Univers Carlo Rovelli : «Notre perception du monde n’a pas besoin d’une réalité ultime et absolue»

 

par Erwan Cario   publié le 5 novembre 2021

Si la physique quantique est au cœur de la technologie moderne, on ne comprend pas encore ce qu’elle dit de la nature profonde du monde. Dans son dernier essai, le physicien italien décrit l’infiniment petit grâce à l’interprétation relationnelle, un monde où les objets n’ont plus de propriétés intrinsèques et seules compte les interactions. Un cheminement vertigineux et quasi «psychédélique».

(Harry Tennant/.CIA pour Libération)

Depuis sa découverte au début du XXe siècle, la physique quantique n’a cessé de faire les preuves de sa validité et de son efficacité. Elle est aujourd’hui au cœur du fonctionnement de toute la technologie moderne, des smartphones aux IRM en passant par Internet lui-même. Pourtant, on ne la comprend pas. Ou plutôt, on ne comprend pas ce qu’elle dit de la nature profonde de notre réalité. C’est le sujet de Helgoland, dernier livre du physicien italien Carlo Rovelli, auteur en 2018 de l’Ordre du temps. Pourquoi un électron n’a-t-il pas de position quand on ne l’observe pas ? Comment une particule peut-elle se trouver dans plusieurs états «superposés» ? Forcément, se dit-on, si tout ceci a un sens, ça ne va pas être simple à accepter. En introduction de son livre, Carlo Rovelli prévient : «Réfléchir aux implications de la mécanique quantique est une expérience quasi psychédélique qui nous force à renoncer, d’une manière ou d’une autre, à quelque chose qui nous semblait solide et inattaquable dans notre compréhension du monde.» C’est donc prévenus que nous avons lancé la visio et qu’il nous a expliqué tout cela depuis le Canada, où il habite aujourd’hui.

Vous commencez le livre par un retour au début du XXe siècle, quand ces jeunes scientifiques ont réussi, en l’espace de quelques années, à lever un voile sur la nature de la réalité grâce à la théorie des quanta… Ça vous fascine toujours, cette période ?

Hier soir, j’étais chez moi avec ma compagne, et je lui racontais les derniers éléments que je venais de trouver sur cette période. J’étais tout excité, à lui expliquer ce discours de Max Born que je venais de découvrir [rires]. Oui, ça me fascine toujours. Ce n’est pas seulement parce que c’est une période cruciale dans l’histoire des idées. C’est aussi que ce n’est pas encore tout à fait clair. Et retourner à cette époque, c’est aussi un désir de regarder dans le passé pour comprendre mieux. Pour voir si certains éléments dans le processus de découverte peuvent nous donner des clés aujourd’hui pour aller plus loin.

Helgoland, le titre de votre livre, c’est le nom de cette île de la mer du Nord sans arbre, balayée par les vents où le physicien Werner Heisenberg, l’un des pères de la mécanique quantique, a passé quelque temps à cause de ses allergies. Qu’a-t-il compris là-bas ?

Il a compris deux choses. La première, technique, c’est d’utiliser des tables de nombres pour décrire la nature. Et c’était finalement assez naturel parce qu’il étudiait la lumière qui vient des atomes, et il savait déjà que cette lumière venait du passage des électrons d’une orbite à l’autre autour du noyau. Et la fréquence de la lumière reçue dépend de l’orbite de départ et de l’orbite d’arrivée. Mettre ces informations dans une table semble alors assez naturel. Ce que Heisenberg a compris, c’est qu’on pouvait travailler directement avec ces tables, en les multipliant entre elles. C’est un coup de génie technique, et ça marche. La seconde chose qu’il a comprise est, elle, très conceptuelle et c’est, je pense, la vraie découverte. Heisenberg explique qu’il va introduire une nouvelle façon de décrire la nature où on ne parle que de ce qu’on observe directement. Dès lors, l’électron n’est plus un objet qui bouge dans l’espace, c’est quelque chose qui, de temps en temps, nous envoie des signaux. C’est l’énorme saut conceptuel. Il en est conscient et il l’écrit à son ami Pauli : «Tout cela est encore très vague et peu clair pour moi, mais il semble que les électrons ne se déplaceront plus sur des orbites.»

Vous expliquez qu’il y a quelque chose de très profond dans ce postulat de recherche…

Effectivement. D’une part, il ne s’agit pas d’un manque de connaissance. Ce n’est pas seulement qu’on ne décrit pas l’orbite de l’électron, c’est qu’il n’y a pas d’orbite de l’électron. Si on pense que l’électron est, malgré tout, quelque part, on fait des erreurs. Donc, c’est un fait, l’électron n’a pas de position. C’est radical et ça ne concerne pas que l’électron, mais tous les objets du monde, car tous les objets sont quantiques. Il y a une indétermination qui est intrinsèque et qui a été dévoilée par ces réflexions. D’autre part, ce n’est pas ce que nous les humains observons qu’on décrit. On décrit des choses qui n’ont pas de propriété propre, mais qui interagissent avec les autres et leurs propriétés sont toujours relationnelles.

Si ce qui compose l’univers, ce sont les relations entre objets, la physique quantique nous dit donc que lorsqu’une particule n’interagit avec rien, elle n’a pas de propriété…

Oui, c’est subtil. Je peux toujours dire qu’il y a une particule, mais celle-ci n’a plus de propriété. Mais c’est quoi, une particule sans propriété ? Elle n’a même pas de position. Elle n’est pas quelque part. Elle n’a pas de vitesse. Si on cherche à penser à ce qu’est une particule sans ses propriétés, ça n’a pas de sens en soi. Les particules ne prennent donc leur sens qu’au moment où elles interagissent avec quelque chose d’autre. La disparition des objets, c’est la disparition des objets avec des propriétés. On continue à parler d’objets. La physique quantique nous parle des systèmes, de l’atome, des électrons, etc. On ne fait pas sans, mais ils deviennent les nœuds de propriétés relationnelles.

Cette interprétation relationnelle prend tout son sens quand vous abordez le phénomène étrange de l’intrication, quand deux particules qui ont interagi par le passé restent corrélées malgré la distance…

Quand on est étonné par l’intrication, c’est qu’on imagine en quelque sorte un observateur qui pourrait tout voir en même temps, et savoir comment les choses sont «vraiment». Dans les faits, nous n’avons que la façon dont les choses se manifestent l’une à l’autre. Si on regarde toutes les interactions, entre les particules, entre les observateurs, entre les observateurs et les particules, tout est cohérent, il n’y a aucun mystère. Ça devient incohérent seulement si on cherche à imaginer des faits objectifs, absolus.

Il y a eu, dans les années 30, un âge d’or de la discussion sur l’interprétation de la physique quantique, pour essayer de comprendre ce qu’elle dit du fonctionnement profond de notre monde. Cette discussion n’est-elle pas un peu passée depuis à un second plan, occultée par les innombrables succès applicatifs issus de la théorie ?

La théorie quantique, c’est la seule théorie générale en physique pour laquelle on n’a jamais trouvé de contradiction. Ce n’est peut-être pas la théorie ultime, mais on n’en voit pas les limites aujourd’hui. Durant toute ma vie, j’ai suivi toutes les découvertes, et il y a eu de grands résultats de mécanique quantique expérimentale et applicative. Il y a eu des prix Nobel, en France notamment. Mais tout ce qui a été découvert et expérimenté était déjà écrit dans les livres. La seule surprise, finalement, c’est que tout correspond à la théorie. Il y a eu effectivement un âge d’or de la discussion sur le sens de cette physique. Qu’est-ce que ça veut dire, d’affirmer qu’il n’y a pas de description de la position de l’électron quand on ne l’observe pas. De Broglie, Einstein, Bohr, Heisenberg ou Schrödinger et beaucoup d’autres ont participé à ce débat, surtout dans les années 30. Et cette discussion s’est ensuite un peu arrêtée. Effectivement, pour toutes les applications, dans un transistor ou un laser, on n’en a pas besoin. On a donc en quelque sorte arrêté de se poser des questions et on est allé de l’avant.

Mais, petit à petit, à partir des années 60, la discussion a repris, et de nos jours, elle est de nouveau très vive. Aujourd’hui, la plupart des scientifiques acceptent le fait qu’il y a ici une grande question ouverte. Et tant mieux, parce que la science, ce n’est pas une question de mesures, d’équations et de résultats. Il faut se faire une idée de ce qui se passe. Au début de la révolution scientifique moderne, quand Copernic a conçu son système en expliquant que la Terre tourne sur elle-même et autour du Soleil, on lui a répondu que ça n’avait aucun sens. Pour les autres, il y avait des calculs qui nous disaient où se trouvaient les planètes dans le ciel, et tout le reste, l’interprétation de ces calculs par Copernic, ce n’était pas de la science. Ils avaient tort. La discussion de savoir si la Terre est ou non au centre de l’univers, c’est une discussion philosophique. Mais si on affirme que oui, on ne comprend rien. A l’époque de Copernic, un autre astronome, Tycho Brahe, avait imaginé un système où le Soleil tournait autour de la Terre, et les autres planètes autour du Soleil. C’était conforme aux équations, mais ça ne tenait pas la route. Changer d’interprétation, ça revient à comprendre. Avec la mécanique quantique, peut-être qu’on n’a pas encore bien compris. Le discours de Max Born que je lisais hier, c’est quand il a eu le prix Nobel en 1954. Il termine en disant qu’on a l’impression que quelque chose nous échappe, qu’on pense peut-être à la mécanique quantique en utilisant une notion qui nous semble évidente, comme la Terre qui ne bouge pas, mais qui n’est pas correcte. Et cette notion trop évidente, c’est peut-être ça, que les objets ont des propriétés propres.

Si on enlève les objets, il nous manque quelque chose à nous, humains. Il nous manque la substance originelle de l’univers tel qu’on le pense. C’est la base de notre interprétation de la réalité. Et vous nous expliquez qu’il n’y en a pas besoin, que l’univers est un immense jeu de miroirs…

J’explique aussi qu’on retrouve ce genre d’idées similaires ailleurs, dans la philosophie occidentale, dans la philosophie orientale… Je parle par exemple dans mon livre de Nagarjuna, ce penseur bouddhiste du IIe siècle, parce qu’on y retrouve des notions, une façon de penser très utile pour effectuer ce saut conceptuel de la perception relationnelle de la nature. Selon ce philosophe, il est possible de penser au monde, non pas comme étant fait d’objets avec une réalité intrinsèque, mais d’objets qui dépendent des autres. Et cette dépendance fondamentale des choses les unes par rapport aux autres peut nous aider dans la démarche intellectuelle nécessaire pour penser la mécanique quantique. Je peux penser à l’électron, mais je peux le voir comme sa manifestation par rapport à d’autres choses, pas comme un objet en soi. Et la pensée de Nagarjuna est très radicale. Pour lui, la réalité n’existe pas, mais pas dans le sens où la réalité usuelle n’existe pas, dans le sens où quand je parle de la réalité, il s’agit toujours d’une réalité relative. Quand je dis qu’une chose est réelle, c’est toujours dans son contexte. Notre perception du monde n’a pas besoin, en fait, d’une réalité ultime et absolue.

L’humanité a mis longtemps à accepter le fait que la Terre tourne autour du Soleil, et nous n’avons pas encore tout à fait intégré dans notre intuition que le temps n’est pas le même partout… Est-ce que vous pensez qu’un jour, on pourra assimiler le fait que le monde n’est pas fait d’objets, mais de relations ?

C’est une question de temps. Si on arrive à ne pas s’autodétruire avant, je pense qu’on y arrivera. Pour le temps, c’est en train de changer. C’est le thème du film Interstellar par exemple et c’est présenté comme un fait réel accepté par le public. On s’y habitue. Et on peut s’habituer à l’étrange vision du monde que nous propose la physique quantique. Pour y arriver, il faut comprendre que, malgré la radicalité de la proposition, ça ne remet pas en question notre perception du monde. Même si on a compris que les objets n’ont pas de propriétés propres, le crayon que je tiens dans la main reste un crayon. Comme quand on regarde une forêt de loin. On ne voit pas tout ce qui s’y passe, mais ça ne veut pas dire que ce que je vois est faux. La forêt existe, elle est là, verte, uniforme, comme une sorte de velours qui recouvre la montagne, même si je ne vois pas tous les arbres, les animaux, les insectes, toute la complexité de l’écosystème.

Il y a aussi un côté politique très fort, je trouve, dans le fait d’interpréter la réalité en termes de relations plutôt qu’en termes d’entités. Si je pense à l’humanité en tant qu’ensemble d’interactions entre les êtres, si je pense à la société en général, au niveau mondial, comme des interactions entre les pays au lieu de voir les pays comme des entités, ça amène de façon naturelle à penser en termes de collaboration plutôt qu’en termes de compétition. Et je pense que c’est une urgence aujourd’hui. Si on cherche d’abord qui sont nos adversaires sur la scène internationale, on perd de vue cet aspect relationnel si fondamental. C’est malheureusement la direction que nous prenons en ce moment.

Helgoland de Carlo Rovelli éd. Flammarion 272 pp.