Le concept de rien une fois a déclenché une guerre de 1000 ans, aujourd'hui, il pourrait expliquer l'énergie sombre et le néant a même le potentiel de détruire l'univers, explique le physicien Antonio Padilla
Il y a une forme de néant encore plus vide que le vide de l'espace
Ce qui suit est un extrait de notre newsletter Lost in Space-Time. Chaque mois, nous remettons le clavier à un physicien ou en mathématicien pour vous parler des idées fascinantes de leur coin de l'univers. Vous pouvez vous inscrire à Lost dans l'espace-temps ici.
La plupart d'entre nous ne se plaignent de rien de temps en temps. Comme lorsque vous ouvrez le réfrigérateur, voyez les étagères vides et soupirez, «il n'y a rien à manger» – même s'il y a un yaourt à moitié mangé et une laitue suspecte.
Bien sûr, c'est une forme plutôt subjective de rien. Il y a deux définitions plus précises que nous pourrions considérer. Tout d'abord, il n'y a rien avec une minuscule n. C'est ce que vous obtenez lorsque vous commencez avec quelque chose et que vous enlevez tout: le yaourt, la laitue, les molécules d'air dans le réfrigérateur et plus encore. Mais il n'y a aussi rien, avec un capital N. C'est beaucoup plus absolu. Ce n'est pas ce que vous obtenez lorsque vous videz le réfrigérateur. Un vrai rien ne peut jamais être quelque chose, et il ne peut jamais devenir quelque chose. C'est juste non. Si un tel rien ne peut exister – et il est difficile d'imaginer comment – alors tout, y compris nous, doit en être déconnecté.
En tant que physiciens, nous sommes plus intéressés par les choses auxquelles nous pouvons nous connecter, dans la moindre forme de rien avec une minuscule n. Ce vide a autrefois déclenché une guerre qui a duré plus de 1000 ans. Le conflit a commencé avec les anciens philosophes grecs au 5ème siècle avant JC, en particulier Leucippus et son élève, démocrite. Ils ont proposé que la matière était constituée de minuscules petites pièces indivisibles, ou «atomes», gambadant dans un vide infini – en rien.
C'était une philosophie qu'Aristote a été déterminée plus tard à détruire. Il pensait que la matière était un fluide continu, en expansion et en contractant, se déplaçant à jamais entre les quatre éléments de base de la terre, de l'air, du feu et de l'eau. Il a construit un modèle de l'univers divisé en sphères concentriques, avec des couches terrestres composées des quatre éléments et des couches célestes fabriquées à partir d'un cinquième élément connu sous le nom de l'éther. Chacune des sphères célestes a été déplacée par son plus grand voisin: la sphère lunaire déplacée par Mercure, Mercure par Vénus et ainsi de suite, jusqu'à ce que vous atteigniez la dernière couche d'étoiles, fixée au bord du monde matériel. Selon Aristote, cette dernière couche a été ému par quelque chose au-delà du monde matériel, par le «moteur principal», par Dieu.
En reliant son modèle à l'existence de Dieu, Aristote a triomphé des atomistes dans le cœur de beaucoup – en particulier des philosophes chrétiens médiévaux tels que Thomas Aquinas. La philosophie atomiste est devenue une hérésie. Embrasser le vide, c'était embrasser l'absence de Dieu, embrasser le mal. Les philosophes orientaux ont adopté une vue très différente. Dans de nombreuses religions orientales, le vide est une source d'illumination. Bouddha, par exemple, aurait réalisé Śūnyatun, Le vide du vide, se libérant de toutes les souffrances et de la misère. Avec rien au cœur de leur spiritualité, les mathématiciens orientaux n'avaient pas peur de développer de nouvelles idées radicales comme Zero, la représentation numérique de rien. Ces idées ont été violemment rejetées en Occident. En 1299, les responsables florentins allaient jusqu'à interdire l'utilisation de chiffres hindou-arabiques, en particulier zéro, pour prévenir la fraude. Après tout, l'ajout de quelques zéros à vos comptes pourrait les rendre beaucoup plus sains.
Alors que Thomas Aquinas avait défendu les idées d'Aristote au début du XIIIe siècle, au moment du décret florentin, l'emprise de l'ancien grec sur la philosophie occidentale était déjà attaquée. En 1277, l'évêque Étienne Tempier demandait s'il était possible pour Dieu de déplacer les cieux, pour lesquels la réponse était évidente: Dieu pouvait tout faire. Et pourtant, Aristote avait soutenu que ce n'était pas possible, car le déplacement des cieux laisserait un vide et cela était interdit. Pour Tempier, c'était Aristote et ses disciples coupables d'hérésie. Dieu pourrait certainement créer un vide ou un vide, et il est donc devenu béni. Quant à zéro, il a également reçu un pardon dans le monde occidental, non pas des évêques de l'Église catholique, mais des comptables. Ils ont inventé la comptabilité à double entrée et Zero est devenu un outil essentiel pour équilibrer les livres.
Au 17ème siècle, ce n'était pas seulement Dieu qui pouvait créer un vide. Physiciens Evangelista Torricelli et Blaise Pascal l'avaient également géré à l'aide d'un baromètre Mercury. Mais n'avaient-ils vraiment rien créé?
Pascal effectue une expérience, la peinture à l'huile par Ernest Board
Avec l'avènement de la mécanique quantique au début du 20e siècle, nous avons appris que la réponse était un «non» retentissant. Dans un monde quantique, vous ne pouvez pas dire avec une précision précise où se trouve une particule ou à quelle vitesse il se déplace. Il y a toujours un manche quantique.
Il en va de même pour le vide. Vous pourriez l'imaginer comme un endroit silencieux et vide, mais il contient toujours ce tour quantique. Dans ce cas, c'est la még de particles virtuelles qui sonnent et sortaient de l'existence. Ils poussent et tirent sur le vide, lui donnant suffisamment d'énergie pour plier la forme de l'espace et du temps. De nombreux astronomes croient que la soi-disant énergie sombre – un concept utilisé pour expliquer pourquoi l'univers se développe à un rythme toujours croissant, comme le suggèrent les mesures – est vraiment l'énergie de l'espace vide. Cette énergie du vide pourrait entraîner l'expansion cosmique accélérée, augmentant de plus en plus rapidement alors que nous nous dirigeons vers un vide universel.
Donc, si rien n'est pas le vide, alors où n'est rien? Peut-il même exister dans notre domaine physique? En 1982, le physicien et médaillé des champs Ed Witten a trouvé la réponse. Il a découvert une nouvelle forme terrifiante de rien, bien plus agressive qu'un vide ou un vide. Il s'est révélé comme une instabilité de l'espace-temps dans lequel une bulle de rien ne peut littéralement apparaître et commencer à dévorer l'univers de l'intérieur. Ce n'est pas seulement un espace vide. C'est l'absence d'espace lui-même. Si une bulle de rien n'apparaissait dans votre maison, cela ne laisserait pas un trou béant – cela effacerait également le trou. Cela prendrait tout: votre téléviseur, votre canapé et même l'espace qu'ils occupaient autrefois. Ce spectre de destruction se propagerait rapidement, une instabilité en fuite dans laquelle l'espace lui-même abandonne et disparaît.
Avec la perspective de l'espace et du temps dévoré par rien, il n'est pas surprenant que les physiciens aient cherché à mieux comprendre ce que Witten avait trouvé. En 2011, il a conduit deux universitaires à l'Université de Princeton, Adam Brown et Alex Dahlen, pour découvrir une nouvelle façon inattendue de penser à rien: comme un vide avec une courbure infiniment négative. Nous avons déjà vu comment un vide peut stocker l'énergie qui peut plier la forme de l'espace et du temps. Lorsque l'énergie est positive, vous obtenez une courbure positive et un univers qui se développe à un rythme accéléré. Lorsque l'énergie est négative, vous obtenez une courbure négative et un univers qui se développe initialement avant de vous effondrer sur lui-même, en disparaissant dans un croquant apocalyptique. Brown et Dahlen imaginaient des bulles remplies d'un vide d'énergie négative qui plie l'espace-temps d'une quantité négative mais finie. Alors qu'ils augmentaient la courbure à l'intérieur de la bulle à des valeurs négatives de plus en plus grandes, ils ont remarqué que la physique se rapprochait de plus en plus de ce que Witten avait vu. Ils ont conclu que la bulle de Witten de rien pouvait être comprise comme une bulle d'espace-temps vide courbé à l'infini négatif.
Le point de vue de Brown et Dahlen est étayé par le «principe holographique». C'est l'idée que notre univers pourrait être comme une projection, une réalité tridimensionnelle codée sur une frontière de dimension inférieure. J'aime à considérer cela comme deux langues différentes: d'une part, j'ai le langage tridimensionnel de la masse; de l'autre, la langue de la frontière de dimension inférieure. Les deux langues peuvent décrire les mêmes phénomènes physiques, bien que d'une manière très différente. En l'occurrence, nous sommes plus habitués à parler la langue de la majeure partie, mais ce n'est qu'un choix. Nous pourrions choisir de parler la langue de la frontière, et ce ne serait pas plus étrange que mon père espagnol qui choisit de parler espagnol de son domicile à Liverpool.
Mais qu'est-ce que cela a à voir avec des bulles de courbure infiniment négative? Le principe holographique est mieux compris pour les temps spatiaux qui sont incurvés négativement. C'est dans ce cas que nous avons un dictionnaire approprié reliant les langues en vrac et aux limites. Mais voici rien. Il s'avère que le nombre de mots dans le langage limite dépend de la courbure de la masse. Alors que cette courbure tombe vers l'infini négatif, le nombre de mots va à zéro! Le langage limite disparaît complètement et il vous reste avec rien. Brown et Dahlen avaient raison.
L'utilisation d'un vide de courbure négative infinie peut ouvrir de nouvelles façons de réfléchir à la façon dont l'univers est né de rien, ou comment il pourrait finir comme rien. Ce n'est pas seulement quelque chose auquel nous pourrions penser – c'est quelque chose à lequel nous devons penser. Vous voyez, tout comme Witten a montré que rien n'était possible, une équipe de Harvard a montré qu'elle était inévitable.
Les physiciens Jake McNamara et Cumrun Vafa ont soutenu qu'il n'y a pas d'îles dans le paysage de la gravité quantique. C'est le paysage contenant toutes les théories de la gravité quantique qui ont du sens. Certains d'entre eux sont sauvages et merveilleux et n'ont rien de commun avec l'univers que nous voyons autour de nous, mais au moins ils sont logiquement cohérents. Supposons que vous atteigniez le paysage et prenez votre théorie préférée de la gravité quantique, et je prends la mienne. Ensuite, McNamara et Vafa disent qu'il devrait y avoir un moyen de passer dynamiquement entre les deux. Ces transitions peuvent parfois se produire en passant par un mur, un portail séparant votre monde de gravité quantique du mien.
Mais il y a plus, ou peut-être moins. En plus de toutes les théories de fantaisie de la gravité quantique, il y a la théorie de la gravité quantique la plus simple: la théorie ne décrivant rien. Étant donné que cette théorie triviale fait partie du paysage de McNamara et Vafa, il doit toujours y avoir un moyen de se rendre et de rien. Rien n'est pas une île coupée du reste de la physique. C'est là, attendant que nous le trouvons.
Craignant par certains et adoré par les autres, nous savons maintenant que rien n'est inévitable. Il a une histoire hantée depuis des millénaires, a contaminé votre compte bancaire et un jour, il mangera l'univers pour le petit déjeuner.
Devrions-nous nous inquiéter?
Ou n'est-ce rien?
