Les ondes gravitationnelles existent… on les a rencontrées ! Leur observation est un événement scientifique majeur qui validerait enfin la Théorie de la Relativité Générale et confirmerait qu’Einstein fut bien « le plus grand génie que la science ait jamais connu ». Déjà, lorsque le boson de Higgs fut observé, on cria victoire : c’était l’achèvement de la physique des particules. On évoquait la dernière pièce manquante à l’édifice de la connaissance de l’univers… « la particule de Dieu » a-t-on même titré… Ces titres et articles nous font penser que nous arrivons au bout de la science physique. Or, si on lit les ouvrages écrits par de grands physiciens contemporains comme Carlo Rovelli ou Lee Smolin, on déchante…

Il n’est pas si évident que l’observation des ondes de gravitation soit le point d’orgue de la science moderne que l’on décrit : il y a belle lurette que les physiciens étaient déjà convaincus de l’existence de ces ondes, même sans les avoir observées. La Relativité Générale était déjà validée. On savait depuis longtemps que cette affaire de détection ne dépendait que de l’évolution du matériel et des moyens financiers à mettre en œuvre. Cette petite vidéo explique admirablement l’affaire : si une onde se trouve déclenchée par un trouble profond au sein de l’Univers (comme la danse de deux trous noirs l’un autour de l’autre) alors elle viendra traverser tous les objets physiques, et ce faisant, elle les déformera, mais de si peu… un milliardième d’atome pour une barre de un mètre. Alors il suffit d’allonger la barre et de construire un interféromètre dont les tubes sont longs de cinq kilomètres. Un émetteur laser émet un rayon qui se partage en deux directions qui forment un angle droit, au bout de leurs trajets respectifs, ces deux rayons, réfléchis, reviennent et ils interfèrent. S’il y a le moindre décalage, cela s’observera à la figure résultant de l’interférence. Comment s’assurer que c’est bien l’évènement cosmique qui produit cette perturbation ? En ayant le même dispositif treize mille kilomètres plus loin et en sachant combien de temps exactement ledit phénomène met pour se propager. Si on observe bien la même interférence au bout du temps calculé dans le second dispositif, alors on peut dire que c’est bon… Enfin, j’imagine que c’est avec une certaine probabilité, il n’y a pas de certitude là-dessus. On peut juste espérer que le même genre d’observation va pouvoir être effectué un nombre suffisant de fois dans le futur !

Ce qui était très émouvant, récemment, c’était d’apprendre que madame Choquet, grande mathématicienne (j’ai failli l’avoir comme prof à Jussieu dans les années soixante) qui avait tout calculé sur les ondes gravitationnelles – et donc les avait « découvertes » sur le papier – était encore en vie et avait assisté à la conférence de presse au cours de laquelle le résultat expérimental a été annoncé. Elle n’en fut sans doute guère surprise, eut simplement un regret : que l’on n’associe pas à cette découverte son nom (pourquoi pas ?) ainsi que celui des mathématiciens (majoritairement français) qui travaillaient à cette théorie dans les années soixante. C’était – c’est – l’occasion de célébrer une mathématicienne, autrement dit une femme qui fait des mathématiques au plus haut niveau, cela contre tous les machismes qui sévissent encore dans la science.

Maintenant, si nous retournons aux découvertes d’Einstein, on sera surpris d’apprendre, notamment en lisant le livre passionnant de Lee Smolin (titre original : The Trouble with Physics – The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next, écrit
en 2006, traduit sous le titre Rien ne va plus en physique ! L’échec de la théorie des cordes, paru en 2007, préface d’Alain Connes) que, sur la fin de sa vie, le grand Albert était loin de la forme qu’il avait eue des décennies plus tôt et que ses travaux scientifiques n’étaient même plus pris en considération. Celui que la presse célébrait lors de sa mort comme le plus grand savant qui ait jamais existé, comme celui qui « détenait les secrets de l’univers », il y a longtemps qu’il n’était plus admiré de ses collègues plus jeunes. Pourquoi ? Einstein, visiblement, avait raté le passage obligé par la mécanique quantique et il s’empêtrait dans la recherche désespérée d’un Graal qui devait lui échapper : la théorie de l’unification des forces. Il voulait réaliser l’unification de la gravité et de la force électromagnétique tout en négligeant les autres forces qui étaient apparues depuis la relativité et grâce à la mécanique quantique : forces d’interaction faible et forte. Pour cela, il s’entêtait à travailler sur des hypothèses apparues déjà dans les années 1915 qui prétendaient résoudre le problème « facilement » en rajoutant à l’espace-temps des dimensions supplémentaires (mais si « petites » qu’on ne les voyait pas). Or, cette recherche n’est toujours pas aboutie. Elle a suscité de nos jours la belle invention de la théorie des cordes dont Smolin cherche à nous convaincre qu’elle n’est pas satisfaisante. Reprenons l’histoire, si vous le voulez bien. Le jeune (et talentueux) David Louapre(*), sur cette vidéo, nous explique comment généralement, on passe d’une théorie « classique » à une théorie « quantique », par une transformation que l’on nomme « quantification ». Si vous quantifiez la théorie électromagnétique, vous obtenez l’électrodynamique quantique (EDQ), si vous quantifiez la théorie des interactions fortes (qui s’exerce surtout au sein de l’atome), vous obtenez la chromodynamique quantique (CDQ), alors il devrait être facile, sur cette voie, d’appliquer la même transformation pour obtenir, à partir de la théorie de la gravitation, une théorie de la gravitation quantique. Las ! Patratas, quand vous faites ça vous tombez sur des solutions qui divergent (comme on le dit d’une intégrale qui prend pour valeur l’infini)… et vous ne trouvez donc rien de substantiel. Il a été observé alors que si, au lieu de considérer les particules comme des points, on les considérait comme de petits espaces, de sorte que leurs mouvements, au lieu d’être représentés par des lignes, seraient représentés par des tubes, alors, on résout les intégrales… Mais faire cela signifie que l’on travaille dans un espace avec plein de dimensions, plus que les trois de notre espace (qui sont quatre quand on rajoute le temps), plus exactement pour que cela cadre bien avec l’observation des phénomènes physiques, un espace à 9 dimensions. Oui, vous avez bien lu : 9, mais où sont les 6 autres ? Eh bien comme dans le cas vu plus haut de la recherche de l’unification de la gravitation et de l’électromagnétisme qui date de l’époque d’Einstein, elles sont si petites qu’on ne les voit pas, bien sûr. Elles sont toutes finies, recroquevillées sur elles-mêmes. Qu’est-ce qu’un espace à 6 dimensions finies ? C’est un espace de Calabi-Yau, du nom des mathématiciens qui avaient déjà travaillé là-dessus avant même qu’ils sachent qu’un jour, leurs travaux seraient utiles aux physiciens. Y a-t-il un seul tel espace ? Hélas non, et c’est là que l’affaire se corse… il y en aurait des centaines de mille… comment un seul de ceux-ci serait-il sélectionné dans notre univers pour nous donner la physique que nous connaissons ? Mystère ! En fait, la tendance – que nous avons déjà rencontrée dans mes billets de la fin du mois d’août – consiste bêtement à dire que tous les espaces de Calabi-Yau sont réalisés… mais dans des mondes différents ! Des univers parallèles. Nous y revoilà. Mais il y a un sérieux doute sur la physique si chaque fois qu’on fait face à un problème, immédiatement on le résout en faisant appel au « multivers »… Drôle de « solution », non ?

Il y a ici comme la sensation douloureuse que la science piétine, tourne en rond, n’avance pas. Smolin est très sévère :

L’échec des premières théories de la grande unification déclencha une crise dans le monde scientifique, qui continue jusqu’à ce jour. Avant les années 1970, la théorie et l’expérience cheminaient main dans la main. Les idées nouvelles étaient testées au maximum quelques années après leur apparition, peut-être une décennie mais pas plus. Tous les dix ans, depuis les années 1780 jusqu’aux années 1970, une avancée majeure dans notre connaissance des fondements de la physique eut lieu et, à chacune de ces avancées, la théorie et l’expérimentation s’enrichissaient mutuellement ; mais depuis la fin des années 1970, pas une percée originale n’a vu le jour dans notre compréhension de la physique des particules élémentaires.

Certes, des « progrès » ont été effectués, mais surtout dans l’exploration des hypothèses, notamment dans leur mise en forme mathématique, de sorte qu’il existe plusieurs versions possibles de la gravité quantique (théorie des cordes, des super-cordes, gravité à boucles…) et des tas de spéculations sur le multivers, mais de confrontation de ces théories avec l’expérience ? Jamais. Et le plus grave : on conçoit mal à quoi ressemblerait une expérience aboutissant à une telle mise à l’épreuve.

On a dit que les mathématiques étaient miraculeuses parce qu’elles trouvaient toujours exactement ce dont on a besoin pour décrire et comprendre l’univers : quel bel optimisme ! En fait, les mathématiques viennent de nous, esprit humain, c’est nous qui créons les structures et il se pourrait bien que les ennuis de la science proviennent simplement du fait que nous sommes condamnés à chercher là où les mathématiques nous disent d’aller… un peu comme cette personne qui, ayant perdu ses clés, les cherche sous un réverbère et répond à quelqu’un qui lui demande si elle est sûre de les avoir perdues là : « non, mais c’est là où il y a de la lumière »… (comparaison qui semble d’autant plus justifiée qu’il est avéré, si nos théories sont bonnes, que 96% de notre univers ne seraient composés que de matière et d’énergie noires, c’est-à-dire complètement hors de notre portée, et que donc notre « science » ne concernerait que les 4% restants qui, eux, sont « dans la lumière » !).

Je m’attends à des objections : l’attitude que j’affiche ici est singulièrement défaitiste et elle a déjà été rencontrée de multiples fois dans l’histoire de la philosophie (chez Kant par exemple), on la nomme « idéalisme » et elle n’a pas bonne presse. Je devrais savoir qu’il y a de grands chercheurs, mathématiciens en particulier (je pense à Alain Connes) qui ne désarment pas, ils sont persuadés que de nouvelles théories mathématiques sont susceptibles de résoudre les problèmes innombrables qui subsistent. Je reconnais leur héroïsme d’autant plus qu’ils vivent dans la solitude. Combien de gens sont capables de comprendre la géométrie non commutative ou les algèbres de von Neumann ? Quel travail et quelle abnégation faut-il pour voir filtrer une lumière à partir de travaux si difficiles à réaliser et à comprendre ? Voici un autre problème qui s’annonce : si ces efforts sont couronnés de succès – ce qu’on peut souhaiter profondément – la science échappera à plus de 99,99% des individus qui vivent sur cette planète, comme si on atteignait la connaissance au moment même où personne ou presque n’a les capacités intellectuelles d’y accéder…

On peut risquer l’opinion suivante : ce piétinement de la science dont il est question plus haut, serait dû à une erreur dans la conception globale que l’on en a, résumée dans ce qu’on appelle le « réalisme scientifique », une idée qui veut que le réel existe indépendamment de nous et qui requiert qu’on l’observe et l’étudie d’un point de vue totalement extérieur (où notre subjectivité n’interviendrait pas). Depuis longtemps (Niels Bohr, Ecole de Copenhague…) la physique quantique suggère que cette indépendance de la chose observée par rapport à l’observateur est sujette à caution. Nous sommes dans le monde. Qu’à explorer le monde on finisse par se trouver soi-même (quitte à ce que cela soit sous la forme des structures mathématiques que nous inventons) quoi de plus normal ? Quoi de plus normal de penser qu’alors on atteigne une « limite » de notre savoir. Encore que ce mot de « limite » soit discutable même dans ce contexte. « Limite » ? mais par rapport à quoi ? À quel idéal de savoir ? Notre monde, celui des structures en question, n’a pas de limite. Nos possibilités créatrices (art, science, poésie) n’en ont pas non plus (pour les moins convaincus : considérez les capacités génératives de notre langage comme elles ont été mises en évidence par Noam Chomsky et quelques autres).

Attention : cela ne veut pas dire que notre connaissance serait « indépendante du réel », voire même que ce réel n’existerait pas (!) mais simplement que nos structures développées pour y accéder seraient étroitement intriquées avec lui, que leur rapport ne serait pas de simple « représentation » mais d’interaction. Evidemment, la plus grande part de ce que nous obtenons comme résultat de cette interaction est une connaissance réelle, autrement dit elle est fiable pragmatiquement (nous pouvons bâtir sur elle, comme nous le faisons depuis toujours), mais il y aurait un reste, parfois ininterprétable du côté de la théorie, parfois totalement mystérieux (matière noire, énergie noire…) du côté de ce que nous nous donnons comme objet à comprendre.

(*) par ailleurs auteur d’un livre de vulgarisation scientifique réjouissant: « Qui a attrapé le bison de Higgs?« , qui vient de paraître. Voir aussi son blog: science étonnante. 

Photos : CNRS PHOTOTHEQUE