En 1964, lors d’une conférence à l’université Cornell, le physicien Richard Feynman a formulé un profond mystère sur le monde physique. Il a demandé à ses auditeurs d’imaginer deux objets, chacun étant attiré par la gravitation vers l’autre. Comment, a-t-il demandé, pouvons-nous prédire leurs mouvements ? Feynman a identifié trois approches, chacune invoquant une croyance différente sur le monde. La première approche utilise la loi de la gravité de Newton, selon laquelle les objets exercent une attraction l’un sur l’autre. La deuxième imaginait un champ gravitationnel s’étendant dans l’espace, que les objets déforment. La troisième applique le principe de moindre action, selon lequel chaque objet se déplace en suivant le chemin qui nécessite le moins d’énergie en un minimum de temps. Les trois approches ont produit la même prédiction, correcte. Il s’agissait de trois descriptions également utiles du fonctionnement de la gravité.
« L’une des caractéristiques étonnantes de la nature est cette variété de schémas d’interprétation », a déclaré Feynman. Qui plus est, cette multiplicité ne s’applique qu’aux véritables lois de la nature – elle ne fonctionne pas si les lois sont mal formulées. « Si l’on modifie beaucoup les lois, on s’aperçoit que l’on ne peut les écrire que de moins en moins de manières », a déclaré Feynman. « J’ai toujours trouvé cela mystérieux, et je ne connais pas la raison pour laquelle il se trouve que les lois correctes de la physique sont exprimables d’une si grande variété de manières. Elles semblent pouvoir passer plusieurs guichets en même temps. »
Même si les physiciens s’efforcent de comprendre le contenu matériel de l’univers – les propriétés des particules, la nature du big bang, les origines de la matière noire et de l’énergie noire – leur travail est assombri par cet effet Rashomon, qui soulève des questions métaphysiques sur le sens de la physique et la nature de la réalité. Nima Arkani-Hamed, physicien à l’Institute for Advanced Study, est l’un des principaux théoriciens actuels. « La propriété miraculeuse de changement de forme des lois est la chose la plus étonnante que je connaisse à leur sujet », m’a-t-il dit l’automne dernier. Cela « doit être un indice énorme sur la nature de la vérité ultime. »
Traditionnellement, les physiciens ont été réductionnistes. Ils ont cherché une « théorie du tout » qui décrit la réalité en termes de ses composants les plus fondamentaux. Dans cette façon de penser, les lois connues de la physique sont provisoires, se rapprochant d’une description encore inconnue et plus détaillée. Une table est en réalité une collection d’atomes ; en y regardant de plus près, les atomes se révèlent être des amas de protons et de neutrons ; chacun d’entre eux est, à l’échelle microscopique, un trio de quarks ; et les quarks, à leur tour, sont censés être constitués de quelque chose de plus fondamental encore. Les réductionnistes pensent qu’ils jouent à une partie de téléphone : à mesure que le message de la réalité se déplace vers le haut, de l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique, il s’embrouille, et ils doivent descendre pour retrouver la vérité. Les physiciens savent maintenant que la gravité détruit ce schéma naïf, en façonnant l’univers à la fois à grande et à petite échelle. Et l’effet Rashomon suggère également que la réalité n’est pas structurée de manière aussi réductrice et ascendante.
Sinon, l’exemple de Feynman a minimisé le mystère de l’effet Rashomon, qui est en fait double. Il est étrange que, comme le dit Feynman, il existe de multiples façons valables de décrire un si grand nombre de phénomènes physiques. Mais un fait encore plus étrange est que, lorsqu’il existe des descriptions concurrentes, l’une d’entre elles s’avère souvent plus vraie que les autres, car elle s’étend à une description plus profonde ou plus générale de la réalité. Parmi les trois façons de décrire le mouvement des objets, par exemple, l’approche qui s’avère la plus vraie est la plus faible : le principe de moindre action. Dans la réalité quotidienne, il est étrange d’imaginer que les objets se déplacent en « choisissant » le chemin le plus facile. (Comment une pierre qui tombe sait-elle quelle trajectoire prendre avant de se mettre en route ?) Mais, il y a un siècle, lorsque les physiciens ont commencé à faire des observations expérimentales sur le comportement étrange des particules élémentaires, seule l’interprétation du mouvement par la moindre action s’est avérée conceptuellement compatible. Un tout nouveau langage mathématique – la mécanique quantique – a dû être développé pour décrire la capacité probabiliste des particules à jouer toutes les possibilités et à emprunter le plus souvent le chemin le plus facile. Parmi les diverses lois classiques du mouvement – toutes réalisables, toutes utiles – seul le principe de moindre action s’étend également au monde quantique.
Il arrive encore et encore que, lorsqu’il existe de nombreuses descriptions possibles d’une situation physique – toutes faisant des prédictions équivalentes, mais toutes sauvagement différentes dans leurs prémisses – l’une d’entre elles se révèle préférable, car elle s’étend à une réalité sous-jacente, semblant rendre compte d’une plus grande partie de l’univers à la fois. Et pourtant, cette nouvelle description pourrait, à son tour, avoir de multiples formulations – et l’une de ces alternatives pourrait s’appliquer encore plus largement. C’est comme si les physiciens jouaient à un jeu de téléphone modifié dans lequel, à chaque chuchotement, le message est traduit dans une langue différente. Les langues décrivent différentes échelles ou domaines de la même réalité, mais ne sont pas toujours liées étymologiquement. Dans ce jeu modifié, l’objectif n’est pas – ou n’est pas seulement – de rechercher une équation de base régissant les plus petits morceaux de la réalité. Ce qu’il faut comprendre, c’est l’existence de ce réseau ramifié et interconnecté de langages mathématiques, chacun ayant sa propre image du monde associée.
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