Qu'est-ce que l'espace-temps? Une nouvelle théorie semble répondre à la grande question de la physique et de la philosophie

L'enchevêtrement quantique, avec ses étranges connexions distantes instantanées, semble être la structure même de l'espace-temps. Les implications sont étonnantes et accablantes

Les particules subatomiques présentent une propriété qui a largement défini la notion populaire selon laquelle le monde quantique est extrêmement étrange et mystérieux. C'est l'enchevêtrement quantique ou la connexion instantanée entre deux particules (ou systèmes quantiques) qui permet de mesurer une particule afin de déterminer l'état d'une autre, quelle que soit sa distance. Ainsi, une particule sur Terre peut affecter en même temps une autre particule qui se trouve dans les Pléiades, comme si elles étaient la même unité. C’est quelque chose de si étrange pour la physique classique - puisqu'elle contredit apparemment les lois de la nature, en particulier la limite de vitesse de la lumière - qu'Einstein a qualifié de propriété effrayante ou affreuse (" action fantasmagorique à distance"). ") cela devrait être fictif. Récemment, cependant, des physiciens ont découvert que l'intrication quantique est non seulement réelle mais pourrait également être responsable de la géométrie de l'espace-temps. Paradoxalement, c'est Einstein qui a eu la vision de concevoir l'espace-temps comme un continuum essentiellement géométrique.

L'une des grandes innovations d'Einstein a été sa conclusion que la gravité est une propriété de la géométrie temps-espace. Dans la théorie d'Einstein, l'interaction entre la matière et l'énergie et l'espace-temps constitue une distorsion de la géométrie fondamentale de l'espace-temps, c'est la fameuse courbure qui a généré tant de spéculations sur les possibles voyages d'un bout à l'autre du monde. univers C'est à cette distorsion que nous nous référons quand nous parlons de gravité, une propriété émergente et relative. En d’autres termes, la gravité est une géométrie, cette dernière étant le constituant fondamental de la cosmologie d’Einstein.

Le grand défi de la physique contemporaine est la réconciliation de la gravité avec la mécanique quantique. Mark Van Raamsdonk, l’un des jeunes physiciens qui s’est approché le moins du monde pour enfin trouver le fil d’or de la connexion entre ces deux modèles, a développé une théorie assez plausible suggérant que l’intrication quantique est à la base de la géométrie de l’univers et Par conséquent de la gravité. "Spacetime est juste une image géométrique de la manière dont un système quantique s'entrelace", déclare Van Raamsdonk.

LE PRINCIPE HOLOGRAPHIQUE

Van Raamsdonk a développé le principe holographique du physicien argentin Juan Maldacena, affirmant que l'univers 3D dans lequel nous croyons vivre est le développement d'un univers 2D contenant des informations codées qui sont affichées comme la réalité que nous vivons. De la même manière qu'un film holographique 2D affiche une image 3D. La théorie, également connue sous le nom de «dualité de Maldacena», suggère qu'il existe deux modèles différents de l'univers. Une frontière, conçue comme une surface 2D, est définie mathématiquement, est exempte de gravité et à une distance infinie de tout point de l’autre univers. Cet autre univers est connu sous le nom de masse (en vrac), a trois dimensions et est délimité par le premier de la même manière que l'air en trois dimensions est entouré par la surface en deux dimensions d'un globe. Selon l'éditeur de la revue Nature, les particules de cet univers volumineux obéissent aux équations des systèmes quantiques de l'univers frontière.

L'image décrit comment l'intrication quantique crée un espace-temps. (Olena Shmahalo / Magazine Quanta)

Maldacena a popularisé l'idée que l'univers pourrait être un hologramme après avoir découvert que ces deux univers correspondaient parfaitement; De la même manière que le circuit d'une puce code des images 2D en 3D d'un jeu d'ordinateur, les informations de l'univers frontière contiennent les informations exactes et les principes physiques qui régissent l'univers 3D en vrac. On a donc spéculé que notre univers pourrait être une sorte de projection holographique générée à la surface d’un trou noir.

LA COLLE GÉOMÉTRIQUE DE COSMOS

Dans ce qui est considéré comme une avancée potentiellement révolutionnaire, Van Raamsdonk a été en mesure d'éliminer l'enchevêtrement qui reliait ces deux univers modèles à l'aide d'un outil mathématique. Le physicien a observé que lorsque cette colle cosmique est retirée de ce modèle, l'espace-temps commence à s'allonger jusqu'à se fragmenter en fragments disjoints, "comme lorsqu'une gomme est trop tendue", tout est atomisé. Or, cela pose problème car la définition même de l'espace-temps est celle d'une unité continue. Nous pourrions définir l'espace-temps comme "l'union de tous les événements de la même manière qu'une ligne est l'union de tous les points". En d'autres termes, sans intrication quantique, l'univers n'est tout simplement pas un univers. "L'entrelacement est l'ingrédient essentiel qui unit intimement l'espace-temps - et pas seulement dans le cas des trous noirs, mais toujours", déclare Ron Cowen dans Nature . "L’enchevêtrement est le tissu de l’univers", déclare Brian Swingle de l’Université de Stanford, "c’est le fil conducteur qui unit tous les systèmes en un." Le physicien John Preskill explique que l'enchevêtrement est ce qui nous permet "d'apprendre quelque chose d'une partie en observant une autre", parlant en termes physiques d'une sorte de système de correspondances ou d'analogies au cœur de la matière. Juan Maldacena pense que l'intrication quantique est responsable de la "belle continuité de l'espace-temps. En d'autres termes, la structure solide et fiable de l'espace-temps est due aux propriétés fantasmagoriques de l'enchevêtrement".

Les travaux de Van Raamsdonk, ajoutés à ceux de Maldacena et d'autres physiciens, semblent avoir trouvé la "colle géométrique" du cosmos, à partir de laquelle il est possible de dériver un modèle d'enchevêtrement quantique dans lequel la loi qui empêche quelque chose de voyager n'est pas remise en question plus rapide que la vitesse de la lumière. Il est suggéré que les particules reliées par enchevêtrement forment un trou de ver, une sorte de tunnel qui les relie à distance. Maldacena explique que l'enchevêtrement et le vortex sont des synonymes. Mais ce trou de ver n’est pas exactement un tunnel comme nous l’imaginons normalement, mais c’est une sorte de raccourci ou de passage qui relie immédiatement deux points de l’univers. Selon Maldacena, l'intrication quantique génère une "connexion géométrique" qui connecte les particules même s'il "n'existe pas d'interaction directe entre les deux systèmes". Les trous de ver sont ensuite définis géométriquement et non topologiquement. En d'autres termes, les trous de ver seraient eux-mêmes une information quantique entrelacée et non une structure spatiale en tant que telle. L'enchevêtrement quantique semble forcer l'univers à être des objets non-locaux, non séparables et différentes régions de l'espace non indépendants. L'enchevêtrement quantique, si une telle chose est concevable, va au-delà de l'espace-temps; C'est, selon Van Raamsdonk, qui le crée.

Pour comprendre cela, la façon dont Maldacena explique l'interaction entre les particules à l'intérieur et à l'extérieur d'un trou noir peut nous aider. La physique soutient que les informations ne sont pas détruites, ce qui pose problème dans le cas des trous noirs, auxquels, selon l'ancien modèle, rien ne peut échapper. Pour que l'information ne soit pas perdue, Maldacena indique que les particules à l'intérieur du trou noir doivent être connectées aux particules qui l'ont quitté il y a longtemps (émises par le soi-disant nuage de Hawking): les particules à l'intérieur et à l'extérieur sont considérées comme le même particule. Un trou de ver complexe en forme de pieuvre relierait les particules. C'est le paradoxe central: il y a un lien et pourtant les particules pour toutes les considérations pratiques sont identiques. C'est la zone prototypique de ce qu'on appelle l'étranglement quantique, dans laquelle on trouve une sorte de koan cosmique qui défie la logique ordinaire.

IMAGE: Olena Shmahalo / Magazine Quanta

CALCUL HOLOGRAPHIQUE QUANTIQUE

Sous cette logique non aristotélicienne, considérons le cas des ordinateurs quantiques qui pourraient théoriquement traiter une quantité d'informations infiniment plus grande que nos ordinateurs les plus avancés actuellement. Les ordinateurs quantiques fonctionneraient par enchevêtrement, calculant dans un état superposé, simultanément des zéros et des uns, non pas en bits, mais en q-bits. Les q-bits, comme les pixels holographiques, seraient stockés de manière non locale, pas à un point spécifique, mais répartis sur une large zone d'espace. Van Raamsdonk compare notre univers à un ordinateur quantique: "Une puce métaphorique stockant toute la programmation de l'univers doit stocker des informations sous la forme d'un ordinateur quantique." Dans votre modèle, les q-bits doivent être connectés par un enchevêtrement quantique de manière globale. "Pour disposer de l'espace-temps classique, vous devez entrelacer toutes les parties de votre puce mémoire", déclare Van Raamsdonk. Il apparaît alors que l’espace est la tresse de tous les micro-états quantiques - et cette tresse, cet écheveau holographique est la géométrie même du cosmos à partir de laquelle des propriétés telles que la gravité émergent.

Sans cacher son enthousiasme, Mark Van Raamsdonk a extériorisé son épiphanie: "Je pensais alors comprendre ce qu'est l'espace-temps." La grande contribution d'Einstein a été de démontrer que l'espace et le temps constituaient une unité fluide, un continuum, une relation inextricable. La physique actuelle semble atteindre un niveau encore plus profond dans cette relativité espace-temps, montrant que l'enchevêtrement est un concept encore plus profond et plus essentiel que le temps et l'espace eux-mêmes. Van Raamsdonk suggère que l'univers est essentiellement un enchevêtrement quantique, mais comment pouvons-nous comprendre cet enchevêtrement quantique d'un point de vue philosophique, puisque nous traversons sans aucun doute le champ de la philosophie?

LA PHILOSOPHIE DE L'ESPACE-TEMPS

Croire de toute évidence avoir une réponse concluante à cela serait trop prétentieux. Cependant, nous pouvons poser de nouvelles questions et examiner la question sous différents angles. Pour cela, examinons d’abord brièvement ce que nous savons de l’intrication quantique. Nous savons que deux particules sont étroitement liées lorsque, lors de la mesure d’une particule, l’autre se trouve instantanément à l’endroit où sont déterminés les principes de conservation de l’énergie, de quantité de mouvement, de mouvement angulaire et de spin . Avant cela, nous ne pouvons pas déterminer son emplacement (ce n'est pas local), et ce n'est qu'après la mesure que nous pouvons dire que les particules sont séparées. C’est pourquoi, lorsque l’on parle de non-localité, l’inséparabilité est également présumée.

Selon les physiciens Nicolas Gisin et Antoine Suarez, cela signifie que "quelque chose vient de l'extérieur du temps et de l'espace". Marvin Chester écrit dans son livre Primer of Quantum Mechanic s: "Avant la mesure, il n’ya pas de paire de particules; il n’ya qu’un atome gigantesque. Cet atome imprègne tout l’espace. L’expérience dématérialise l’atome et fait apparaître deux particules. Chacun se matérialise, comme il se doit dans l’univers, pour préserver les lois de la nature. "

Cela semble nous dire que l'univers dans son état d'incommensurabilité est un atome unique, indissociable de la monade de Pythagore. (Comment expliquer l'intrication quantique si ce n'est pas par l'unité, au-delà de l'apparence de la séparation?). C'est dans l'acte de mesure qu'il se sépare et se révèle comme une multiplicité soumise au temps et à l'espace. Il y a un facteur dans l'équation que Maldacena et Van Raamsdoonk n'ont peut-être pas envisagé: la conscience. La conscience reste l’un des mystères de la science moderne, mais certains physiciens pensent qu’il pourrait s’agir d’une propriété aussi fondamentale que l’espace-temps et non d’une condition émergente. Selon Roger Penrose et Stuart Hameroff, la conscience est plus qu'un simple calcul, c'est un "processus quantique intrinsèque à l'univers" qui est connecté à la structure de l'univers à son échelle la plus fondamentale: la géométrie de l'espace-temps. Nous arrivons ainsi à un étrange réseau d'identité analogique: espace-temps, géométrie, enchevêtrement quantique et conscience, peut-être des termes différents pour décrire la même chose (et son unique)? Hameroff lui-même reconnaît que cela a des implications spirituelles.

Le kabbaliste Aryeh Kaplan, dans sa traduction du Sefer Yetzirah, parle de la vision kabbalistique de l'univers en tant que triade: esprit-espace-temps, continuum (où nous pourrions échanger conscience et esprit). Les textes kabbalistiques indiquent que toutes les choses ne font qu'un: l'émanation d'Ein Sof, l'unité absolue et sans faille, l'infini, le non-lieu où les lois de la physique s'annulent et suggèrent que nous ne percevons que des choses séparées, éloignées les unes des autres. et fragmentaire par une fausse habitude de perception - c'est notre cognition, notre mesure qui sépare les choses et les représente en tant que sujets et objets, en tant que particules différentes. À l'état non verbal, de non-mesure, de réalité, le cosmos tout entier est une chose - ce n'est que lorsque nous le décrivons qu'il se multiplie. Le physicien David Bohm parle d'une totalité implicite à partir de laquelle les particules et les phénomènes observés émergent de manière dualiste; La totalité implicite de Bohm, qu'il qualifie de mer de conscience et de potentialité infinie, semble être quelque peu similaire à Ein Sof et au même sunyata du bouddhisme, le vide radieux.

Alain Daniélou, musicologue français et érudit de jaïnisme, explique que dans la vision du monde des Puranas (les textes qui rassemblent les légendes des dieux hindous), il existe une trinité fondamentale: la conscience, l'espace et le temps. Trois aspects d'une même réalité. Cela ne diffère pas trop de l'idée hindoue qui croit que la création est une pensée unique - ou un rêve - qui se produit dans la conscience d'un être universel.

Cette trinité d'interdépendance conscience-temps-espace a également été mise en garde par Jung. Dans son livre sur la synchronicité, le psychologue suisse écrit:

Des expériences menées sur le Rhin ont montré qu'en relation avec la psyché, le temps et l'espace sont pour ainsi dire "élastiques" et peuvent apparemment être réduits au point de disparaître, comme s'ils dépendaient de conditions psychiques et n'existaient pas d'eux-mêmes, mais plutôt ont été "postulés" par l'esprit conscient. Dans la vision du monde d'origine, telle que nous la trouvons parmi les hommes primitifs, le temps et l'espace ont une existence précaire. Ils ne deviennent des concepts "fixes" qu'au cours du développement mental, grâce notamment à l'introduction de la mesure. En eux-mêmes, l'espace et le temps ne sont rien. Ce sont des concepts hypostasiés générés par l'activité discriminatoire de l'esprit conscient et qui forment les coordonnées indispensables pour décrire le comportement des corps en mouvement. Ils sont donc essentiellement psychiques d’origine.

Le dernier aspect avec lequel je veux "mêler" la physique à la philosophie (en me basant sur la vieille idée selon laquelle la métaphysique d'aujourd'hui (ou celle d'hier) est la physique de demain) est cette idée d'interdépendance. Si l’intrication quantique imprègne l’espace dans son aspect le plus fondamental, de sorte qu’il puisse être conçu comme un tissu quantique de particules entrelacées (une fois qu'une particule entre en contact avec une autre, elles forment un système et restent enchevêtrées théoriquement pour toujours) et régions spatiales qui ne peuvent pas être considérées indépendamment (et suivant la synchronicité de Jung, également des moments de temps entrelacés), alors nous pouvons dire que toutes les choses sont intrinsèquement liées et dépendent les unes des autres. C'est presque exactement ce que dit le bouddhisme mahayana depuis près de 2 000 ans. De la même manière que pour la physique moderne, l'intrication quantique équivaut à l'espace-temps, pour le grand philosophe bouddhiste Nagarjuna, l'interdépendance de tous les phénomènes et de toutes choses équivaut à la vacuité. Les choses sont vides, car elles manquent d’une existence inhérente et indépendante, elles n’ont pas de nature propre, individuelle ou distincte, elles sont enchâssées dans le tissu même de l’univers, de la même manière qu’une vague n’a pas d’existence indépendante de l’océan (et une particule de la mousse quantique?). Jay Garfield, traducteur de Mulamadhyamakakarika, le texte essentiel de Nagarjuna, donne l'exemple d'un tableau (et pourquoi il est vide):

Son existence en tant qu'objet, c'est-à-dire en tant que table, dépend non seulement de lui-même ou de toute caractéristique non relationnelle, mais également de nous. En d’autres termes, si ce type de mobilier n’avait pas évolué dans notre culture, ce qui nous semble être un objet manifestement unitaire serait au contraire décrit correctement comme cinq objets: quatre bâtons très utiles montés de manière absurde sur une planche de bois en attente de sculpture. C'est aussi dire que la table dépend de ses parties, de ses causes, de son matériau, etc. En dehors de cela, il n'y a pas de table. On peut dire que la table est une bande d’espace-temps purement arbitraire, choisie par nous comme référent d’un nom unique, et non pas une entité qui demande à elle-même une reconnaissance et une analyse philosophique pour en révéler l’essence.

Comme le tableau, dit Nagarjuna, tous les phénomènes sont vides et n’ont pas d’existence réelle indépendante. Y compris le vide lui-même. Et peut-être le grand professeur bouddhiste ne s'est-il pas trompé, car apparemment l'espace-temps est au niveau le plus fondamental, nous pouvons connaître une série de parties liées à d'autres parties et ainsi de suite à l'infini. Toutes les choses nous-mêmes sont faites de cet enchevêtrement, de cette concaténation, de cette pratītyasamutpāda (origine dépendante), de cette chaîne de réflexions sans substance qui émergent et reviennent toujours au vide et ne peuvent donc pas être considérées comme ayant une essence différente de ce vide. Les implications sont vraiment écrasantes.

Twitter de l'auteur: @alepholo

Sources

https://www.quantamagazine.org/20150428-how-quantum-pairs-stitch-space-time/

http://www.nature.com/news/the-quantum-source-of-space-time-1.18797?utm_content=bufferdaa6d&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=buffer

https://www.elsevier.com/connect/q-and-a-2-renowned-physicists-on-the-controversial-theory-of-consciousness

https://www.quantamagazine.org/20150424-wormholes-entanglement-firewalls-er-epr/

http://www.thezensite.com/ZenEssays/Nagarjuna/Dependent_Arising.htm