La physique en panne

Chronique parue dans France Catholique − N° 1254 – 25 décembre 1970

On est toujours surpris, quand on ouvre un livre de philosophe réfléchissant sur la science, du nombre et de la taille des implications inconscientes dont cette réflexion a besoin pour pouvoir se développer sans tomber en panne sur le champ.

La plus énorme de ces implications ou, si l’on préfère, de ces croyances, est qu’il existe des lois physiques éternelles et universelles, et que le travail du savant consiste à les découvrir. Que l’on me permette, pour jeter un peu de confusion, de citer ici l’un des maîtres de la physique contemporaine, prix Nobel, esprit clair s’il en est, et de surcroît reconnu par ses pairs et par ses élèves comme le meilleur pédagogue actuellement vivant.

Une relation incompréhensible

«Cela m’ennuie toujours, écrit-il[1], qu’il faille à une machine à calculer… un nombre infini d’opérations logiques pour trouver ce qui se passe dans une région de l’espace, aussi petite soit-elle et pendant un temps aussi court soit-il… Pourquoi faut-il une quantité de logique infinie pour décrire ce qui va se passer dans une toute petite région d’espace-temps? Aussi j’ai souvent fait l’hypothèse qu’en fin de compte la physique n’exigera pas d’énoncés mathématiques, qu’on finira par mettre la machinerie au jour et que les lois se révéleront très simples, comme un échiquier malgré sa complexité apparente.»

Ainsi, selon Feynman, nous n’avons le choix qu’entre la rigueur mathématique (et alors une complication infinie dont nous ne viendrons jamais à bout) ou pas de mathématiques du tout. Une bonne illustration de cette idée est le problème du mouvement quantique dont j’ai parlé dans une chronique précédente[2]. Le poids des travaux mathématiques publiés depuis quarante ans sur ce simple problème du mouvement d’une particule échappe déjà à l’évaluation. Il n’existe aucun savant qui les ait tous lus, labeur qui d’ailleurs exigerait plus que la durée d’une vie humaine. Mais il y a plus en physique que la difficulté imputable à la complication. Il y a l’impasse pure et simple. Non certes forcément définitive, mais dont on sait en tout cas que deux tiers de siècle n’ont pu en venir à bout ni même l’exposer en termes clairs.

En 1900, Planck découvrait les quanta. Cinq ans plus tard, Einstein formulait la relativité. Maintenant, à l’heure où le siècle va sur sa fin, quanta et relativité s’imbriquent de façon indissoluble d’un bout à l’autre de la physique, et pas un savant au monde n’a la moindre idée de la façon dont cela se passe. Là encore, prenons un exemple, le plus simple possible, le même pour simplifier encore plus, celui du mouvement d’une particule. Un électron qu’on laisse en paix sur son niveau atomique (c’est-à-dire en fait la presque totalité des électrons qui, avec les nucléons, composent notre corps) tourne autour du noyau de l’atome, comme un point autour d’un autre point. Cela semble simple. Mais son mouvement obéit à deux familles de lois relativistes. On sait depuis Sommerfeld (c’est-à-dire depuis 1916!) qu’il est impossible de séparer ces deux familles de lois, que l’on n’obtient aucune précision exacte de l’une sans faire appel à l’autre. On sait très bien comment les utiliser conjointement. Cela marche à la perfection.

Le champ unitaire

Le seul ennui est que plusieurs générations de physiciens, dont un bon nombre de puissants génies scientifiques, ont usé leur vie à essayer de comprendre comment, et toujours en vain. Ce problème fameux porte un nom, mais ce nom est tout ce qu’on a trouvé depuis plus d’un demi-siècle que l’on cherche, c’est la théorie du champ unitaire.

Cette théorie n’existe pas ou plutôt il en existe une bonne vingtaine qui n’ont guère d’autres partisans que leurs auteurs – quand bien même ils ne l’ont pas abandonnée: aucune en effet de ces théories n’a permis de prévoir un phénomène nouveau. La plupart ont prévu des phénomènes inexistants. Et en physique, cela ne pardonne pas.

Sur ce point précis (et ce point est fondamental), on peut donc dire que la physique est en panne depuis un demi-siècle. La difficulté ne consiste pas en l’occurrence en un paradoxe, comme le fait d’admettre qu’une particule est à la fois ici et là-bas: ce genre de paradoxes ne gêne nullement les savants dès l’instant que «cela marche». Ici, cela ne marche qu’en tournant en rond. Il est impossible de déduire les quanta de la relativité et inversement, on est devant un mur et l’on ne sait pas comment le franchir. On n’en a pas la moindre idée.

Les conséquences de cet échec sont immenses. La solution, si elle était trouvée, changerait l’histoire plus profondément encore que ne le fît la découverte de l’énergie atomique. Par exemple, elle permettrait probablement une technologie de la gravitation. Sans même parler de la lévitation, on comprendrait enfin ce qui se passe au cœur du noyau, où l’on ne voit pour l’instant qu’un jeu incohérent d’interactions fortes et faibles sans aucune loi commune.

J’ai écrit inconsidérément le mot lévitation. Passons aux aveux c’était à dessein. Des physiciens théoriciens et parmi les plus grands se demandent, en effet, dans le privé, en se gardant bien de l’écrire, si la découverte de la solution ne passe pas par l’abjuration d’une certaine forme de matérialisme.

«La science est matérialiste par méthode», a écrit le P. Dubarle. La question qui se pose peut-être est celle de savoir si la méthode dont parle le P. Dubarle n’est pas en physique, au bout de son rouleau. Mais outre qu’on n’en voit pas d’autre pour l’instant, les esprits sont si peu préparés à l’idée d’une telle remise en cause que le simple fait d’en parler apparaîtra au physicien catholique lui-même comme un affreux attentat, comme une profanation des règles sacrées de la recherche.

Et cependant, elle doit se cacher quelque part, cette introuvable solution. Compte tenu d’un demi siècle de vain labeur, où donc, sinon dans une direction où quelque chose nous empêche de regarder?■

Aimé Michel

Notes

(1) Richard Feynman – La Nature des lois physiques (Laffont, 1970, p. 78).

(2) France catholique, n° 1244, 16 octobre 1970, p. 7.