dans cette région de la nébuleuse d’Orion, le rayonnement ultraviolet venant d’un amas d’étoiles voisin provoque d’intenses réactions chimiques. Le JWST y a découvert des cations méthyles. Ce composé carboné – encore jamais détecté dans l’espace – facilite la formation de molécules complexes nécessaires à la vie.
(photo : Dans cette région de la nébuleuse d’Orion, le rayonnement ultraviolet venant d’un amas d’étoiles voisin provoque d’intenses réactions chimiques. Le JWST y a découvert des cations méthyles. Ce composé carboné – encore jamais détecté dans l’espace – facilite la formation de molécules complexes nécessaires à la vie.)
L'étude des galaxies la plus poussée jamais entreprise a débuté en septembre 2022, quand l’équipe internationale du JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) a commencé à braquer le télescope sur des régions du ciel des dizaines d’heures d’affilée. Deux semaines plus tard, elle se réunissait à Tucson, à l’université de l’Arizona, pour discuter des premiers résultats.
Quelque cinquante astronomes se sont entassés dans une salle de classe, certains restant debout au fond de la pièce ou apportant des chaises supplémentaires pour pouvoir s’asseoir le long des murs.
Tous les scientifiques présents scrutaient avec fébrilité sur leurs ordinateurs une mosaïque de centaines d’images fraîchement capturées, partagée quelques jours auparavant. Elle contenait des dizaines de milliers de galaxies et autres objets célestes, et des murmures enthousiastes se faisaient entendre à mesure que les participants s’indiquaient des choses jamais vues jusque-là : des régions remplies d’étoiles en formation, des centres galactiques incandescents où pourraient se cacher des trous noirs, des taches de lumière rougeâtres provenant de galaxies si éloignées que seul le télescope James Webb pouvait les détecter. " On était comme des enfants dans un magasin de bonbons ", me raconte Marcia Rieke, astronome à l’université de l’Arizona et l’une des responsables du programme JADES.
Contrairement au télescope Hubble, notre précédente fenêtre sur le passé lointain, le télescope James Webb observe l’Univers dans l’infrarouge – ce qui en fait un instrument idéal pour capturer les rayons des premières étoiles, émis sous forme d’ultraviolets mais dont les longueurs d’ondes, étirées par l’expansion de l’Univers, se sont ensuite décalées vers le rouge. Plus ce décalage est prononcé, plus la cible est éloignée et donc ancienne.
Marcia Rieke a supervisé les débats avec un mélange de joie et de rigueur, répondant aux questions techniques ou discutant du fonctionnement du télescope. En plus d’être l’une des chercheuses les plus éminentes du JADES, elle est la responsable principale de la caméra dans le proche infrarouge (NIRCam) du JWST – à l’origine de la mosaïque de galaxies source de tant d’émoi. Elle a supervisé la conception de l’appareil de 150 kg, un assemblage de miroirs, de lentilles et de détecteurs permettant d’absorber la lumière de l’Univers et de l’étudier à travers différents filtres. "Ces images sont à la hauteur de toutes nos espérances ", souligne-t-elle.
Pour autant, tout ne fonctionne pas parfaitement sur le télescope. Son spectrographe dans le proche infrarouge (NIRSpec) a connu des courts-circuits, qui ont créé des taches claires sur certaines cibles visées. L’instrument a pour fonction de scinder la lumière en spectres, ce qui permet aux scientifiques de reconstituer la composition chimique d’une galaxie et de mesurer précisément son décalage vers le rouge. Si les images de la NIRCam peuvent aider à estimer les distances des galaxies, on a besoin du NIRSpec pour les confirmer. Les courts-circuits ont retardé certaines observations, ce qui fut un mal pour un bien. Car, si les astronomes avaient prévu d’utiliser le NIRSpec pour examiner des objets connus grâce au télescope spatial Hubble, ils pouvaient désormais changer de cibles et s’intéresser aux galaxies tout juste découvertes par la NIRCam. " Nous sommes devenus fous en les traquant dans ces données que personne n’avait jamais vues ", me glisse Kevin Hainline, astrophysicien à l’université de l’Arizona.
Une chose que l’équipe ne pouvait pas faire, c’était changer l’orientation du télescope. Par chance, quatre galaxies lointaines se trouvaient dans son champ de vision. Deux d’entre elles, comme le confirmerait le NIRSpec, étaient plus éloignées et plus vieilles qu’aucune autre connue.
La plus distante, JADES-GS-z13-0, s’était formée juste 325 millions d’années après le big bang. " Dans toute cette folie, je n’ai pas réalisé la portée de ce moment où j’étais assis là, à me dire : - Oh ! C’est la galaxie la plus lointaine que l’homme ait jamais vue !”, raconte Kevin Hainline.
Deux choses sont déjà claires à leur propos : elles sont plus nombreuses que prévu, et étonnamment brillantes pour leur âge. Ces anomalies pourraient être dues au fait que les premières étoiles qui les constituent se sont formées plus facilement qu’on le pensait, ou qu’il y avait plus d’étoiles massives que ce qui était envisagé.
Une des premières galaxies, GN-z11, datant d’environ 440 millions d’années après le big bang, était suffisamment brillante pour que Hubble la repère dès 2016. Le JWST l’a aussi observée et a capté son spectre avec le NIRSpec. " Celle-là a à la fois déconcerté et enthousiasmé tout le monde ", note Emma Curtis-Lake, astrophysicienne à l’université du Hertfordshire, en Angleterre, et membre de l’équipe du NIRSpec.
Certains éléments chimiques génèrent des raies d’émission brillantes dans le spectre d’une galaxie, telles des empreintes digitales que laisserait derrière elle la matière galactique. Le spectre de GN-z11 a révélé une quantité étonnante d’azote – ce qui a surpris les scientifiques, incapables d’en expliquer la source. Il est possible qu’une population d’étoiles de Wolf-Rayet, très chaudes et très actives, ait dispersé cet élément via des vents stellaires. À moins que plusieurs étoiles massives soient entrées en collision, libérant de l’azote dans le processus.
Les galaxies lointaines ne sont pas le seul moyen d’en savoir plus sur l’Univers primordial. Des galaxies naines proches contiennent de petites étoiles qui se sont formées très tôt et existent toujours. C’est le cas de la galaxie de Wolf-Lundmark-Melotte (en haut, à gauche, sur une image du VST, le télescope de sondage du VLT, de l’Observatoire européen austral, ou ESO, au Chili). Le JWST en a scruté l’intérieur (voir les images ci-dessous) pour étudier quelques-unes de ces anciennes étoiles à combustion lente – fossiles des époques passées.
(PHOTO du european southern observatory : GN-z11 pourrait aussi abriter un trou noir supermassif en son centre, ce qui serait remarquable pour cette époque primitive. Il serait " le trou noir le plus éloigné identifié ", pointe l’astrophysicienne. Caché, il a été révélé par des raies spectrales qui suggèrent que de la matière se déplace dans une zone dense, tourbillonnant à plus de 1,5 million de kilomètres à l’heure – le genre de chose auxquelles on s’attend près d’un trou noir. Mais comment ce dernier a pu se développer aussi vite, donc tôt, reste un mystère.)
George, le mari de Marcia Rieke, lance, en entrant dans une salle de contrôle servant aussi de kitchenette : Ce n’est plus comme avant. " Son épouse confirme : " Non, il y a cinq fois plus d’écrans. " Le couple a proposé de me montrer un vieux télescope dans les montagnes, près de Tucson, où ils ont passé une grande partie de leur début de carrière. Tous deux astronomes à l’université de l’Arizona, ils se sont rencontrés en 1972. Le télescope de 1,5 m du mont Bigelow était alors assez récent et servait à cartographier la surface de la Lune. Il est devenu l’un des principaux observatoires dans le domaine naissant de l’astronomie infrarouge. Une sorte d’aïeul du télescope James Webb.
Les Rieke ont contribué à assurer la passation entre les deux instruments. Alors que Marcia supervisait le développement de la NIRCam, George était en charge du MIRI (Mid-Infrared Instrument – pour des mesures dans l’" infrarouge moyen ") du JWST. Restant éveillés des nuits entières, ils ajustaient lentement l’engin pour qu’il garde une cible en vue pendant que
la Terre tournait. Aujourd’hui, leurs assistants peuvent faire la plus grande partie de ce travail à partir d’ordinateurs portables. " Une bande de chiffes molles ", plaisante George.
Dans les années 1970, le couple a effectué au mont Bigelow quelques-unes des premières observations dans l’infrarouge du centre de la Voie lactée. Les scientifiques tenaient alors cette zone de notre galaxie pour " une collection de vieilles étoiles sans intérêt ", se rappelle Marcia. Mais, dans cette lumière infrarouge, des poches de gaz turbulentes accueillant la formation rapide d’étoiles sont apparues. " Tout le tableau en a été changé ", note George.
À l’époque, la lumière infrarouge commençait tout juste à être étudiée en astronomie. Le développement de nouveaux capteurs a peu à peu permis de révéler cette immense partie jusque là ignorée du spectre électromagnétique – allant des rayons gamma aux ondes radio. Le télescope du mont Bigelow a permis de combler une lacune dans l’observation de l’Univers local, et le JWST est ensuite venu compléter notre vision du cosmos lointain.
Mais, pour comprendre vraiment nos origines cosmiques, le télescope spatial ne suffira pas.
Par un matin d'avril, je me suis retrouvé sur un plateau entre des volcans enneigés du désert d’Atacama, au Chili, plissant les yeux dans le soleil. Des tubes en plastique m’apportent un complément d’oxygène, précaution nécessaire quand on rejoint le Grand Réseau millimétrique /submillimétrique de l’Atacama (ALMA), un télescope situé à 5 000 m d’altitude.
Le ciel est d’un bleu plus profond, avec une atmosphère moins dense en molécules risquant de disperser la lumière – un lieu idéal pour l’astronomie. D’où les dizaines d’antennes paraboliques hautes de quatre étages se dressant face à moi, comme autant de sentinelles disséminées sur le plateau andin de Chajnantor. Dans un étonnant ballet, toutes pivotent de conserve quand elles se fixent sur une nouvelle cible.
Le nuage moléculaire géant de Rho Ophiuchi est la pouponnière d’étoiles la plus proche de la Terre. Une cinquantaine d’étoiles y naissent dans des cocons de gaz et de poussière, la plupart de masse similaire au Soleil. En bas, une étoile plus puissante crée une cavité géante.
Observatoire de radioastronomie parmi les plus perfectionnés de la planète, l’ALMA est aussi l’un des rares outils capables de percevoir les galaxies primitives découvertes par le JWST, bien qu’avec une approche différente. Le télescope spatial capte la lumière des étoiles perçant à travers la poussière des galaxies ; tandis que l’ALMA traque la luminosité de la poussière elle-même, chauffée par les étoiles situées à l’intérieur de ces galaxies. " Ces grains de poussière proviennent de l’explosion de supernovae, ce qui permet d’obtenir indirectement des informations sur elles et, partant, sur la première population d’étoiles ", explique María Emilia De Rossi, astrophysicienne à l’Institut d’astronomie et de physique de l’espace (IAFE) à Buenos Aires.
L’ALMA a donc orienté ses antennes paraboliques vers certaines des galaxies primordiales. Mais, lors de ses premières tentatives, il n’a souvent pas été en mesure de détecter d’émission de la poussière. Cela pourrait signifier que les galaxies sont encore à un stade embryonnaire et qu’il n’y a pas assez de poussière générée par des explosions stellaires – ou bien que certaines sont en fait plus proches qu’on ne le pensait.
Dans un cas, l’ALMA a toutefois bien détecté une raie d’émission à côté d’une cible du JWST, suggérant que les étoiles de la galaxie ont dispersé leur poussière, ou alors que deux galaxies dans des phases différentes de leur vie sont en train de fusionner.
Mais ces premières tentatives de l’ALMA pour détecter les galaxies découvertes par le JWST n’étaient que des aperçus fugitifs : des observations plus longues sont désormais prévues. Elles pourraient révéler la quantité de poussière et, surtout, le nombre d’éléments lourds produits – témoins du stade d’évolution des galaxies. Lors de ma visite, deux de ses imposantes antennes avaient été démontées à des fins d’amélioration. Bientôt, elles retourneront sur le plateau de Chajnantor et poseront un regard encore plus performant vers le firmament pour s’attaquer aux mystères des galaxies primordiales.
Auteur:
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Années: 1985 -
Epoque – Courant religieux: Récent et libéralisme économique
Sexe: R
Profession et précisions: tous
Continent – Pays: Tous
Info:
Jay Bennett, 1 aout 2024, Source : national geographic 2023
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