Physicist: This One Number Explains the Beginning

Olaf Dreyer, physicien ayant un doctorat de Penn State et ayant contribué à la spectroscopie des trous noirs, partage ses perspectives sur la physique des hautes énergies et l'émergence de l'espace-temps et de la matière. Il insiste sur la nécessité d'être ouvert aux nouvelles idées et de ne pas être arrogant envers les outils, soulignant l'importance de ne pas rejeter prématurément de nouvelles théories. Dreyer évoque ses débuts en physique théorique à Hambourg, où il a étudié la théorie quantique des champs algébrique. Bien qu'il ait apprécié l'environnement d'apprentissage et son mentor, il a été déçu par le manque de résultats concrets de ce domaine. Il cherchait à comprendre la nature, pas seulement à faire des mathématiques abstraites. Un tournant dans sa carrière fut une présentation d'Abhay Ashtekar, qui a proposé une feuille de route pour la gravité quantique à boucles. Ce qui a le plus marqué Dreyer, c'est qu'Ashtekar envisageait la possibilité d'un échec, une approche rare en physique théorique. Dreyer estime qu'il est crucial pour les scientifiques de reconnaître cette possibilité, car les avancées fondamentales sont rares. Il critique la tendance des chercheurs à ne pas admettre l'échec d'une théorie, souvent par peur de compromettre leur carrière ou leurs financements. Il suggère que la véritable contribution à la science réside parfois dans l'éducation des futures générations et la bonne gouvernance institutionnelle, au-delà des résultats immédiats. Il compare la situation actuelle de la physique théorique à l'époque où les théories de cordes et la gravité quantique à boucles étaient en plein essor. Il se souvient de l'uniformité des propositions de recherche des théoriciens des cordes, ce qui, selon lui, témoigne d'un manque de diversité d'idées. Ces théories, malgré l'enthousiasme initial, n'ont pas tenu leurs promesses en termes de connexion avec le monde réel. Dreyer exprime son scepticisme face aux "tests de cohérence" de la théorie des cordes, qu'il juge faibles. Il préfère les approches qui résolvent des problèmes physiques concrets, comme le dénombrement des micro-états des trous noirs, bien qu'il estime que même ces questions ont fait leur temps et ne sont plus aussi inspirantes. Il aspire à de "nouvelles choses", de nouvelles idées, même si elles sont "bizarres", à l'image des propositions initiales d'Einstein ou de Witten. Il met en garde contre le danger de tester les idées trop tôt, ce qui pourrait "tuer le bébé dans le berceau". Il cite l'exemple d'Einstein, dont les premiers travaux sur la relativité générale auraient pu être rejetés s'ils avaient été soumis à des tests trop rigides. Son parcours l'a mené à Penn State, où il a étudié la gravité quantique à boucles et les ondes gravitationnelles. Il a co-écrit un article sur les modes quasi-normaux des trous noirs, montrant comment observer deux fréquences de ces modes permet de déterminer la masse et le moment angulaire d'un trou noir. Cette prédiction a été confirmée par les observations de LIGO, ce qu'il considère comme un "moment Galilée", ouvrant une nouvelle fenêtre sur l'univers. Cependant, son intérêt principal reste la réconciliation de la relativité générale et de la mécanique quantique. Il critique l'approche dominante de la gravité quantique, en particulier la manière dont l'espace-temps classique est censé émerger des états quantiques. Il réfute l'idée de construire des états cohérents centrés sur une géométrie classique, car la dynamique de la gravité n'est pas celle d'un oscillateur harmonique. Il estime que cette approche ne résout pas le problème fondamental de la dérivation d'un espace-temps classique à partir d'états quantiques dynamiques. Pour Dreyer, une théorie de la gravité quantique doit être capable de dériver un espace-temps à partir d'excitations qui peuvent être sondées, comme la lumière dans l'exemple classique. La discussion se concentre souvent sur la cinématique, mais la dynamique est essentielle. Il aborde la question de ce qui constitue une théorie de la gravité quantique. Il rejette l'idée d'une définition préalable et rigide, préférant une approche où l'on comprend ce qu'est la gravité quantique une fois qu'on l'a trouvée. Il compare cela aux modes de pensée des gestionnaires de risques (qui cherchent des définitions claires et des modèles mathématiques) et des traders (qui sont plus intuitifs et orientés vers les résultats). La physique, selon lui, a besoin des deux. Il s'inspire du philosophe Daniel Dennett, qui suggère de "cerner un problème sous tous les angles" plutôt que de s'enfermer dans des définitions précoces. Dreyer pense que la physique a fait cette erreur au cours des 40 dernières années, en se concentrant trop étroitement sur quelques théories de la gravité quantique. Concernant l'IA en physique, Dreyer espère qu'elle restera un outil utile mais ne prendra pas en charge la "nouveauté authentique" et la capacité à "tâtonner dans l'obscurité" pour trouver de nouvelles voies. Il doute que l'IA puisse concevoir des idées aussi révolutionnaires que le passage d'Einstein de la relativité restreinte à la relativité générale, qui a introduit des concepts inattendus comme les variétés. Il considère la conscience comme la question scientifique la plus importante et la plus fascinante. Il souligne l'incapacité de la physique actuelle à passer d'une description matérielle (comme l'Hamiltonien d'une personne) à la compréhension de l'expérience subjective. Le problème, selon lui, est que nos outils scientifiques offrent une perspective externe, alors que la conscience exige une perspective interne, un "œil" au sein du système. Il propose une approche de l'émergence pour comprendre la conscience, inspirée des propriétés des systèmes de matière condensée. Il utilise l'analogie d'une boîte d'eau qui "réagit" lorsqu'on la frappe. Cette "rigidité généralisée" est une propriété émergente de la collectivité d'atomes, permettant de définir des concepts comme la position. Il suggère que dans le cerveau, des entités émergentes similaires définissent des représentations du monde, mais avec un "petit œil" intégré, c'est-à-dire une relation à l'observateur, rendant ces représentations utiles et subjectives. Le défi est de comprendre comment ces "petits yeux" se combinent pour former le "grand œil" de la conscience. Il fait référence au travail de Douglas Hofstadter sur l'autoréférence, mais estime qu'il manque encore une étape concrète pour expliquer l'expérience subjective. Dreyer croit que nous comprendrons la conscience lorsque nous pourrons la construire, et que l'explication sera si convaincante qu'elle provoquera un "moment de révélation". Il évoque le problème de la constante cosmologique, qui découle du traitement de l'espace-temps comme une entité distincte sur laquelle la matière est posée. Il propose une analogie avec la physique de l'état solide, où les excitations (particules) ne sont pas sur un fond, mais font partie de ce fond. Dans ce cadre, les excitations de point zéro des champs quantiques ne posent pas de problème, car elles sont intégrées à l'état fondamental du système. Il établit une connexion surprenante entre le spectre du fond diffus cosmologique (CMB), qui présente une légère inclinaison de 0,04, et un exposant critique anomal de 0,04 trouvé dans la physique de l'état solide. Il suggère que cette coïncidence n'est pas fortuite et que notre monde a été créé lors d'une transition de phase, la gravité étant liée à un paramètre d'ordre de la théorie sous-jacente. Cette perspective implique que la gravité n'est pas une quantification de la métrique, mais une propriété émergente de l'état fondamental du système. Dreyer propose une nouvelle interprétation du principe d'équivalence, non pas en termes de métrique, mais en termes de "variété d'états fondamentaux". Il imagine un système où l'état fondamental peut pointer dans différentes directions (comme les spins dans un réseau), créant une variété de "vacua". Les excitations au-dessus de ces vacua sont les mêmes, quelle que soit la direction de l'état fondamental. Le principe d'équivalence découle de cette symétrie : un observateur local composé de ces excitations ne pourrait pas distinguer son vacuum d'un autre. La gravité, dans cette vision, serait la théorie de jauge de cette symétrie, résultant du changement du vacuum à travers l'espace. Cela expliquerait pourquoi la gravité est toujours attractive, en minimisant l'énergie du système. En conclusion, Dreyer met en garde contre l'arrogance intellectuelle et l'importance d'être curieux et ouvert à des outils et des idées provenant de différents domaines. Il critique la tendance de la physique théorique à se spécialiser excessivement, ce qui, selon lui, a conduit à un "ralentissement" des avancées fondamentales. Il appelle la nouvelle génération de scientifiques à prendre des risques et à défendre la valeur des recherches exploratoires, même si elles ne produisent pas de résultats immédiats. Il souligne que la capacité à créer de nouvelles idées est ce qui rend les humains uniques et dignes.