La téléologie est l'idée que certains processus dans la nature sont dirigés vers un objectif ou une fin. Aujourd'hui, il est communément affirmé que la téléologie est un vestige des manières de penser désuet de la causalité et qu'elle n'est pas compatible avec la science moderne, car elle est fondamentalement non testable.
À mon avis, ces allégations ne tiennent pas compte de la physique moderne. La théorie quantique implique une notion complexe de causalité et peut naturellement incorporer des conditions finales. Cependant, pour travailler avec des conditions finales qui ne sont pas imposées par les agents externes, nous devons nous déplacer dans le domaine de la cosmologie quantique, dans laquelle l'univers entier est traité comme un système quantique.
Avec ce problème à l'esprit, j'ai étudié les conditions finales en cosmologie quantique. J'ai constaté que les cosmologies avec de telles conditions prédisent généralement un univers avec une expansion accélérée. L'accélération cosmique est un fait bien établi, et également l'une des caractéristiques les plus déroutantes de la cosmologie moderne.
Son explication nécessite des hypothèses controversées sur la nouvelle physique: soit une constante cosmologique très petite mais non nulle, une forme exotique de matière (énergie noire), soit une modification radicale de notre théorie de la gravité. Le postulat d'une condition cosmologique quantique finale fournit une nouvelle explication qui ne nécessite aucune nouvelle physique.
Depuis Newton, l'évolution du temps en physique est comprise comme un problème de valeur initial. Cela signifie que nous identifions les positions initiales et les moments de toutes les particules du système, puis nous résolvons les équations de mouvement de Newton pour obtenir les positions et les moments à tout moment (ou passé).
Il en va de même pour les théories relativistes, à une exception: les singularités cosmologiques de la relativité générale. En cosmologie, la solution des équations du mouvement vers le passé s'arrête brusquement après un temps fini, à la singularité du Big Bang. Étant donné que rien ne peut être défini à la singularité, il n'y a littéralement aucune condition initiale pour évoluer dans le temps.
Une motivation majeure pour la recherche sur la cosmologie quantique est de résoudre les singularités par des effets quantiques. Mais la théorie quantique apporte son propre sac de problèmes. L'évolution du temps de l'état quantique est très différente de l'évolution causale de la physique classique, car les états quantiques n'expriment pas les propriétés des systèmes quantiques individuels.
Dans la plupart des interprétations de la théorie quantique, l'état quantique est uniquement un objet d'information pour la comptabilité probabiliste. De plus, les probabilités quantiques ont une généralisation naturelle avec un état quantique initial et final décrivant un système physique.
Cette généralisation est bien confirmée expérimentalement et a trouvé de nombreuses applications. Dans les expériences, les états finaux sont mis en œuvre via post-sélection, c'est-à-dire que nous ne conservons que des courses de l'expérience qui satisfont une condition finale spécifique.
Dans la cosmologie quantique, nous traitons l'univers comme un système quantique fermé unique, de sorte que tout état initial ou final doit être considéré comme une composante de l'affectation de probabilité fondamentale. Ce sont des lois de la nature qui fixent le démarrage de l'univers et comment il se termine.
La majorité des travaux sur la cosmologie quantique se concentre sur la spécification d'un état initial et ignore la possibilité d'un état final. Une exception notable a été la recherche de Steven Hawking dans les années 1980, qui suggérait les conditions finales pour un grand croquant qui reflète pleinement les conditions initiales au Big Bang.
Il voulait montrer que la flèche thermodynamique du temps coïncide avec la flèche de l'expansion cosmologique. Cela n'a pas fonctionné, et finalement, la découverte de l'accélération cosmique à la fin des années 1990 a rendu des cosmologies avec un grand croquant invraisemblable.
Mon analyse a commencé à partir de la dérivation de la « limite déterministe » des probabilités quantiques avec des conditions initiales et finales, qui est obtenue en faisant la moyenne des processus quantiques microscopiques. Si nous n'avons que des conditions initiales, la limite déterministe donne les équations de la physique classique, par exemple, les lois de Newton.
J'ai dérivé les équations correspondantes en présence de conditions finales quantiques. Ces équations sont nouvelles, mais elles peuvent toujours être exprimées par les mathématiques de la physique classique, et elles sont largement indépendantes des propriétés de la théorie quantique sous-jacente. Ce dernier résultat est à la fois chanceux et inattendu: il permet des prédictions cosmologiques spécifiques sans référence à des théories de gravité quantique hautement spéculatives. Ces résultats sont publiés dans la revue Revue physique D.
Il s'avère que la limite déterministe des cosmologies quantiques téléologiques (c.-à-d. Les modèles cosmologiques quantiques avec des conditions initiales et finales) décrit génériquement un univers subissant une expansion accélérée.
L'univers passe d'une époque non accélérée à une époque accélérée, en accord avec les observations récentes. Aucune constante cosmologique, énergie sombre ou gravité modifiée ne doit être impliquée. L'accélération cosmique est générée uniquement par l'imposition de conditions finales au niveau quantique. En ce sens, l'accélération cosmique est un véritable effet quantique macroscopique.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires afin de voir comment la cosmologie quantique téléologique se comporte de manière observationnelle par rapport aux récits alternatifs de l'accélération cosmique. Une limitation de l'analyse existante est que la limite déterministe ne fonctionne pas près du Big Bang.
Pour sonder l'univers précoce, nous avons besoin de la description quantique complète. Même un modèle simplifié nous permettra d'analyser les inhomogénéités cosmologiques dans l'univers précoce, et ainsi de se connecter avec des observations du fond micro-ondes cosmiques et des ondes gravitationnelles primordiales.
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