Le multivers pourrait être bien plus vaste que nous ne l’avions jamais imaginé

Une nouvelle interprétation des mathématiques insaisissables de la mécanique quantique pourrait fondamentalement changer notre compréhension de la réalité.

Introduction

Selon une nouvelle interprétation de la mécanique quantique, le multivers pourrait être infiniment plus grand que nous ne l’avions jamais imaginé. Cette théorie décrit des domaines et des domaines d’univers parallèles créés à chaque décision que nous prenons. Au cœur de la mécanique quantique se trouve la fonction d’onde, un outil mathématique notoirement abstrait et flou qui décrit avec une grande précision le comportement des photons, des électrons et d’autres habitants du royaume quantique. Mais qu’est-ce exactement que la fonction d’onde ? Après près d’un siècle de débats, les physiciens ne s’accordent toujours pas sur la façon de passer des mathématiques au monde physique tangible.

L’interprétation de Copenhague et le chat de Schrödinger

Dans la vision la plus conventionnelle, connue sous le nom d’interprétation de Copenhague, la fonction d’onde décrit mathématiquement tous les états possibles d’un objet avant qu’il ne soit “observé”, un acte qui le laisse dans un état sans ambiguïté en “effondrant” la fonction d’onde. Par exemple, dans l’expérience de pensée du chat de Schrödinger, un chat est placé dans une boîte qui sera inondée de gaz toxique lorsqu’un atome se désintègre. Comme le comportement de l’atome est quantique, lorsque la boîte est fermée, la fonction d’onde du chat contient simultanément ses états vivant et mort. Lorsqu’un observateur ouvre la boîte, la fonction d’onde s’effondre et le chat est soit mort, soit vivant, l’autre possibilité disparaissant. Son comportement à partir de ce moment-là est entièrement non quantique, ou classique. Une fois observé comme mort, le chat ne revient pas à la vie.

De nombreux mondes

Un chat à la fois vivant et mort peut être difficile à avaler, mais une autre vision de la mécanique quantique créée par le physicien Hugh Everett dans les années 1950 a des implications encore plus surprenantes. Dans l’interprétation des mondes multiples, la fonction d’onde ne s’effondre pas dans un seul état classique certain, car chaque état quantique qu’elle contient est déjà parfaitement réel – dans l’un des nombreux mondes parallèles. Lorsque vous ouvrez la boîte et observez un chat vivant, une réplique de vous dans un autre monde vient de le trouver mort, l’acte d’observation donnant effectivement naissance à deux mondes distincts.

Quelle que soit la vision que vous privilégiez, une grande question ouverte demeure : comment cette émergence de ce que nous percevons comme un comportement classique s’applique-t-elle à l’ensemble de l’univers ?

“Toutes les étoiles, les galaxies, les planètes, la vie, tout commence par des fluctuations quantiques dans l’univers très, très jeune. Au fur et à mesure que l’univers s’est étendu, ces choses sont finalement devenues classiques”, explique Arsalan Adil de l’Université de Californie à Davis. “Et la théorie quantique est vraiment bien testée, donc nous sommes d’accord pour dire qu’elle est, dans une certaine approximation, la théorie correcte, mais nous aimerions comprendre comment un monde classique émerge de cela.”

Une nouvelle perspective sur les mondes multiples

Un problème avec les interprétations de Copenhague et des mondes multiples est de savoir exactement ce qui compte comme un “observateur”, ce qui est particulièrement problématique dans l’univers primitif où il n’y avait rien ni personne pour faire des observations. Pour contourner ce problème, Adil et ses collègues ont commencé par l’idée moins anthropocentrique d’examiner des collections de particules, le comportement de chaque particule étant déterminé par la façon dont l’énergie est structurée dans toutes les particules du système.

“Nous sommes de gros objets tièdes habitués à interagir avec d’autres gros objets tièdes bien localisés dans l’espace, et nous construisons une histoire scientifique autour de ces choses. Mais on peut en quelque sorte inverser les choses et dire que ce que l’univers nous donne réellement sous sa forme la plus brute, en se débarrassant de notre perspective humaine, n’est qu’une structure énergétique”, explique Zoe Holmes, membre de l’équipe à l’Institut fédéral suisse de technologie de Lausanne.

Libérée de la nécessité de considérer des “observateurs” distincts, l’équipe a développé un algorithme qui identifie les moyens de diviser ces systèmes de particules en sous-systèmes. Tout sous-système est considéré comme une vision valable du monde, tant que les interactions entre sous-systèmes conduisent l’un d’entre eux à devenir classique – essentiellement une version beaucoup plus générale de l’ouverture de la boîte dans l’expérience de pensée de Schrödinger. “Vous pouvez avoir une partie de la Terre et de la galaxie d’Andromède dans un sous-système, c’est un sous-système parfaitement légitime”, explique Arsalan.

Encore plus de mondes

Cette nouvelle perspective a révélé une myriade de nouveaux domaines de mondes, au-delà des simples mondes morts et vivants, ce qui a conduit les chercheurs à l’appeler l’interprétation de beaucoup-plus-de-mondes. Pour comprendre pourquoi, considérons une version quantique de la décision de prendre du café ou du thé au petit-déjeuner. Dans l’interprétation de Copenhague, vous prenez une décision et la fonction d’onde s’effondre. Si vous décidez ensuite de manger des toasts ou des céréales, une deuxième fonction d’onde s’effondre. Tout cela se déroule dans le seul univers qui existe.

Mais dans l’interprétation des mondes multiples, le vous qui a envie de café et le vous qui préfère le thé existent tous deux dans des mondes parallèles, et chacun de ces mondes se divisera à nouveau en deux selon ce que vous décidez de manger.

Dans l’interprétation des beaucoup-plus-de-mondes, l’interaction entre vous et votre petit-déjeuner donne naissance à un domaine composé de nombreux mondes, mais d’autres domaines de mondes surgissent de divisions moins intuitives de votre monde en sous-systèmes comme votre tasse et un objet céleste lointain, ou une désignation encore plus étrange de votre bras gauche dans un sous-système et de votre bras droit dans un autre. Avec beaucoup plus de perspectives, chacune donnant naissance à un domaine de nouveaux mondes, l’effet net est d’élargir le déjà vaste multivers de l’interprétation d’Everett.

Conclusion

Bien que des questions restent à résoudre, on ne sait pas exactement ce qu’un multivers élargi pourrait signifier pour notre compréhension de la réalité, même pour l’équipe. Adil dit que lui et ses collègues sont actuellement “agnostiques sur les conclusions ontologiques” de ce qu’ils ont découvert jusqu’à présent. Holmes dit que lorsqu’elle est sceptique, elle craint que leur travail ne ressemble à la recherche de formes dans les nuages, plutôt qu’à un reflet de la réalité.

Pourtant, les deux chercheurs ne peuvent s’empêcher de penser qu’ils sont tombés sur quelque chose de significatif et veulent poursuivre leurs recherches.

“Je dirais que je pense que nous savons que c’est vrai, mais nous ne savons pas si c’est important”, déclare Holmes. “Nous avons eu tellement d’arguments à ce sujet, nous nous sommes liés en cercles.”