article 3) Carlo Rovelli par-delà le visible Mon article 3: Au-delà de l'espace et du temps.

1) Introduction.

Comme je l'ai dit dans Dans mon article 1, je viens d'interrompre mes articles à propos du  livre de Lee Smolin "La renaissance du temps" au chapitre 14.  Je vais d'abord approfondir la question du temps avec la lecture du livre de Carlo Rovelli "par-delà le visible, la réalité du monde physique et la gravité quantique". Dans l'article 1), j'ai sauté directement à la troisième partie:  espace quantique et temps relationnel. Après les rappels historiques passionnants et des explications dont Carlo Rovelli a le secret concernant la relativité et la physique quantique, leurs limites et questionnements et qui ont abouti à ce que Lee Smolin décrit comme la crise de la physique avec son "rien ne va plus en physique", nous abordons ici les mystères de la gravitation quantique dont l'ambition est de dépasser ces problèmes et limites par une nouvelle théorie qui en réalisera peut-être l'unification. Dans l'article 2, nous avons vu que l'espace est un réseau de spins, dont les noeuds représentent les grains élémentaires, et les liens leurs relations de voisinage. L'espace-temps est créé à partir des processus où ces réseaux de spins se transforment les uns en les autres, et ces processus sont exprimés par des sommes de Mousses de spins, où une mousse représente un parcours idéal d'un réseau de spins, c'est à dire un espace-temps granulaire, où les sommets du réseau se combinent et se séparent. Ce pullulement microscopique de quanta à l'origine de l'espace et du temps obéit au calme apparent de la réalité macroscopique qui nous entoure. Chaque centimètre cube d'espace et chaque seconde de temps qui passe sont le résultat de cette mousse dansante de quanta minuscules.

L'aboutissement de cette conception est que les particules sont des quanta de champs quantiques et l'espace n'est qu'un champ, lui aussi quantique. Nous avons vu que le temps naît à partir de processus de ce même champ. Autrement dit, le monde est entièrement fait de champs quantiques. Comme nous l'avons vu, ces champs ne se situent pas dans l'espace-temps. Ils vivent "les uns sur les autres", de façon comparable aux états de superposition quantique, des champs sur des champs. L'espace et le temps que nous percevons à grande échelle sont l'image floue et approchée d'un de ces champs quantiques, le champ gravitationnel. Ils vivent en eux-mêmes, sans avoir besoin d'un espace-temps qui leur serve de substrat. Ils sont appelés champs quantiques covariants et sont capables d'engendrer l'espace-temps. Ainsi, le monde, les particules, l'énergie, l'espace et le temps ne sont que la manifestation de cette entité, le champ quantique covariant. Pour Carlo Rovelli, c'est sans doute la meilleure description que nous ayons aujourd'hui de la substance primordiale qui forme le tout, conçue par le premiers savant et philosophe Anaximandre, l'apeiron ("L'apeiron (en grec ancien ἄπειρον / apeiron) est un concept philosophique présenté la première fois par Anaximandre au vi^e siècle av. J.-C. ( voir La Parole d'Anaximandre ) pour désigner ce principe originel que recherchaient les tenants de l'école milésienne. Thalès voyait en l'eau le principe originel, la substance de toute chose. Pour Anaximandre, c'est l'apeiron, qui signifie illimité, indéfini et indéterminé, qui est le principe et l'élément de tout ce qui existe. L’apeiron est inaccessible à la sensibilité, mais il doit exister. Il est nécessaire pour expliquer l’existence de tout ce que nous percevons. Il ne peut posséder de qualité déterminée et n'est désigné que négativement"). Werner Heisenberg a pu déclarer dans Physique et Philosophie": "Toutes les particules élémentaires pourraient se réduire à une substance universelle que nous pouvons appeler énergie ou matière; mais aucune de ces diverses particules ne pourrait être préférée aux autres comme étant plus fondamentale. Ce dernier point de vue correspond naturellement à la doctrine d'Anaximandre, et je suis convaincu qu'en physique moderne, c'est ce point de vue qui est le bon."

Nous en sommes maintenant au point où on peut aller au-delà de l'apparente contradiction entre l'espace continu et courbe de la relativité générale et les quanta discrets de la mécanique quantique qui vivent dans un espace plat et uniforme. Entre le  continuum de l'espace temps  et les quanta d'espace discrets il y a une relation qu'on peut comparer à celle qui existe entre les ondes électromagnétiques et les photons. On peut dire que les ondes sont une vision approximative à grande échelle des photons et les photons sont la façon les ondes interagissent. De même, l'espace et le temps continus sont une vision approximative à grande échelle de la dynamique des quanta de gravité qui sont eux-mêmes la façon dont l'espace et le temps interagissent. Les mathématiques décrivent le champ gravitationnel quantique de même que les autres champs quantiques. 

Mais le prix à payer, c'est qu'il faut conceptuellement renoncer à notre vision habituelle de l'espace et du temps comme structures générales dans lesquelles penser et intégrer le monde et ne voir l'espace et le temps que comme des approximations qui n'apparaissent qu'à grande échelle. Kant, avec sa théorie de la connaissance, pensait avec raison que le sujet de la connaissance et son objet sont inséparables, mais il regardait à tort le temps et l'espace comme des formes a priori de la connaissance c'est à dire des parties d'une grammaire indispensable pour comprendre le monde.

En fait, si on regarde en profondeur, la relativité générale et la mécanique quantique ne sont pas tant dans la tension qu'on décrit généralement, elles se parlent plutôt et se donnent la main. Les relations spatiales qui tissent l'espace courbe d'Einstein (continuum à notre échelle), sont les interactions qui tissent les relations entre les systèmes élémentaires de la mécanique quantique. Elles deviennent compatibles comme les deux faces "d'une même médaille" quand on pense l'espace et le temps comme deux aspects d'un champ quantique, qui peuvent exister sans avoir besoin du support d'un espace externe.  

Le principal avantage de cette physique, comme nous allons le voir maintenant, c'est que les infinis qui embarrassaient la théorie quantique des champs disparaissent lorsqu'on ne fait plus l'hypothèse que l'espace est continu. Les singularités qui rendaient absurdes les équations d'Einstein quand le champ gravitationnel devenait trop grand (la courbure tend alors vers l'infini) disparaissent également. Elles venaient du fait qu'on négligeait la quantification du champ. 

2) Au-delà du big bang. 

Nous allons voir maintenant à la quatrième partie du livre de Carlo Rovelli, quelques conséquences physiques de cette théorie. On peut sans doute difficilement s'imaginer et penser ces entités discrètes qui ne sont ni dans l'espace, ni dans le temps et qui pourtant tissent l'espace et le temps par leurs relations. Mais n'en n'était-il pas de même quand Anaximandre déclarait:que sous nos pieds il n'y avait sans doute que le même ciel que celui que nous voyons au-dessus de nos têtes (Il fut le premier à employer ce terme : 'principe. Il assure que ce principe n’est ni l’eau, ni aucune de ces substances qu’on appelle éléments. C’est au au contraire une certaine autre nature apeiron, de laquelle naissent tous les cieux et tous les mondes que ces cieux contiennent )? Ou  aussi quand Aristarque de Samos a découvert, en mesurant la distance de la lune et du soleil, que ces objets sont très éloignés et qu'il ne s'agit pas de petites boules, mais d'astres gigantesques? Ou enfin lorsque Hubble a compris que les petits nuages au milieu des étoiles sont en fait d'immenses mers d'étoiles immensément lointaines?  

Avec Carlo Rovelli on peut conclure que: "Le monde n'a cessé de s''élargir autour de nous pendant des siècles. Nous voyons plus loin, nous le comprenons mieux et demeurons stupéfaits devant sa diversité, toujours plus vaste que ce que nous pouvons imaginer, et devant le caractère limité des images que nous en avons. En même temps,  la description que nous parvenons à en donner devient plus restreinte, mais aussi plus simple. Nous sommes des petites taupes aveugles sous la terre, qui savent peu, voire rien du monde, mais nous continuons à apprendre".

"Tout le récit qu'ils nous ont fait de cette nuit [...] est plus convaincant que de fantastiques visions;  - il a le caractère d'une grande consistance, - tout étrange et tout merveilleux qu'il est. " William Shakespeare, Le songe d'une nuit d'été.

     2-1) 1927: Lemaître.

Georges Lemaître, jeune scientifique belge formé par les jésuites a présenté ses voeux comme prêtre catholique quelques années auparavant. Comme Einstein, il se rend compte de leur capacité à prédire que l'univers n'est pas statique mais peut se contracter ou s'étendre. Toutefois, contrairement à Einstein, qui a tenté orgueilleusement d'ignorer et négliger ce fait, Lemaître le prend au sérieux et prend connaissance des premières données disponibles à cette époque. C'étaient ce qu'à l'époque on n'appelait pas encore galaxies mais nébuleuses, car elles apparaissaient comme de petits nuages opalescents entre les étoiles. On ne savait pas encore qu'il s'agissait d'immenses "iles d'étoiles", mais le jeune prêtre belge comprend que ces données sont compatibles avec l'idée d'un univers non statique en expansion. Cette intuition fut confirmée 2 ans plus tard par Henrietta Leavitt et Edwin Hubble. Henrietta découvre une méthode pour mesurer la distance des nébuleuses.par le méthode des céphéides. Hubble obtient des données encore plus précises en utilisant le grand télescope de l'observatoire du Mont Palomar. Et les données confirment que les galaxies s'éloignent conformément à la loi de Hubble: "Elle énonce que les galaxies s'éloignent les unes des autres à une vitesse approximativement proportionnelle à leur distance: ,. Autrement dit, plus une galaxie est loin de nous, plus elle semble s'éloigner rapidement. Cette loi ne concerne que la partie de l'univers accessible aux observations. L'extrapolation de la loi de Hubble sur des distances plus grandes est possible, mais uniquement si l'univers demeure homogène et isotrope sur de plus grandes distances".

Mais c'est le jeune belge qui déduit la conséquence cruciale et qui découle d'une logique commune d'observation: si nous voyons un caillou s'élever en l'air, cela veut dire qu'auparavant il était plus bas et que quelque chose l'a expédié vers le haut. Si nous voyons les galaxies s'éloigner et l'univers s'étendre, c'est précisément que les galaxies étaient plus proches par le passé et que quelque chose l'a poussé à entamer une expansion. Lemaître suggère que l'Univers était initialement très petit et comprimé et qu'il a entamé son expansion lors d'une sorte d'explosion gigantesque. Il a appelé cet état l'atome primordial. Aujourd'hui, le big bang est une notion familière, mais à l'époque (1927), c'était une idée révolutionnaire. Son esprit avait une envergure remarquable et dit Rovelli, "nous vivons à l'ombre de cet esprit", ce qu'illustrent deux épisodes de sa vie. 

Le premier concerne Einstein, qui était très sceptique à propos de la découverte de l'expansion de l'univers et a proposé une petite mais importante modification dans ses équations dans l'espoir (erroné) de les rendre compatibles avec un Univers statique:  la constante cosmologique . Lemaître a rencontré Einstein et a essayé de le débarrasser des préjugés concernant cet Univers fixe et statique dans lequel il avait grandi. Einstein, au début, a résisté et a même dit à  Lemaître: "calculs corrects, mais physique abominable". Ce n'est que plus tard qu'il devait reconnaître que celui qui avait osé le démentir avait raison. Par la suite, Einstein a dû admettre que l'Univers n'est pas statique. Il a pris en grippe la constante cosmologique. De nouveau, Le Maître a tenté de le faire changer d'avis. La constante cosmologique ne rend pas l'Univers statique et elle peut très bien exister quand même; il n'y a aucune raison de la supprimer. Encore une fois, Lemaître avait raison. La constante cosmologique produit une accélération de l'expansion de l'Univers, accélération qui a été mesurée récemment. 

Le deuxième épisode concerne le pape Pie XII. Tandis que l'idée de la naissance de l'Univers dans un big bang se diffusait, le pape Pie XII déclarait dans un discours public le 22 novembre 1951 [http://w2.vatican.va/content/pius-xii/it/speeches/1951/documents/hf_p-xii_spe_19511122_di-serena.html#top] que la théorie du big bang confirmait le récit de la genèse. Lemaître a été très préoccupé de cette prise de décision: "En 1951, le pape Pie XII a déclaré que la théorie de Lemaître a fourni une validation scientifique pour le catholicisme . Cependant, Lemaître ressenti la proclamation du pape, affirmant que la théorie était neutre et il n'y avait ni connexion ni une contradiction entre sa religion et sa théorie. Lorsque Lemaître et Daniel O'Connell, conseiller scientifique du pape, ont essayé à convaincre le pape de ne pas mentionner le créationnisme plus publiquement, le pape a accepté. Il a convaincu le pape à cesser de faire des proclamations cosmologie. Même si un catholique dévot, il était contre mélanger la science avec la religion, mais il était aussi d'avis que ces deux domaines de l'expérience humaine ne sont pas en conflit."

Read more at http://universum.e-monsite.com/pages/biographies/georges-lemaitre.html#Q4aGvl1ttseGScVG.99.  C'est ce que relate Simon Singh dans le roman du big bang. Pie XII s'est laissé convaincre et n'a plus fait aucune allusion en public à cette idée. Ce n'est pas donné à tout le monde de démentir le pape ou Einstein. 

Aujourd'hui, on pense qu'il est possible que le big bang ne soit pas un véritable commencement, qu"il pourrait avoir avoir existé auparavant un Univers, avec la possibilité d'un big bounce. On peut imaginer dans quel embarras serait l'Eglise catholique si Lemaître n'avait pas freiné le pape et si la doctrine officielle était que le Big Bang est la création, le Fiat Lux.

Aujourd'hui, il est hors de doute que l'Univers, dans un lointain passé ait été extrêmement chaud et compact et depuis lors il soit en expansion. Les scientifiques savent reconstituer, à partir de cet état initial, la façon dont se sont formés les atomes dans une nucléo-syntèse primordiale, les éléments, les galaxies et les étoiles de l'Univers telles que nous les voyons maintenant. 

Pour terminer ce chapitre, voyons comment Monseigneur Lemaître considérait les rapports entre la cosmologie et la foi dans l'article suivant du site persée.fr: http://www.lafoichretienne.com/content/theorie-big-bang-confirme-t-elle-bible (la théorie du big bang confirme t-elle la bible).

Liens: http://www.persee.fr/doc/thlou_0080-2654_1997_num_28_1_2867 (Monseigneur Georges Lemaître et le débat entre la cosmologie et la foi (à suivre) Dominique Lambert)

sciencetonnante.wordpress.com: la constante cosmologique

http://journals.openedition.org/philosophiascientiae/659 (La constante cosmologique et le déploiement de l’espace)

      2-2) Cosmologie quantique. 

Mais que s'est t-il passé il y a 14 milliards d'années. Il faut maintenant faire appel à la mécanique quantique. Voyons ce que dit la théorie des boucles?

Imaginons un cas plus simple mais qui ressemble à la contraction de l"Univers vers le big bang. Ce serait en mécanique classique l'exemple d'un électron qui tombe tout droit vers son noyau. Il se verrait englouti vers son noyau et disparaîtrait. Mais dans le monde sub-quantique ce n'est pas se qui se passe. Un électron réel est un objet quantique. Il ne suit donc pas une,trajectoire précise: il n'est pas possible de le localiser en un point unique pendant plus d'un instant. Et plus on le localise avec précision, plus il s'échappe. Si on veut l'arrêter autour du noyau, on peut tout au plus le forcer sur une orbitale de la dimension des orbitales atomiques. Il ne pourrait pas s'approcher davantage du noyau plus d'un court instant avant de s'échapper. La mécanique quantique empêche donc un électron réel de s'effondrer sur le noyau, comme si une force répulsive de nature quantique le rejetait lorsqu'il s'approche trop près du noyau. C'est pour cela que la nature est stable. Sans la mécanique quantique, tous les électrons s'effondreraient sur le noyaux, il n'y aurait pas d'atomes, ni de Terre, ni de vie avec des hommes pour observer la nature. 

Il en va de même pour l'Univers. Si on regarde le film de son évolution à l'envers, on voit un Univers qui se contracte et devient immensément petit, écrasé sous son propre poids. Selon les équations de la relativité générale d'Einstein, il s'écraserait à l'infini et disparaîtrait en un point , tout comme l'électron qui tombe sur le noyau, comme dans le big bang ponctuel prévu par les équations d'Einstein, si nous ne tenons pas compte de la mécanique quantique comme c'est le cas dans les modèles standard. 

Mais la physique quantique nous dit que l'Univers ne peut se comprimer davantage qu'une quantité minimale.On sait qu'en physique, le mot «quantum» désigne la quantité minimale de toute entité physique impliquée dans une interaction. Certaines caractéristiques de la matière ne peuvent prendre que certaines valeurs précises, elles sont dites « discrètes ». Carlo Rovelli pense que, de même que l'électron du paragraphe précédent, c'est comme s'il existait une force quantique répulsive et conclut que l'Univers aurait rebondi pour recommencer à s'étendre comme s'il émergeait d'une explosion cosmique ainsi qu'on le voit sur la figure ci-contre. Au lieu d'un big bang on aurait un big bounce qui semblerait émerger de la gravité quantique à boucles quand ses équations sont appliquées à l'expansion de l'Univers. Mais n'est-ce pas une ultime tentative pour évacuer  ce que beaucoup ne peuvent pas supporter, l'idée de création et surtout de Créateur?

En fait, l'image du rebond ne doit pas être prise à la lettre, il faut le prendre plutôt comme une métaphore. Nous avons vu que dans les modèles atomiques, l'électron n'est pas une particule. On peut le penser comme un nuage de probabilités. Sa position précise n'existe pas. Il en va de même pour l'Univers. Dans le passage de l'Univers en contraction par le big bang, nous ne pouvons plus penser à un espace et à un temps bien définis, mais à une nuée de probabilités où espace et temps ont totalement disparu. Le monde est dissous en une nuée grouillante de probabilités que les équations parviennent encore à décrire. Mais le mot Univers devient ici ambigu. "L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe, régi par un certain nombre de lois". Alors, il ne peut exister un second Univers. Mais dit Carlo Rovelli, le mot a fini par prendre en cosmologie un sens plus restrictif en cosmologie. Il désigne le continuum spatio-temporel que nous voyons autour de nous, dont nous pouvons étudier la géométrie et l'histoire. On peut donc penser qu'il n'y a aucune raison que l'Univers soit le seul existant et que lorsque le continuum spatio-temporel se défait, comme dans l'image de Jonh Wheeler, mousse quantique telle l'écume de la mer, en une nuée quantique de probabilités, on ne puisse pas prendre au sérieux l'idée qu'au-delà de cette écume chaude il n'existe pas un autre continuum spatio-temporel plus ou moins semblable à celui que nous connaissons. Il se trouve que la probabilité pour un Univers de passer d'une phase de contraction à une phase d'expansion peut se calculer au moyen des techniques évoquées dans l'article 2 chapitres 4) et 5) où des boîtes d'espace-temps se somment sur les mousses de spins qui relient un Univers qui se contracte à un Univers en expansion. 

Tout cela est encore spéculatif, mais l'extraordinaire, c'est que les scientifiques disposent aujourd'hui d'équations pour tenter de le décrire. C'est peut-être pour ne pas aborder l'idée de création qui amène celle d'un Créateur, mais c'est bien dans la suite de l'abbé Lemaître et de sa curiosité scientifique dans laquelle il ne mélangeait sa foi et la description du monde.

3) Confirmations empiriques? 

Au-delà de la fascination de l'exploration théorique de ce qui pourrait exister au-delà de notre Univers, la cosmologie quantique pourrait contribuer à dire si la théorie est juste ou pas. On l'a vu avec Einstein et Lemaître, l'un des deux avait raison et l'autre tort. Et malgré tous les résultats d'Einstein, sa réputation, son influence sur le monde scientifique, son immense autorité, il a dû s'incliner devant cet inconnu, ce petit curé belge. C'est ce dernier qui avait raison. C'est là toute la force de la pensée scientifique. Mais cela ne signifie pas que la science se réduise à l'art de faire des prévisions chiffrées, ce à quoi certains philosophes des sciences la réduisent. C'est confondre les outils avec l'objectif. L'objectif de la recherche scientifique n'est pas de "faire des prévisions", l'objectif, c'est de comprendre le monde, élaborer et développer une image du monde et uns structure conceptuelle pour le penser. Avant d'être technique, dit Carlo Rovelli, la science est visionnaire. Mais ce sont des prédictions vérifiables qui permettent voir et dire quand nous avons mal compris. Une théorie devient toujours plus crédible au fur et à mesure que ses prédictions deviennent exactes, comme le sont la théorie de la relativité ou la mécanique quantique, y compris par les prédictions les plus extravagantes et les plus inattendues lorsqu'elles sont confirmées par des observations et des expériences. 

Cela ne signifie pas que la science ne progresse pas sans données expérimentales nouvelles. Dans ce cas il y aurait peu d'espoir de trouver la théorie de la gravité quantique comme cela. Copernic disposait quasiment des mêmes données que Ptolémée. Quant à Newton, ses vrais ingrédients étaient les lois de Kepler et les résultats de Galilée. De même, Einstein avait les mêmes données que Newton. Ce qu'ont fait Copernic, Newton, Einstein et les autres, c'est de bâtir à partir des théories déjà existantes, et de trouver la manière de les combiner et de les repenser mieux. Ainsi, les données sur lesquelles on construit la gravité quantique ne sont pas des expérimentations nouvelles, ce sont les constructions théoriques qui ont déjà structuré notre savoir sur le monde sous des formes partiellement cohérentes: les données "expérimentales" sont la relativité générale et la mécanique quantique. En ayant l'avantage "d'être assis sur les épaules des géants" qui nous ont précédés, dit Carlo Rovelli, et "en bâtissant à partir de ces théories, en essayant de comprendre comment peut-être fait un monde cohérent dans lequel existeraient les quanta et où l'espace serait courbe, nous essayons de regarder vers l'inconnu. 

Il convient cependant de distinguer les indices des preuves. Les indices,en mettant les "Sherlock Holmes" sur la bonne piste permettent de résoudre une affaire mystérieuse. Les preuves sont ce dont le juge a besoin pour envoyer le coupable en prison. Les indices servent à mettre sur la voie de la bonne théorie et les preuves sont ce qui confirme ou pas, ensuite, que c'est la bonne théorie qu'on a trouvé. Sans indices, nous cherchons dans de mauvaises directions. Sans preuves, nous restons dans le doute. Pour ce qui est de la gravité quantique, la théorie est dans son enfance. Les idées et principes se précisent et se consolident; les indices sont bons et solides, même s'il manque encore la confirmation des prévision, c'est à dire que la théorie n'a pas encore fait ses preuves. 

Mais des signaux de la nature sont encourageants pour les "bouclistes". Une alternative à la gravité quantique est la théorie des cordes ou des théories liées aux cordes. Or ces théories ont besoin des particules supersymétriques pour être consistantes, ce qui n'est pas le cas de la gravité quantique à boucles qui est bien définie même sans particules supersymétriques. C'est pourquoi les cordistes ont eu une immense déception quand le  LHC  (Large Hadron Collider) a montré qu'elles ne se manifestaient pas. Le grand tapage qui a suivi la révélation de la particule qu'on appelle boson de Higgs en 2013 a servi à masquer cette déception. Les particules supersymétriques ne sont pas là; à l'énergie où de nombreux cordistes les attendaient. Ce n'est pas une preuve définitive, mais il semble que la nature ait donné un petit coup de pouce favorable aux "bouclistes". On peut maintenant compter deux résultats expérimentaux pour la physique fondamentale: la révélation du boson de Higgs au CERN de Genève et les mesures du satellite Planck, deux signes que vient de nous donner la nature. Il s'agit là du renforcement de l'image que les scientifiques avaient de l'évolution de l'Univers. Le premier signe, la découverte du boson de Higgs est une vérification d'une prévision faite il y a 30 ans et la confirmation du modèle standard des particules élémentaires, fondé sur la mécanique quantique. Le deuxième signe, les mesures du satellite Planck sont une confirmation du modèle standard de la cosmologie (ΛCDM pour "lambda cold matter"), fondé sur la relativité générale. Ces deux résultats marquent donc une absence de surprise surprenante malgré tout. En effet, certains s'attentaient à des surprises et s'attendaient à la supersymétrie, non au boson de Higgs. Et beaucoup s'attendaient à ce que le satellite Planck mesure des écarts par rapport au modèle standard de la cosmologie, ce qui aurait soutenu telle ou telle théorie cosmologique alternative à la relativité générale. Carlo Rovelli nous le dit avec force, "c'est comme si les deux résultats expérimentaux de 2013 parlaient avec la voix de la nature: cessez de rêver à de nouveaux champs et à des particules bizarres, à des dimensions supplémentaires, à d'autres symétries, à des univers parallèles, à des cordes et à je ne sais quoi encore. Les données du problèmes sont simples: relativité générale, mécanique quantique et modèle standard. Il s'agit seulement de les combiner correctement". C'est ce qui le conforte dans la direction de la gravité quantique à boucles, car ses seuls ingrédients et hypothèses sont la relativité générale, la mécanique quantique et la compatibilité avec le modèle standard. Mais cela ne veut pas dire que les particules supersymétriques n'existent pas à un échelle non encore atteinte et elles pourraient exister même si la théorie des boucles est exacte, ni que la théorie des cordes n'est pas exacte. Ce ne sont que des indices qui montrent qu'il faut, pour obtenir des confirmations plus solides à la théorie, chercher ailleurs, et l'Univers primordial pourrait ouvrir la fenêtre là où les prédictions de la théorie pourraient être confirmées dans le futur?... ou bien contredites.

Un lien sur les alternatives à la relativité générale (voir aussi liens en fin de ce article): https://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/einstein-bouscule-par-de-jeunes-152944  (Einstein bousculé par de jeunes physiciens : la dynamique des configurations Les équations d’Einstein utilisent une description de l’étendue utilisant un tenseur de métrique g réglé par un difféomorphisme en 4D. Il est possible d’utiliser une autre description. C’est ce que propose la dynamique des configurations (des formes). Elle tire son origine d’une formulation alternative de la relativité, le formalisme ADM (Richard Arnowitt, Stanley Deser et Charles W. Misner), puis d’une interprétation du principe de Mach (ni espace ni temps absolu ; tout est relation) par Julian Barbour selon lequel la gravité pourrait être reformulée comme une théorie dynamique des formes géométriques tridimensionnelles Pour résumer la situation, l’alternative des « configurations » permet de décrire le monde physique avec une image de la Nature un peu moins ésotérique que celle déduite des solutions d’Einstein. De plus, la métrique g peut être remplacée par les tétrades de Dirac A-7-3 le formalisme des tétrades (voir par exemple les travaux de Rovelli). )

4) Une fenêtre sur la gravité quantique. 

Avec les équations qui décrivent le passage de l'Univers par la phase quantique initiale, il est possible de calculer les effets des phénomènes quantiques primordiaux sur l'Univers observable aujourd'hui. Ce dernier conserve de nombreuses traces des faits initiaux. Comme nous l'avons vu, il est tout entier rempli du rayonnement cosmique de fond (fond diffus cosmologique), un océan de photons emplissant le cosmos, la  lueur résiduelle de la grande fournaise initiale. Ce rayonnement a été par les satellites COBE lancé en 1989, WMAP lancé en 2001 et plus récemment par Planck (voir la figure ci-dessus). Les détails de le structure nous racontent l'histoire de l'Univers et, caché dans les plis des détails, pourrait se trouver la trace du début quantique de l'Univers. "On trouve d’abord une confirmation : le scénario standard du big bang permet toujours d’expliquer les observations de manière spectaculaire. Les chercheurs ont pu calculer les paramètres du modèle avec une précision jamais égalée. Mais l'examen approfondi des données révèle des comportements étonnants qui se manifestent particulièrement aux grandes échelles : les variations du rayonnement fossile sur le ciel revêtent une amplitude de seulement 0,003 % environ ; cependant elles s’avèrent encore inférieures de 10 % aux prédictions. L’écart est faible mais définitivement significatif, alors que les fluctuations aux petites échelles sont tout à fait conformes aux prévisions. Une autre anomalie, peut-être reliée à la première, est que le rayonnement fossile observé dans deux hémisphères de directions opposés s’avère d’intensité légèrement différente. Finalement, de grandes régions froides d’origine inexpliquée, sont détectées sans plus aucun doute dans le rayonnement de fond cosmologique. L’existence de l’asymétrie et des régions froides était suspectée dans les données précédentes de WMAP. La voilà confirmée de façon incontestée. Elle ne saurait provenir ni des avant-plans ni d’un quelconque artefact instrumental. « Les théories de formation et de développement de l’Univers vont devoir en tenir compte. Il faut les repenser, étendre, améliorer, compléter, voire les remettre en cause », commente Jean-Michel Lamarre. Jusqu’ici, le principe cosmologique, voulait que le cosmos se comporte de la même façon en tout lieu et dans toutes les directions. « Il semble bien que Planck ait constaté le contraire, au moins pour une petite fraction mesurable de l’énergie présente. »

Pour ce qui concerne la gravité quantique à boucles un des secteurs les plus actifs de la recherche étudie actuellement dans quelle mesure la dynamique quantique de l'Univers primordial se reflète dans ces données.Rien n'est certain, mais, dit Carlo Rovelli, avec davantage de calculs et de mesures plus précises, on devrait arriver à un vrai test de la théorie. 

En 2013, Abhay Ashketar, Ivan Agulo et William Nelson on publié un article dans lequel ils calculent que, à certaines conditions, la distribution statistique des fluctuations du fond de rayonnement cosmologique devrait se ressentir de du sursaut initial de l'Univers: les fluctuations à grand angle devraient être plus importantes que celles prévues par la théorie, qui ne tient pas compte des quanta.L'état actuel de la mesure est décrit dans la fig. 1 de l'article (FIG. 1: Ratio of our LQG power spectrum for scalar perturbations to the standard inflationary power spectrum. The (blue) crosses denote the data points) où la ligne rouge est la prévision d'Ivan Agullo , Abhay Ashtekar , William Nelson et les points bleus sont les données expérimentales. Elles ne sont pour l'instant pas suffisantes pour dire si la courbe au-dessus de la ligne noire prévue par les trois auteurs, est la bonne ou pas. Les mesures se rapprochent de la possibilité de tester la théorie, mais n'y sont pas encore.Par ailleurs il n'est pas certain que les hypothèses particulières du calcul des trois auteurs soit bonne. Voir aussi le travail d'Aurélien Barrau: Une représentation de la courbe du spectre de puissance angulaire du rayonnement fossile, déduite du modèle cosmologique standard (courbe multipôle moment, l) sur la figure ci-dessus. Carlo Rovelli en parle ainsi: "La situation est donc encore fluide. Mais tous ceux qui, comme moi, ont passé leur vie à essayer de percer les secrets de l'espace quantique, suivent avec attention, inquiétude et espoir l'affinement continuel de nos capacités d'observation, de mesure et de calcul, et guettent le moment où la nature nous dira si nous avions raison ou pas."

Quelques liens: https://arxiv.org/abs/1209.1609 (Une extension gravitationnelle quantique du scénario inflationniste Ivan Agullo , Abhay Ashtekar , William Nelson)

https://arxiv.org/abs/1211.1354 (Une extension de la théorie quantique des perturbations cosmologiques à l'ère de Planck Ivan Agullo , Abhay Ashtekar , William Nelson)

https://arxiv.org/abs/1302.0254 (La dynamique pré-inflationniste de la cosmologie quantique en boucle: faire face à la gravité quantique avec les observations Ivan Agullo , Abhay Ashtekar , William Nelson)

https://arxiv.org/abs/1204.1288 (Perturbations en cosmologie quantique en boucle Ivan Agullo , Abhay Ashtekar , William Nelson)

https://www.sciencesmaths-paris.fr/upload/Contenu/MEM2014/guilloux.pdf (Statistiques pour le fond diffus cosmologique Frédéric GUILLOUX)

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-planck-nouvel-eclairage-gravitation-quantique-espere-aurelien-barrau-45390/ (Planck : un nouvel éclairage sur la gravitation quantique espère Aurélien Barrau)

Le champ gravitationnel doit lui aussi porter des traces de la grande chaleur initial du big bang. Cela signifie que l'espace lui-même doit "trembler" comme la surface de la mer et qu'il doit exister un rayonnement de fond gravitationnel. Ce dernier doit plus plus ancien que l'autre, le fond cosmologique car les ondes gravitationnelles (un subtil murmure de l'espace-temps qui hurle) moins perturbées par la matière que les ondes électromagnétiques, ont pu voyager sans encombre alors que l'Univers était trop dense pour laisser passer les ondes électromagnétiques. Les ondes gravitationnelles, prédites par les équations d'Einstein ont été détectées pour la première fois le 14 aôut 2017 sur la fusion (coalescence) de deux trous noirs par le détecteur Virgo (Europe). En 09/2017, pour la première fois, la région de l'espace d'où provenaient les ondes gravitationnelles a pu être cernée par VIRGO et LIGO (USA). Depuis, d'autres fusion de trous noirs ont pu être détectées dont la cinquième en novembre 2017. Cette fusion de trous noirs semble devenir commune, mais il convient de rappeler que l’observation des ondes gravitationnelles, "ces ondulations dans la toile de l’espace-temps engendrées par de massifs événements cataclysmiques dans un passé très lointain, aussi lointain que leur distance, est l’une des découvertes scientifiques les plus importantes de notre siècle." Rappelons que ces événements ont été captes par les détecteurs LIGO et Virgo. Chacune de ces installations reflète les faisceaux laser sur deux tunnels de 4 km et en mesurant la lumière à mesure qu’elle en sort, les scientifiques peuvent détecter les distorsions physiques aussi petites que la fraction d’un proton dont on trouvera les principes et  les caractéristiques dans le site.

Après l'observation des ondes gravitationnelles sur terre grâce aux interféromètres, la suite de l'aventure aura lieu à partir du ciel avec le satellite LISA Pathfinder, lancé le 3 décembre 2015. Sa mission scientifique avait commencé en mars 2016 pour une durée de 16 moiset est donc arrivée à son terme en mi-2018. La mission LISA (Laser Interferometer Space Antenna) va pouvoir maintenant mise en oeuvre. "C'est une future mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) dont l'objectif est de détecter des ondes gravitationnelles de basse fréquence depuis l'espace. Il s'agira du premier observatoire spatial d'ondes gravitationnelles, les observatoires actuels, notamment LIGO et Virgo, étant terrestres. LISA consiste en une constellation de trois satellites en orbite héliocentrique formant un triangle équilatéral de 2,5 millions de kilomètres de côté dont les trois bras sont reliés par 6 faisceaux laser". L'ESA lancera ce détecteur d'ondes gravitationnelles en 2034  Il sera composé de trois satellites séparés de 2,5 millions de kilomètres et volant en formation en suivant la Terre sur son orbite, donc en tournant non autour de la Terre, mais autour du soleil, comme s'il s'agissait de rois petites planètes. Grâce à deux faisceaux lasers, les positions relatives des satellites pourront être mesurées à quelques millionièmes de millionièmes de mètre près. Une précision indispensable pour espérer détecter les infimes variations de la trame de l'espace induites par le passage d'une onde gravitationnelle.

Dans les infimes ridules de l'espace autour de la Terre, les scientifiques devraient parvenir à trouver des traces d'événements advenus il y a environ 14 milliards d'années, à l'origine de notre Univers, et ainsi en obtenir la confirmation des déductions des hommes sur la nature de l'espace et du temps.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Fond_cosmologique_d%27ondes_gravitationnelles (Les théories cosmologiques supposent qu'à l'image du fond diffus cosmologique, il existerait un autre rayonnement de fond cosmologique composé d'ondes gravitationnelles. Celui-ci aurait pour origine des fluctuations de densité apparues peu après le Big Bang)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_gravitationnelle_primordiale (Une onde gravitationnelle primordiale est une onde gravitationnelle observée dans le fond diffus cosmologique et présente aux tout premiers instants du Big Bang (10-30 seconde), c'est-à-dire dans l'Univers primordial)

http://www.lupm.univ-montp2.fr/spip.php?article462  (Ondes gravitationnelles, une révolution en marche ! publié le 4 mai 2016 Par Denis GIALIS - Revue Espace & Astrophysique)

http://physiquereussite.fr/ondes-gravitationnelleselectromagnetiques-bienvenue-lastronomie-2-0(Ondes gravitationnelles/électromagnétiques - Bienvenue dans l'Astronomie 2.0)https://blogs.futura-sciences.com/luminet/2016/02/10/la-lumiere-gravitationnelle-1/   (Jean-pierre luminet LA « LUMIÈRE » GRAVITATIONNELLE (1/4) : PRINCIPES DE BASE)

Dans le prochain article 'article 4), nous poursuivrons notre découverte des recherches de Carlo Rovelli "Par delà le visible" avec les derniers chapitres: la chaleur des trous noirs, la fin de l'infini (avec la gravitation quantique), réalité et information, le mystère (restera t-il du mystère?)

liens: 

Sabine Hossenfelder facebook (9 janvier 2018):   https://arxiv.org/abs/1801.02176: https://arxiv.org/pdf/1801.02176.pdf (Screams for Explication: Affinement et naturel dans les fondements de la physique)

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/cosmologie-energie-noire-univers-accelere-plus-vite-prevu-defie-cosmologistes-62378/  (Énergie noire : l’univers accélère plus vite que prévu et défie les cosmologistes)

https://cosmologie.files.wordpress.com/2014/12/2007_einstein_bigbang.pdf (La plus grande erreur d’Einstein ? Alain Bouquet)

http://www.astrosurf.com/luxorion/cosmos-creation.htm (l'univers en expansion)

https://www.sciencesetavenir.fr/espace/expansion-de-l-univers-comment-einstein-a-change-d-avis_33980 (L'expansion de l'univers: comment Einstein a changé d'avis)

https://monblogdereflexions.blogspot.fr/2017/09/carlo-rovelli-par-dela-le-visible-mon.html#.WhbZCUriaM8   (Carlo Rovelli par-delà le visible Mon article 2: Le temps n'existe pas)

https://blogs.futura-sciences.com/barrau/2018/01/04/voir-big-bang/ (Je présente ici une idée nouvelle que nous venons de publier dans Physical Review D, ici, pour tenter d’ouvrir une fenêtre sur l’avant Big Bang)

http://people.3sr-grenoble.fr/users/marminjon/Arminjon2006-2009-MQ-Gravitation.pdf (Mécanique quantique dans un champ de gravitation janvier 2006  décembre 2009 Mayeul Arminjon)

théories alternatives

https://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/einstein-bouscule-par-de-jeunes-152944  (Einstein bousculé par de jeunes physiciens : la dynamique des configurations Les équations d’Einstein utilisent une description de l’étendue utilisant un tenseur de métrique g réglé par un difféomorphisme en 4D. Il est possible d’utiliser une autre description. C’est ce que propose la dynamique des configurations (des formes). Elle tire son origine d’une formulation alternative de la relativité, le formalisme ADM (Richard Arnowitt, Stanley Deser et Charles W. Misner), puis d’une interprétation du principe de Mach (ni espace ni temps absolu ; tout est relation) par Julian Barbour selon lequel la gravité pourrait être reformulée comme une théorie dynamique des formes géométriques tridimensionnelles Pour résumer la situation, l’alternative des « configurations » permet de décrire le monde physique avec une image de la Nature un peu moins ésotérique que celle déduite des solutions d’Einstein. De plus, la métrique g peut être remplacée par les tétrades de Dirac A-7-3 le formalisme des tétrades (voir par exemple les travaux de Rovelli). )

https://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/la-gravite-sans-einstein-entretien-153171 (La gravité sans Einstein : entretien avec Tim Koslowski par Bernard Dugué (son site) jeudi 12 juin 2014)

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01108515/document (Vers une construction microphysique du paradigme cosmologique : prédictions et observations dans un univers quantique Julien Grain )

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00315725/document  (THÈSE de DOCTORAT de l'Université Paris VI  Pierre et Marie Curie Présentée par Jean-Philippe Bruneton, Théories alternatives de la gravitation et applications)

http://people.3sr-grenoble.fr/users/marminjon/Arminjon-EqsDirac-E-T-Courbe-Janvier2010-Juin2012.pdf  (Equations de Dirac dans un espace-temps courbe et leur mécanique quantique janvier 2010  juin 2012 Mayeul Arminjon)

https://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/la-gravite-sans-einstein-entretien-153171   (La gravité sans Einstein : entretien avec Tim Koslowski par Bernard Dugué (son site) 12 juin 2014)

http://theses.univ-oran1.dz/document/TH3183.pdf (la gravitation quantique dans le cadre des théories BF magister en physique 2010)

Autres liens:

http://guydoyen.fr/2011/06/30/nature-de-l-espace-temps-une-decouverte-pourrait-bouleverser-la-physique-moderne/   Nature de l’Espace-Temps : Une découverte qui pourrait bouleverser la physique moderne  Des théories suggèrent que la nature quantique de l’espace-temps devrait se manifester à l’échelle de Planck (10^-35m). Cependant, les observations de Integral qui sont environ 10 000 fois plus précises que les précédentes montrent que la granularité de l’Espace-temps devrait se situer à une échelle de 10^-48m ou moins.

http://www.philipmaulion.com/2017/05/emergence-pourquoi-les-physiciens-recourent-ils-a-cette-notion.html (Je propose de prendre comme premier exemple de la survenue de la notion d’émergence celui relatif à la théorie de la gravité quantique à boucles telle qu’elle est présentement développée par Carlo Rovelli. Il écrit : « Il n’y a pas de temps dans la gravité quantique à boucles…)

http://www.hef.ru.nl/~fvidotto/pop/Recherche458.pdf ( De l’autre côté du Big Bang Appliquée à l’Univers dans son ensemble, la gravité quantique à boucles transforme notre représentation du cosmos et de son histoire. Cette nouvelle cosmologie ouvre la porte sur l’autre côté du Big Bang)

http://lpsc.in2p3.fr/barrau/aurelien/Astronomie36.pdf (La cosmologiequantique par AURÉLIEN BARRAU et FRANCESCA VIDOTTO)

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00337352/document  (Modèles de mousses de spin pour la gravité quantique en 3 dimensions David Louapre)

https://arxiv.org/pdf/1603.05834.pdf   (Bouncing Cosmologies: Progress and Problems Robert Brandenberger1, ∗ and Patrick Peter2)

https://arxiv.org/pdf/1711.05301.pdf (Seeing through the cosmological bounce: Footprints of the contracting phase and luminosity distance in bouncing models Aurélien Barrau,1 Killian Martineau,1 and Flora Moulin1)

https://zerhubarbeblog.net/2013/12/23/de-lorigine-des-origines/ (de l'origine des origines voir sheldrake et lee smolin)

https://www.alterinfo.net/La-creation-de-l-univers-a-partir-du-neant_a10926.html (La création de l'univers à partir du néant)

http://www.slate.fr/life/68569/du-boson-de-higgs-a-lapocalypse (du boson de higgs à l'apocalypse)