07/05/2022 Représentations de l’univers et cerveaux

Les humains se sont toujours représenté l’univers, dont ils font partie, d’une façon différente selon les capacités de leurs cerveaux et la portée de leurs connaissances scientifiques. Aujourd’hui, cependant, ils ne sont pas beaucoup plus capables que ne l’étaient leurs ancêtres de répondre aux questions fondamentales que pose l’univers.

1 L’univers est-il en expansion ? Si oui, cette expansion a-t-elle commencé à partir d’un point origine en deçà duquel il n’y avait rien . Mais que signifie ce concept de rien : serait-ce l’absence de temps et d’espace ?

2 Si l’univers était en expansion, cette expansion signifie-t-elle que les myriades d’étoiles, de planètes ou de corps planétaires qu’il contient vont se retrouver si éloignés les uns des autres qu’ils ne pourront plus communiquer, même à des vitesses proches de celle de la lumière ? D’autres corps célestes apparaîtront-ils pour prendre le relais ? Et ceci jusqu’à quand ?

3 Dans le cas ou l’univers s’étendrait à l’avenir au delà de sa partie aujourd’hui visible, serait-il semblable à ce que nous en connaissons aujourd’hui?

4 Les mythes et les religions se donnent de l’univers des images plus simples que celles données par la science moderne. On y trouve en général un dieu créateur et des périodes, qu’il s’agisse de l’enfer ou du paradis, qui s’étendent indéfiniment le temps. S’agirait-il d’une préconnaissance scientifique de ce que serait l’univers ? Notre science pourrait-elle s’en inspirer ?

5 Les animaux non humains dotés de cerveaux se donnent-ils des représentations de l’univers , univers proche ou lointain ? Si oui, ces représentations sont elles suffisamment pertinentes pour que nous en tenions compte ?

6 On dit que le cerveau humain est la chose la plus complexe que la science humaine puisse identifier dans l’univers. Si grâce par exemple à des prothèses cérébrales nouvelles, il pouvait gagner encore en complexité, la représentation de l’univers que se donne aujourd’hui la science serait-elle modifiée. Cette modification se traduirait-elle par des images de l’univers soit plus complexes soit plus simples que celles que nous en avons aujourd’hui, grâce à notre cerveau actuel. Faudrait-il mettre en place des recherches scientifiques sur ces thèmes ?

7 La physique quantique décrit les particules, les atomes, les molécules du monde microscopique. Les particules quantiques sont dotées de propriétés non reproductible dans l’univers macroscopique. Elles ne sont pas directement observables et ne peuvent donc être décrites qu’en termes de probabilités dans le cadre de l’équation de Schrödinger. Elles peuvent interagir à des vitesses supérieures à celles de la lumière, autrement dit quasi instantanément sans tenir compte du temps et de l’espace newtonien dans lequel nous nous situons. Elles sont dotées de capacités de superposition de qualités quantiques. La question de savoir s’il existe un ou plusieurs univers quantique et donc des « cerveaux quantiques » devrait-elle désormais être abordée dans les études portant sur les représentations de l’univers en fonction des capacités de nos cerveaux ?

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Sur ces sujets, nous republions ici un article de la philosophe et physicienne française Laurie Dutertre, article dont l’original se trouve dans Télérama.

Voir https://www.numerama.com/sciences/723311-dans-le-monde-quantique-passe-et-futur-pourraient-se-melanger.html

Laurie Letertre

Depuis un peu plus d’une décennie, des physiciens étudient un étrange phénomène du monde quantique. À très petite échelle, il se pourrait que l’ordre temporel entre différents événements ne soit pas toujours bien défini.

La physique quantique décrit le monde microscopique avec une précision impressionnante. Ses prédictions n’ont encore jamais été contredites par les expériences. Mais elle est aussi réputée pour ses étrangetés. En effet, les objets microscopiques se comportent de manière contre-intuitive. Premièrement, leurs propriétés (telles que leur position et vitesse) ne peuvent parfois prendre que certaines valeurs bien précises. Pour faire une analogie avec notre monde macroscopique, tout se passe comme si, quand nous nous déplaçons sur une ligne droite, nous ne pouvions nous déplacer que par « sauts » d’un mètre, sans ne jamais pouvoir avoir de position intermédiaire.

Ensuite, deux entités semblent pouvoir s’influencer à très grande distance, à des vitesses supérieures à celles de la lumière. Enfin, certains objets ont des propriétés (telles que leur position, ou vitesse) qui se trouvent dans des « superpositions quantiques » de plusieurs valeurs. Qu’est-ce que cela veut dire, pour un objet, d’être dans une « superposition » de plusieurs positions ? Est-ce que l’objet n’est nulle part ? Partout à la fois ? Ces questions animent les physiciens et philosophes depuis des décennies.

Une étrangeté de plus dans le monde quantique

Cependant, cette dernière décennie a vu émerger de nouvelles découvertes qui font monter la complexité du problème d’un cran. Des travaux de physiciens dispersés aux quatre coins du monde indiquent que lorsque deux événements se produisent dans le monde quantique, l’ordre temporel entre ces événements est parfois indéfini. À notre échelle, il est toujours possible de dire si une personne a d’abord éternué avant de s’excuser, ou l’inverse. La physique quantique semble indiquer qu’à petite échelle, il se pourrait parfois qu’aucune de ces deux possibilités ne soit la bonne. Or, l’ordre temporel entre différents événements est fortement lié aux relations de causalité. En effet, une cause doit toujours précéder son effet. Ainsi, si l’ordre temporel entre différents événements est indéfini, il pourrait en être de même pour leur ordre causal.

Comment faire sens d’un monde dans lequel les choses ne se dérouleraient pas dans un ordre bien défini ? Cette question est un défi lancé aux philosophes des sciences. D’audacieuses réponses seront sans doute proposées, et il nous faudra peut-être accepter une remise en question profonde de notre vision du monde physique.

Une expérience troublante

Nous pouvons observer les ordres causaux indéfinis en laboratoire, par exemple grâce au « quantum switch », un agencement expérimental très particulier ayant été réalisé à diverses reprises. Détaillons l’une de ces réalisations expérimentales. Deux expérimentateurs y performent chacun une opération sur une même particule de lumière, appelée photon.

Ces manipulations consistent, par exemple, à modifier une propriété de ce photon, que l’on appelle « mode spatial ». L’ordre entre les deux opérations est déterminé, non pas par les scientifiques eux-mêmes, mais par la valeur d’une autre propriété du photon, appelée « polarisation ». Lorsque la polarisation du photon est dans une « superposition quantique » de deux valeurs distinctes, et après qu’un troisième expérimentateur ait mesuré cette polarisation à la fin de l’expérience, l’ensemble de cet arrangement expérimental ne peut être décrit, ni par le scénario où la particule a d’abord été manipulée par le premier expérimentateur avant d’être envoyée chez le second, ni par le scénario inverse.

Ces recherches intrigantes en sont encore à leurs débuts. Elles permettront d’étudier le comportement des relations temporelles ou causales à très petite échelle, dans le monde quantique. Il est important de pouvoir donner du sens à l’absence d’ordre temporel ou causal entre événements. En effet, l’ordre des événements à travers le temps (et l’espace) forme le socle sur lequel l’humain construit sa compréhension de toute chose. Par exemple, lorsqu’un objet se brise après une chute, nous l’expliquons par son impact avec le sol, après qu’il ait suivi une trajectoire bien précise dans les airs. Pareillement, l’histoire de l’humanité se raconte en déroulant une succession continue de faits qui se sont produits à divers endroits du monde, à des moments bien précis. Afin de conserver nos modes de raisonnements classiques, il nous faut donc comprendre ce que deviennent les notions de temps et d’espace dans le monde quantique. Il faut également faire sens de leur éventuelle absence. Pour répondre à ces questions, certains philosophes et physiciens envisagent par exemple que le futur puisse influencer le passé. D’autres contemplent l’idée que le temps et l’espace ne puissent être que le « produit dérivé » de phénomènes plus fondamentaux, dont la nature est encore à saisir.

Enfin, la découverte du « quantum switch » et des ordres causaux indéfinis pourrait bien se révéler utile dans le domaine de l’informatique quantique, et pour le développement de futurs « ordinateurs quantiques » d’un nouveau genre. En effet, l’existence de ces phénomènes pourrait être exploitée afin de réaliser de nouvelles tâches. Ils pourraient aussi permettre d’exécuter certains calculs plus efficacement qu’avec des ordinateurs quantiques plus standard. Ainsi, les recherches récentes en physique quantique promettent de possibles révolutions, autant philosophiques que technologiques.

Laurie Letertre, Doctorante en philosophie de la physique, Université Grenoble Alpes (UGA)

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