Comprendre le monde : la méthode des invariants

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Nous allons vous proposer plusieurs méthodes élaborées pour tenter de comprendre le monde et savoir pourquoi nous sommes vivants à sa surface.

La première méthode est la méthode des invariants, qui propose de réviser la notion de constante physique (et mathématique) et d’élargir cette notion à tout ce qui est constant dans l’univers.

Qu’est ce qu’une constante, et pourquoi devrions-nous en finir (conceptuellement) avec elles ?

La « doctrine » distingue les constantes physiques des constantes mathématiques. Les premières définissent une réalité mesurable et les secondes sont nécessaires à certaines équations, mais ne correspondent pas à une réalité physique.

Parmi les constantes physiques les plus usuelles, on peut citer la constante de gravitation (ou constante de Newton) G, qui permet de mesurer la gravité, la constante de Planck ℎ, qui permet de quantifier les échanges d’énergie et qui fut à la base de la physique quantique, la constante de Boltzmann k, qui mesure l’entropie, la vitesse de la lumière dans le vide c, ou le fameux nombre d’Avogadro, qui définit le nombre d’atomes ou de molécules dans une mole de matière. Mais il existe de nombreuses autres constantes.

Deux questions se posent : d’abord la nécessité de distinguer les constantes physiques et les constantes mathématiques est-elle légitime ? Ensuite, peut-on élargir la notion de constante à tout ce qui est fixe ?

La constante mathématique la plus célèbre est π, qui permet de mesurer la circonférence et l’aire d’un cercle ou le volume d’une sphère. Est-elle une constante mathématique ou une constante physique ? Après tout, une sphère est un objet physique et on retrouve π dans de très nombreuses formules, par exemple la formule d’Einstein de la Relativité générale. La présence d’un objet massif courbe le temps, et qui dit courbure dit π.

La seconde question est beaucoup plus large : la masse, la charge ou le spin d’un proton ou d’un électron ne sont-elles pas des constantes puisque tous les protons et tous les électrons ont exactement et respectivement la même masse, la même charge et le même spin ? Si ce sont des constantes, et la physique les inclut effectivement dans sa liste de constantes, sont-elles des constantes physiques ou des constantes mathématiques ? Deux protons sont mathématiquement identiques, c’est-à-dire qu’ils sont identiques comme 1 = 1 et non comme une brique de chantier serait égale à une autre brique de chantier. Rien dans la nature n’est véritablement égal, or les particules de même nature le sont ; ce sont d’une certaine façon des êtes mathématiques.

Alors que dire des lois elles-mêmes ? La formule de la relativité restreinte E=MC2 est universellement valable, elle est donc une constante. Certes, ce n’est pas une valeur, mais c’est un élément invariant de l’Univers. Et on peut dire ceci de toutes les lois physiques, dès lors qu’elles ne connaissent pas de modifications dues aux circonstances, elles sont bien des constantes de l’Univers.

Et voici donc le nouveau concept que nous vous proposons d’examiner. Au lieu de parler de constantes et de variables, nous vous proposons de distinguer les variants des invariants, en séparant ce qui varie, et qui peut être sujet de diversité, bien qu’appartenant à un même ensemble (les Hommes, les myosotis, les araignées, mais également la température, la masse, la vitesse..), de ce qui est invariant, et qui constitue le squelette de l’Univers.

Dans les invariants, nous pouvons mettre :

  • Les constantes physiques (incluant les caractéristiques fondamentales des particules)
  • Les constantes mathématiques
  • Les lois de la physique (électromagnétisme, chromodynamique quantique, relativité restreinte et générale, lois de la thermodynamique…)
  • Les lois de la chimie, qui sont un peu aussi des lois de la physique, comme le soutient le physicien Steven Weinberg.

Mais également :

  • Le Big Bang
  • L’inflation cosmique
  • L’Espace-temps
  • L’énergie et la matière
  • Le modèle standard
  • Le vide quantique (et les fluctuations du vide quantique)

Des concepts :

  • La naissance
  • La mort
  • La vie
  • L’hérédité
  • Le mouvement (et l’immobilité)
  • La conscience

Nous n’avons pas mentionné le temps, parce que le temps ne correspond sans doute pas à une réalité physique, nous n’avons pas non plus listé les étoiles, les planètes ou les trous noirs, qui ne sont que des manifestations ponctuelles de la masse, de la Relativité générale et de l’énergie, ce sont donc des variants. Bien entendu, ce choix est arbitraire, on peut très bien soutenir que les étoiles, les planètes et les trous noirs existent et qu’ils constituent des catégories invariantes.

Séparer les variants des invariants permet d’inventer un Univers vide, mais qui contiendrait toutes les catégories fixes, qui constituent le cadre dans lequel les variants vont apparaître, se développer et peut-être disparaître. A quoi peut bien servir un tel outil conceptuel ?

Eh bien déjà, il permet de comprendre que les constantes physiques ou mathématiques ne sont que des cas particuliers. Au théoricien qui propose de faire varier une constante et de voir ce que deviendrait l’Univers (ou de « réduire ces constantes à 1 », comme le proposent les théoriciens des unités de Planck), nous pouvons répondre : pourquoi ne pas faire varier les lois de la physique, le vide ou le mouvement ? Que serait un univers sans vide, sans matière, sans énergie et/ou sans mouvement ?

Ensuite, il permet de « désanthropiser » la fameuse question proposée par Leibniz : pourquoi existe-t-il quelque chose plutôt que rien ? Si on ne prend en considération que les seuls invariants, on peut tenter, sinon de répondre à cette question, du moins d’éloigner son propre point de vue, nécessairement pollué par notre statut de variant.

Enfin, il nous contraint à focaliser notre réflexion sur l’essentiel : ce qui constitue le cadre qui nous précède et qui existera après nous, et de chercher de nouvelles lois, qui seront autant, sinon davantage, des lois philosophiques que des lois physiques. Sur notre propre mort, par exemple : mourir est-ce « dénaître » ? Est-ce l’opération inverse (1/Naissance) ? Lorsque nous mourons, abolissons-nous le temps (et donc l’éternité), comme nous le faisons quand nous sommes inconscients (au réveil d’une anesthésie, le temps semble être réduit à néant) ?

Une autre démarche très différente, sinon opposée, est l’approche causale, dont nous parlerons la semaine prochaine.

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