À propos d’un concept de Stephen Hawking

  • «L’univers a un commencement dans le temps imaginaire, une direction dans le temps qui se comporte comme l’espace. Il n’y a pas de commencement dans le temps réel, le temps que vous et moi ressentez.»  (Stephen Hawking)

Traduit de l’anglais : «The universe has a beginning in imaginary time, a direction in time that behaves like space. There is no beginning in real time, the time that you and I experience.»

Imaginaire dans le sens où c’est un nombre noté ‘i’, tel que i² = -1.

En ces termes, Hawking exprime une affirmation que nous pourrions interpréter comme une certitude. Pourtant, une représentation mathématique de la réalité est toujours faillible. La représentation du réel n’est pas elle-même la réalité. Un modèle théorique ne doit pas seulement être cohérent par rapport aux observations, mais il doit aussi permettre de trouver des liens de causalité et de pouvoir permettre de faire des prédictions.

Le temps imaginaire est-il un outil de fiction pour faciliter les calculs dans le cadre de la mécanique quantique ? Ou alors le temps imaginaire est un concept sensé représenter la réalité ? Dans ce dernier cas, on dit que cette représentation est une hypothèse. Mais cette hypothèse peut-elle être testée ? N’y a t-il pas un risque que la cosmologie dérive dans la métaphysique ?

En cosmologie, les observations peuvent remonter jusqu’au découplage de la lumière, environ 380 000 ans après le Big Bang. Le découplage du rayonnement représente l’époque où l’univers est devenu transparent au rayonnement électromagnétique, celui-ci n’interagissant plus, ou n’étant plus couplé à la matière (d’où le nom). On ne peut donc rien observer de ce qui s’est passé avant cette époque. On ne peut donc pas observer le Big Bang lui-même. D’après la physique quantique, la plus petite quantité de temps, le temps de Planck, vaut environ 10⁻⁴⁴ seconde, c’est une grandeur exprimée par un nombre réel positif, c’est la quantité minimum de temps. En physique, les nombres complexes sont utilisés pour décrire le comportement d’oscillateurs électriques ou les phénomènes ondulatoires en électromagnétisme. Les nombres complexes sont également utilisés en mécanique des fluides. Et c’est aussi le cas en physique quantique, les nombres complexes simplifient les calculs.

Les dimensions sont-elles une réalité physique ou sont-elles une commodité d’écriture mathématique ? Ne pas confondre concept et perception sensorielle. Ce que l’œil voit n’est pas ce que nous interprétons. Comme le dit Nietszche, il n’y a pas de faits mais seulement des interprétations. Des modèles logico-mathématiques servent à décrire et expliquer la réalité, mais ces modèles ne sont pas eux-mêmes cette réalité. Les mathématiques sont un intermédiaire dans notre rapport avec le réel. Et les mathématiques décrivent souvent à merveille la réalité, ce qui a fait dire à Einstein que ce qui est incompréhensible c’est que l’univers soit compréhensible.

Mais comme les maths servent à représenter le réel, les modèles théoriques sont faillibles. Des modèles sont potentiellement faux. En science, la réfutabilité est un critère essentiel. Un temps imaginaire, par exemple, est une astuce visant à simplifier des calculs, mais ça ne veut pas dire dans l’absolu que le temps est physiquement imaginaire. Les constructions du langage ne doivent pas être confondues avec ce que l’on observe et ce que l’on expérimente. Les failles, en science, se trouvent dans le lien entre les observations et les interprétations que l’on en fait. Mais ces interprétations doivent servir, il faut les tester afin de vérifier si elles sont crédibles ou si elles peuvent être invalidées par de nouvelles observations.

Ainsi, l’utilisation des nombres complexes pour simplifier des calculs n’ont de finalité que celle de la simplification, et cela ne veut pas dire que la simplification signifie simultanément que les nombres complexes sont eux-mêmes la réalité physique…

Le malentendu le plus fréquent dans la vulgarisation scientifique est de nature épistémologique. Le fond du problème concerne ce qui définit la connaissance objective. Le public tend à croire, et on l’influence souvent à croire, que les mathématiques sont elles-mêmes la réalité physique alors qu’il y a discontinuité. Les outils du maçon ne sont pas eux-mêmes la maison.

Pour mieux illustrer la confusion entre représentation mathématique et réalité physique, je présente l’exemple ci-dessous.

Voici l’histoire du tronc d’arbre qui s’écroule au sol : le bruit existe t-il sans témoin auditif présent sur les lieux ? Le bruit est une perception physiologique et sensorielle, il se distingue de l’onde acoustique. Mais on confond couramment le bruit et l’onde sonore. Les deux sont distincts, mais ils sont cause et effet. L’onde sonore se propage, puis elle parvient à l’oreille. Pour la lumière c’est pareil : il faut distinguer entre la couleur perçue et l’onde électromagnétique. L’onde électromagnétique se propage, puis elle parvient à l’œil. En physique et plus généralement dans les sciences de la nature, on observe, puis on interprète les observations, puis on construit des théories basées sur les mathématiques. Les théories s’affinent par de nouvelles observations, afin d’éliminer les hypothèses fausses, et retenir ce qui est le plus crédible.

Le temps imaginaire est un artifice utilisé pour la simplification des calculs. Dans un autre contexte, je ne vois pas où Hawking veut en venir, parce que dans ce cas, le temps imaginaire n’est plus sensé simplifier des calculs, et devient donc une hypothèse scientifique. Mais est-ce que cette hypothèse est réfutable ? Comment réaliser une expérience ou une observation permettant de prouver ou d’infirmer l’existence d’une dimension imaginaire ? Si c’est invérifiable, alors cela est plus un concept métaphysique qu’une véritable hypothèse scientifique.

Mais examinons où veut en venir Hawking. Hawking propose la conjecture d’un « univers sans bord ». Il explique que dans ce modèle, le temps et l’espace ont une extension finie, mais qu’ils n’ont pas de limite ou d’extrémité. Ce modèle exclut la singularité, de façon à ce que les lois de la physique s’appliquent partout, y compris au commencement de l’univers. Hawking simplifie en quelque sorte la cosmologie grâce à un « temps imaginaire » pour éviter l’écueil des infinis et des instants zéro asymptotiques et inatteignables. C’est selon lui la seule manière d’entrevoir le commencement de l’univers d’une manière totalement déterminée par les seules lois de la physique. J’admets que le concept est intéressant. Et maintenant on a appris que Hawking utilise le temps imaginaire comme un outil de simplification, et non comme une réalité physique. Mais Hawking entretient la confusion à travers sa citation que j’ai montré au début du présent article, il parle d’un temps imaginaire comme étant une réalité alors que ce n’est qu’un outil. Je pense qu’en vulgarisation scientifique, chaque détail compte, car cela peut être déterminant dans la compréhension du sujet.

 

© 2013 John Philip C. Manson

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