Le monde vu depuis de la gravité quantique par Carlo Rovelli

Les physiciens ne sont pas forcément des techniciens de laboratoire ou des cerveaux manipulant en virtuose les mathématiques. Ils s’interrogent parfois sur ce que la physique nous apprend des choses de la Nature. Dans son dernier ouvrage traduit chez Odile Jacob, Carlo Rovelli nous invite à partager sa vision du monde telle qu’elle découle des travaux les plus pointus qu’ils soient, sur la gravité quantique, dont il est l’un des initiateurs. C’est bien de « Sa » vision du monde dont il s’agit et non de « La » vision du monde au sens où celle-ci serait définitive. Il le reconnaît d’ailleurs avec une docte humilité à la fin de son ouvrage. Et c’est par les dernières pages de ce livre que je souhaite commencer cette recension.

« La conscience des limites de notre connaissance est conscience aussi du fait que ce que nous savons, ou croyons savoir, peut aussi se révéler imprécis ou erroné (…) La science naît de cette attitude d’humilité : ne pas se fier aveuglément à ses intuitions. Ne pas se fier à ce que tout le monde dit. Ne pas se fier à la connaissance accumulée par nos pères et par nos aïeux » (p. 242). Ces quelques lignes traduisent le sentiment de Rovelli qui à la fin de son essai, lorsqu’il se livre à des considérations aventureuses, sait pertinemment qu’il faut se démarquer des anciens pour comprendre l’univers mais que le parcours est incertain et que les intuitions peuvent être trompeuses. La compréhension scientifique du monde est à la frontière entre les savoirs ancestraux et l’audace imprévisible de l’avenir. La physique ne progresse pas forcément avec des données nouvelles. Copernic, Newton, Einstein et beaucoup d’autres ont bâti des synthèses à partir de théories déjà existantes en synthétisant les connaissances empiriques et formelles de vastes champs de la nature tout en essayant de les combiner et les repenser mieux (p. 195). « L’objectif de la recherche scientifique n’est pas de faire des précisions : il est de comprendre comment fonctionne le monde (…) Avant d’être technique, la science est visionnaire » (p. 194).

Rovelli est parfaitement clair dans sa démarche qui relève de la philosophie de la Nature, mais pas comme au temps de Démocrite ou Aristote puisque cette philosophie est construite à partir des théories physiques disponibles qui, comme le précise l’auteur, ne sont pas des théories vraies ou définitives mais les meilleures théories disponibles en ce moment pour décrire l’univers et donc l’interpréter. Et comme il n’y a pas qu’une seule théorie, alors il existe plusieurs accès au monde naturel. De plus, une théorie se livre à de multiples interprétations, au choix de celui qui cherche à comprendre la nature à travers les notions scientifiques, les observations et les formules mathématiques. Et donc, il faut prendre chaque vision d’un physicien comme une peinture maniériste qui n’atteint pas la vérité ultime mais qui traduit le coup de pinceau intellectuel du savant qui se prête au jeu de l’interprétation. On ne compte plus les livres importants publiés par les physiciens depuis 1930. Heisenberg, Schrödinger, Bohm, puis Stapp, Susskind, Penrose, Hawking, Barrow, Davies, Weinberg, Vedral, Smolin, pour ne citer que quelques figures importantes ayant œuvré dans la « lecture » du monde physique. Rovelli s’inscrit dans cette liste avec son dernier ouvrage consacré à la gravité quantique.

En étudiant « Par-delà le visible », on comprend que le monde physique réel, profond, dynamique et substantiel pour ainsi dire, ne se conçoit pas en transposant une image commune vers les théories physiques mais en forçant l’interprétation de ces théories vers une vision qui échappe au sens commun. Le geste du physicien consiste à regarder vers l’inconnu. Et pour progresser, la physique n’a pas forcément besoin de données nouvelles comme le précise Rovelli (p. 195) dans la dernière partie de son livre où l’information fait l’objet d’un chapitre car cette notion si importante et pourtant assez confuse est parvenue au centre des conjectures physiques du 21ème siècle. Dans ce chapitre, Rovelli fait preuve d’une grande honnêteté en confiant que les idées qui s’y dessinent paraîtront confuse au lecteur et si tel est le cas, c’est parce que l’auteur lui-même a des idées confuses mais qui sont exposées car c’est l’essence même de la science que de présenter des hypothèses, même si elles ne sont pas claires. Parfois, il se trouvera un scientifique pour les prendre au vol et les recomposer dans un ensemble cohérent ou alors pour les analyser et prendre conscience que la voie n’est pas la bonne. Pour ma part, j’ai relevé l’interprétation de la formule de Boltzmann sur l’information manquante. Cette interprétation ne fait pas consensus et traduit les limites de l’auteur qui s’offre une incursion dans la thermodynamique avec une tentative d’élaboration d’un temps thermique ainsi que l’idée d’un temps qui agit comme une moyenne réalisée à partir des états microscopiques et qui traduirait le défaut d’information, autrement dit notre ignorance.

Le temps est la notion sur laquelle butent tous les physiciens depuis Galilée jusqu’à Prigogine, Smolin, Rovelli et les autres. Parfois, la conception du temps dévoile quelle est la signature du physicien qui pense la nature. Je crois avoir deviné que Rovelli reste ancré dans une conception moderniste (l’univers-bloc notamment) mais élargie à des options offertes par la mécanique quantique. L’allusion à la formule de Boltzmann n’est pas fortuite. Elle conclut en quelque sorte le patronage antique de cette réflexion qui est l’atomisme de Démocrite. L’auteur n’accorde pas une grande importance au principe holographique (patronage d’Anaxagore ou Hermès) et aussi un élément de la signature puisque ce principe intervient surtout dans le domaine de la théorie des cordes qui n’est pas l’option choisie car Rovelli n’est pas un cordiste mais un boucliste.

Un boucliste est un physicien qui développe ses théories en suivant comme cadre les principes de la gravitation à boucle. L’objectif étant de donner une description de la gravité qui soit compatible avec la physique quantique. La gravité ne se réduisant pas à une force newtonienne mais à une théorie de l’espace-temps formalisé par les équations de la relativité générale. La gravité quantique consiste à prendre la géométrie spatiotemporelle d’Einstein qui est fait est un champ continu pour ensuite le rendre discontinu (granulaire) conformément à l’un des trois postulats de la physique quantique qui impose de considérer les choses comme discrétisées. Cette aventure théorique est présentée dans les chapitres 5 et 6. Le grand schisme de la physique du 20ème c’est que le champ gravitationnel n’est pas quantifié et que de l’autre côté la mécanique quantique est formulée sans tenir compte de la « déformation de l’espace-temps ». Le chapitre 7 présente en quelque sorte le noyau central de la vision proposée par l’auteur, celle d’un monde fait d’un seul genre d’entité, les champs quantiques covariants qui sont l’aboutissement du mollusque d’Einstein devenu une mousse de spin. Les grains d’espace-temps forment une toile, un réseau de relations et d’interactions. Et au final, le temps disparaît ou plus exactement le schéma newtonien du temps ne s’applique plus dès lors que l’on prend les choses au niveau granulaire. Voilà l’une des conclusions importante de Rovelli qui sur ce point, livre une conception opposée à celle que suggère son confrère Lee Smolin pour lequel le temps devrait être retrouvé.

Ces étranges conclusions ne peuvent être comprises que dans le cadre d’une vision historique permettant de voir la succession des idées sur la nature et la genèse des avancées théoriques successive, depuis Kepler, Galilée et Newton jusqu’à la mécanique quantique et le modèle standard achevé dans les années 1970. Et au centre de cette histoire, une grande figure, celle d’Einstein dont est retracé l’aventure scientifique et les étapes de la pensée l’ayant poussé vers ce que Rovelli considère comme le chef d’œuvre de la physique contemporaine, la relativité générale. Le parcours est retracé avec en ligne de mire l’espace-temps newtonien revisité comme champ de gravitation avec la description audacieuse et fascinante utilisant les tenseurs et un Einstein en concurrence avec Hilbert pour parvenir le premier à la bonne formule. Le champ, champ de gravitation, transposé à l’espace-temps, avec comme étape Faraday et Maxwell, puis le mollusque d’Einstein, l’espace-temps pris comme objet structuré, déformé et dynamique. Le couronnement de la science moderne, pourrait-on dire, raconté par l’auteur dans des lignes assez faciles à lire. Le champ et la nature comme univers de relations et d’influences.

Les relations, on le retrouve aussi dans la présentation de la mécanique quantique (chapitre 4) qui reste sobre et va à l’essentiel, du moins ce que pense être essentiel Rovelli. Avec trois constats. L’information est finie (patronage de Démocrite), la dynamique est probabiliste, la réalité est relations. La mécanique quantique se joue des physiciens et comme Feynman, Rovelli de déroge pas à la règle en gravitant autour de cette énigmatique physique en se demandant si un morceau de l’histoire ne nous échappe pas lorsque l’on suppose qu’une réalité qui n’interagit pas puisse être indescriptible. A moins que la réalité ne soit qu’interaction (p. 127). C’est cette option qui est choisie et qui conforte mon opinion sur la manière de penser de Rovelli qui reste très moderne, ancrée dans les particules, les champs et les objets. D’autres philosophes de la physique (non évoqués dans le livre) interprètent concluent à l’inverse que ni les particules ni les champs ne sont déductibles de la physique quantique. Mais l’auteur en est parfaitement conscient, soulignant que la théorie des quanta échappe encore à la compréhension des exégètes de la physique quantique.

Il faut lire l’essai de Rovelli qui indique un cheminement de la physique moderne conduisant peut-être vers une solution conciliant le cosmos et le quantum, à moins que ce chemin ne soit une impasse. Ce qui justifie la lecture de ce livre fort instructif car on apprend autant des avancées que des impasses lorsqu’on sait comment fonctionne la connaissance des choses de l’univers. La gravitation à boucle risque de progresser ou de s’enliser, s’inscrivant dans une crise de la physique qui a su offrir des détails inouïs sur la Nature. L’enseignement qu’on tire de ce livre est que la tension entre le quantique et le cosmos reste irrésolue et que l’alternative réside dans une conjecture architectonique où une théorie prend l’ascendant et soumet l’autre. C’est ce que j’ai cru comprendre dans le propos de Rovelli sur la gravité quantique avec un ascendant d’Einstein et de la relativité sur le monde quantique. On peut imaginer une autre option, sans oublier la dynamique des formes très en forme ces temps-ci. J’ai une réponse mais elle n’a pas sa place dans cette recension d’ouvrage.