La réalité existe-t-elle sans nous ?
Les physiciens ont eu beaucoup de mal à écarter l’observateur de la théorie quantique. Aujourd’hui, certains envisagent une alternative ahurissante : celle selon laquelle une description cohérente de la réalité, avec toutes ses particularités quantiques, pourrait naître de rien d’autre que d’expériences subjectives aléatoires.
« Cela ressemble à la “perspective d’un fou” », affirme l’auteur de cette nouvelle théorie audacieuse, car elle nous oblige à abandonner toute notion de lois physiques fondamentales. Mais si elle s’avérait exacte, non seulement elle résoudrait certaines énigmes profondes de la mécanique quantique, mais elle bouleverserait aussi nos idées préconçues les plus profondes sur la réalité elle-même.
Il est largement reconnu que le corps est capable d’assimiler des informations issues de stimulations sensorielles, et il suffit de constater le succès de l’hypnothérapie pour se rendre compte de son efficacité. Ce système prolonge ce principe en stimulant notre potentiel de guérison par le biais des mots écrits, des chiffres, des équations fractales, des sons, des couleurs et des symboles. En donnant des instructions directes à l’intelligence de notre corps, nous stimulons ses pouvoirs naturels de guérison.
Lorsqu’il s’agit de prédire le comportement du monde, la théorie quantique est sans égale : chacune de ses prédictions, aussi contre-intuitive soit-elle, est confirmée par l’expérience. Les électrons, par exemple, peuvent parfois présenter un comportement caractéristique des ondes, même s’ils semblent, dans d’autres circonstances, se comporter comme des particules.
Une vague de confusion
Avant l’observation, on dit que ces objets quantiques se trouvent dans une superposition de tous les résultats observables possibles. Cela ne signifie pas qu’ils existent dans plusieurs états à la fois, mais plutôt que l’on peut seulement affirmer que tous les résultats admissibles de la mesure restent possibles. Ce potentiel est représenté par la fonction d’onde quantique, une expression mathématique qui encode tous les résultats et leurs probabilités relatives.
Mais il n’est pas du tout évident de savoir ce que la fonction d’onde peut nous révéler, le cas échéant, sur la nature d’un système quantique avant que nous ne procédions à une mesure. Cet acte réduit tous ces résultats possibles à un seul, ce que l’on appelle l’effondrement de la fonction d’onde — mais personne ne sait vraiment ce que cela signifie non plus. Certains chercheurs pensent qu’il pourrait s’agir d’un véritable processus physique, à l’instar de la désintégration radioactive.
Ceux qui adhèrent à l’interprétation des mondes multiples pensent qu’il s’agit d’une illusion créée par une scission de l’univers en chacun des résultats possibles. D’autres encore affirment qu’il est inutile d’essayer de l’expliquer — et d’ailleurs, qu’importe ? Les mathématiques fonctionnent, alors taisez-vous et calculez.
Quoi qu’il en soit, l’effondrement de la fonction d’onde semble dépendre d’une intervention ou d’une observation, ce qui soulève d’énormes problèmes, notamment concernant le rôle de la conscience dans l’ensemble du processus. C’est là le problème de la mesure, sans doute le plus grand casse-tête de la théorie quantique.
« C’est très difficile », explique Kelvin McQueen, philosophe à l’université Chapman en Californie. « De nouvelles interprétations voient le jour chaque jour, mais elles posent toutes des problèmes. »
La plus populaire est connue sous le nom d’« interprétation de Copenhague », du nom de la ville natale de l’un des pionniers de la théorie quantique, Niels Bohr. Il affirmait que la mécanique quantique ne nous dit que ce à quoi nous devons nous attendre lorsque nous effectuons une mesure, et non ce qui provoque ce résultat. La théorie ne peut pas nous dire à quoi ressemble un système quantique avant que nous l’observions ; tout ce que nous pouvons en tirer, ce sont les probabilités des différents résultats possibles.
Une telle perspective semble vous ramener à une conclusion inconfortable : que l’acte même de notre observation appelle le résultat à l’existence. Cela peut-il être vrai ? Cela semble l’antithèse de ce que la science suppose normalement, comme l’a laissé entendre Einstein. Pourtant, l’idée a du pedigree. Le physicien hongrois John von Neumann a été le premier à le déclarer au début des années 1930, et son compatriote Eugene Wigner est allé plus loin avec une expérience de pensée dans les années 1950 maintenant connue sous le nom d’ami de Wigner.
« Et si la réalité ne pouvait être décrite sans faire appel à notre implication active ?
Supposons que Wigner se trouve à l’extérieur d’une pièce sans fenêtre où son ami s’apprête à effectuer une mesure sur une particule. Une fois la mesure effectuée, il connaît la propriété observée de la particule, mais pas Wigner. Il ne peut pas affirmer de manière fondée que la fonction d’onde de la particule s’est effondrée tant que son ami ne lui a pas communiqué le résultat. Pire encore, tant qu’il ne l’a pas fait, la théorie quantique n’offre à Wigner aucun moyen de considérer que tous les événements invisibles qui se déroulent à l’intérieur du laboratoire ont des résultats déterminés. Son ami, son appareil de mesure et la particule restent une grande superposition composite.
C’est comme si nous vivions dans un monde solipsiste où l’effondrement ne se produit que lorsque la connaissance du résultat empiète sur un esprit conscient.
« Il s’ensuit que la description quantique des objets est influencée par les impressions entrant dans ma conscience », a écrit Wigner. « Le solipsisme peut être logiquement cohérent avec la mécanique quantique actuelle. »
John Wheeler de l’Université de Princeton l’a dit différemment : ce n’est pas du solipsisme mais une sorte de collaboration interactive qui donne vie aux choses.
Nous vivons, dans un « univers participatif » a déclaré Wheeler – un univers qui ne peut être décrit de manière significative sans faire appel à notre implication active.
« Rien n’est plus étonnant dans la mécanique quantique », écrivait-il, « que de permettre de considérer sérieusement… que l’univers ne serait rien sans l’observation. »
Mais Wheeler n’a pas pu échapper au fourré de questions insolubles que soulève l’univers participatif. D’une part, Wigner et son ami semblent enfermés dans une régression infinie. Wigner lui-même est-il dans une superposition d’états jusqu’à ce qu’il transmette le résultat à ses autres amis dans le bâtiment voisin ?
Quel observateur « décide » quand l’effondrement de la fonction d’onde se produit ? Et qu’est-ce qui constitue une observation consciente de toute façon ?
Malgré la persistance de telles interrogations, certains théoriciens sont récemment revenus à une forme de vision de Wheeler, ce que Chris Fuchs de l’Université du Massachusetts à Boston a appelé la « réalité participative ». Ce changement est en partie dû à l’absence d’une meilleure alternative, mais c’est principalement parce que si vous prenez la mécanique quantique au sérieux, certains éléments de subjectivité dépendant de l’observateur semblent impossibles à éviter.
Il y a quelques années, le théoricien Caslav Brukner de l’Université de Vienne a revisité le scénario de l’ami de Wigner sous une forme légèrement modifiée proposée par David Deutsch de l’Université d’Oxford. Ici, l’ami fait la mesure – il a effondré la fonction d’onde de la particule, produisant soit le résultat A ou B – mais dit seulement à Wigner qu’il voit un résultat défini, pas ce qu’il est. Dans le scénario de Deutsch, Wigner est obligé de conclure que son ami, son appareil de mesure et la particule sont dans une superposition conjointe, même s’il sait qu’une mesure a eu lieu.
Pour l’ami de Wigner, il est définitivement dans, disons, l’état « Je vois A », mais pour Wigner, il est dans une superposition de « Je vois A » et « Je vois B ». Alors qui a raison ?
Ils ont raison tous les deux, dit Brukner, selon le point de vue que vous adoptez.
Il a montré que si la mécanique quantique est correcte, il n’y a pas de perspective privilégiée à partir de laquelle un troisième observateur peut concilier les déclarations de Wigner et de son ami.
« Il n’y a aucune raison de supposer que les ‘faits’ de l’un d’entre eux sont plus fondamentaux que ceux de l’autre », dit Brukner – et nous sommes donc obligés de conclure qu ‘ »il n’y a pas de ‘faits du monde en soi' » . Au contraire, il n’y a que des faits pour chaque observateur.
Une interprétation de la mécanique quantique prend une telle conclusion dans sa foulée. Conçu dans les années 2000 par Fuchs et d’autres, le bayésianisme quantique (également connu sous le nom de QBism) est enraciné dans l’idée que la mécanique quantique ne fournit que des recommandations sur ce qu’un observateur rationnel devrait croire qu’il verra en effectuant une mesure – et que ces croyances peuvent être mis à jour au fur et à mesure que l’observateur prend en compte de nouvelles expériences.
C’est là qu’intervient le « bayésianisme » : il fait référence à la théorie classique des probabilités, initiée au XVIIIe siècle, qui attribue des probabilités sur la base de ce que l’observateur sait déjà être le cas.
QBism nie catégoriquement qu’il existe une quelconque notion objective d’un état quantique. Cela ne signifie pas qu’il ne peut rien y avoir de «réel» au-delà de la croyance personnelle, seulement que la mécanique quantique ne traite pas directement de cette question.
L’existence des « faits alternatifs » de Brukner ne cause aucune douleur dans un tel tableau, parce qu’il les a supposés depuis le début. La fonction d’onde ne s’effondre pas non plus, ce qui n’est alors qu’une façon de parler de la façon dont la mesure met à jour nos connaissances. Mais peu de physiciens sont prêts à accepter des limites aussi strictes à leurs efforts pour décrire la réalité, c’est pourquoi le QBism reste un sport minoritaire.
Alors, que faire maintenant ? Voici Markus Muller , le « fou » autoproclamé et théoricien à l’Université de Vienne. Sa solution ? Aller plus loin.
« Le QBisme n’est pas assez radical », affirme-t-il. « Il suppose l’existence d’un monde extérieur unique, responsable en dernier ressort de nos expériences. Mon approche part de ce postulat. »
Autrement dit, imaginez qu’il n’existe aucune loi fondamentale de la nature – ni relativité générale, ni équations de Maxwell, ni principe d’incertitude d’Heisenberg – et demandez-vous à quoi ressemblerait alors le monde. La réponse pourrait vous surprendre.
« C’est profondément étrange : on se retrouve avec un univers construit directement à partir de nos expériences. »
Même si l’on fait abstraction de la physique, la logique mathématique demeure – et c’est sur ce point que Muller commence à construire son monde hypothétique.
Supposons que vous ayez une expérience X : vous observez le monde et constatez le résultat X. Dès lors, quelles sont les chances d’observer ensuite un autre résultat Y ? Il existe un domaine des mathématiques qui traite précisément de ce genre de questions. Il s’agit de la théorie algorithmique de l’information, qui montre comment effectuer des prédictions à partir d’un raisonnement inductif, avec une forte connotation bayésienne : étant donné que X s’est produit, il existe une équation permettant de calculer la probabilité que Y se produise ensuite.
Muller voulait explorer les conséquences de ce raisonnement dans un monde dépourvu de toute autre influence. Il a représenté l’expérience de chaque individu à chaque instant par une suite de bits d’information — des 1 et des 0, à l’instar du code binaire. L’histoire de chaque observateur consistait alors en un parcours des différentes suites de bits possibles, la probabilité de passer de l’une à l’autre étant aléatoire mais conditionnelle : elle devait tenir compte de l’historique des expériences.
L’idée, explique le théoricien Giulio Chiribella de l’Université de Hong Kong, « est de concevoir notre expérience comme un film composé de nombreuses images et de se demander : étant donné les images que j’ai vues jusqu’à présent, quelle image vais-je voir ensuite ? »
On pourrait penser qu’une telle image serait bien moins susceptible de donner lieu à ce que nous vivons : un univers régi par des lois et produisant des faits qui sont, autant que nous sachions, identiques pour vous et pour moi. Pourtant, lorsque Muller a utilisé les méthodes de la théorie algorithmique de l’information pour déterminer les séquences de chaînes binaires les plus probables, il a fait une découverte remarquable.
A mesure que ces expériences aléatoires s’accumulent, la probabilité conditionnelle de l’expérience suivante, décrite par une suite de bits, tend à être plus élevée pour les séquences simples que pour les complexes. Ceci donne l’impression qu’un algorithme relativement simple génère ces suites de bits. L’observateur en déduit donc un « modèle » simple de la réalité, caractérisé par des lois régulières et compréhensibles qui relient harmonieusement les expériences les unes aux autres.
Cela paraît profondément étrange : comment le hasard peut-il engendrer un comportement apparemment régi par des lois ? C’est un peu comme notre compréhension d’un gaz. Bien qu’en principe toutes les configurations possibles de ses molécules soient permises, la distribution de probabilité des vitesses des particules que nous observons suit une simple courbe en cloche, et les particules sont réparties dans l’espace avec une uniformité remarquable.
De là découlent des lois simples qui régissent des grandeurs facilement mesurables : la pression, la température et le volume. Ces lois ne sont pas inscrites dans les particules du gaz elles-mêmes ; elles émergent des probabilités des différentes configurations.
« Ce qui est remarquable, c’est qu’à long terme, la notion d’un monde extérieur objectif émerge automatiquement », explique Muller. De plus, « différents observateurs tendront à s’accorder sur les propriétés de ce monde extérieur ».
En effet, selon la théorie algorithmique de l’information, les probabilités des chaînes de bits pour différents observateurs tendront à converger vers la même distribution ; ils s’accorderont donc sur ce que sont les « lois du monde ». « En fin de compte, le « film » sera probablement simple et différents observateurs pourront généralement s’accorder sur certains aspects de l’intrigue », conclut Chiribella.
Les surprises ne s’arrêtent pas là.
Cette réalité émergente devrait présenter les mêmes caractéristiques que celles observées en physique quantique, où les objets peuvent manifester des propriétés ondulatoires et se comporter de manière « non locale », une mesure effectuée sur une particule pouvant sembler influencer instantanément l’état d’une autre particule située à distance.
En résumé, à partir des hypothèses les plus minimales concernant les probabilités de nos expériences personnelles, on peut reconstituer un monde semblable à celui que nous connaissons.
« Le monde pourrait encore ressembler à la façon dont nous le percevons, même s’il serait en réalité radicalement différent », explique Muller.
Il n’est pas aisé de voir comment les idées de Muller peuvent être mises à l’épreuve. Cependant, des indices indirects suggèrent qu’il pourrait être sur la bonne voie, notamment concernant la manière dont elles résolvent le problème du cerveau de Boltzmann, une énigme quasi métaphysique qui laisse entendre que nous ne sommes pas les êtres que nous croyons être.
Néanmoins, cette image de l’univers construite directement à partir des expériences d’observation est tellement déroutante que d’autres chercheurs peinent à la comprendre.
« C’est un point de départ très intéressant, qui soulève de nouvelles questions », affirme Chiribella.
De son côté, Brukner reste ouvert à toutes les possibilités.
« La solide compréhension conceptuelle et les compétences mathématiques de Markus lui permettent de sortir de sa zone de confort et de proposer de véritables changements conceptuels et des modifications de nos théories », explique-t-il.
Muller lui-même est pleinement conscient qu’il n’a pas choisi la voie de la facilité, mais il soutient qu’elle vaut la peine d’être empruntée.
« Ce n’est pas aussi fou qu’il n’y paraît au premier abord », dit-il. « Mais convaincre les gens sera un défi de taille, car la vision du monde qu’elle propose est si inhabituelle et si différente de ce à quoi nous sommes habitués. »
Effondrement conscient ?
L’idée que la conscience induise l’effondrement de la fonction d’onde, processus par lequel une myriade de résultats possibles d’une mesure converge vers un seul résultat précis, n’est pas fondamentalement absurde.
Pourtant, les physiciens l’ont longtemps considérée comme une hypothèse plutôt hasardeuse, car elle semble substituer un mystère à un autre : nous ne savons pas décrire la conscience, comment pourrions-nous alors espérer savoir comment elle provoque cet effondrement ?
Kelvin McQueen, philosophe à l’université Chapman en Californie, et David Chalmers, de l’université nationale australienne à Canberra, ont récemment commencé à démontrer que nous pouvons désormais rendre les choses plus précises.
Le duo s’inspire de la théorie de l’information intégrée, qui postule que la conscience émerge de l’interconnexion cérébrale. Son inventeur, le neuroscientifique Giulio Tononi de l’Université du Wisconsin-Madison, a même proposé une mesure mathématique de la conscience, appelée Phi, fondée sur la manière dont les composantes d’un système partagent et combinent l’information.
La théorie de l’information intégrée remet en question l’idée que la conscience est binaire. Elle envisage la possibilité que des êtres non humains, voire des systèmes plus simples (par exemple, artificiels), puissent posséder un certain niveau de conscience. Cette hypothèse reste à vérifier et personne n’a encore réussi à formuler comment calculer le nombre d’or (Phi) pour le cerveau humain. Cette perspective a toutefois conduit McQueen et Chalmers à proposer une méthode audacieuse pour tester si la conscience provoque effectivement un effondrement de la fonction d’onde.
En principe, explique McQueen, on pourrait réaliser une expérience quantique classique avec une particularité : les particules seraient dotées d’une certaine capacité de calcul, tout en restant suffisamment petites pour présenter un comportement quantique observable. Si ces particules avaient un nombre d’or suffisamment grand, elles pourraient alors induire automatiquement un effondrement de la symétrie axiale et ne présenteraient pas les effets quantiques, tels que les interférences ondulatoires, que des particules de même taille mais de nombre d’or plus faible manifesteraient.
McQueen est parfaitement conscient de la difficulté que représenterait la mise en place d’une telle expérience.
« Je ne suis pas attaché à cette idée », dit-il, « mais je souhaite qu’elle soit réfutée ou vérifiée une fois que l’on saura comment construire les systèmes de test adéquats. »
Cerveaux cosmiques
À la fin du XIXe siècle, le physicien autrichien Ludwig Boltzmann décrivait le monde comme un espace rempli de particules en mouvement aléatoire, adoptant toutes sortes de configurations différentes.
Des expériences ont depuis longtemps confirmé que notre réalité correspond à cette vision, mais un problème subsiste. Si l’on examine les probabilités de chaque configuration, il s’avère que nous sommes bien moins susceptibles d’être des êtres sensibles ayant évolué sur une planète pendant des milliards d’années que des « cerveaux » éphémères et solitaires, nés du chaos par pur hasard et flottant librement, dotés de souvenirs et d’expériences imaginaires. Comment savoir si nous ne sommes pas ces « cerveaux de Boltzmann », susceptibles de se dissoudre à tout moment dans le cosmos fluctuant ?
Physiciens et philosophes s’en préoccupent depuis des décennies. Mais une perspective radicalement nouvelle peut résoudre le problème.
Si la réalité objective émerge de la manière mathématiquement prévisible dont nos expériences passées déterminent nos observations futures, alors les discontinuités soudaines dans l’expérience, telles que celles que rencontreraient les cerveaux de Boltzmann, seront d’une improbabilité infime. L’expérience devrait être continue, cohérente et, à notre échelle, relativement prévisible.
Des arguments similaires rendent peu probable l’hypothèse, avancée par certains chercheurs, selon laquelle nous ne serions que de simples « agents intelligents » dans une simulation informatique cosmique d’une super-intelligence.
Une telle simulation serait elle aussi vulnérable à des événements brutaux tels que des arrêts inopinés, alors que nous possédons une perception persistante de la réalité.
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