« L’univers est fait d’histoires, pas d’atomes », a fait remarquer la célèbre poétesse Muriel Rukeyser. « Nous sommes faits d’étoiles », a rétorqué Carl Sagan. Mais certaines des histoires les plus fascinantes et les plus importantes sont celles qui expliquent les atomes et les « trucs d’étoiles ». C’est le cas de The Quantum Universe : Everything That Can Happen Does Happen* par le physicien rockstar Brian Cox et le professeur Jeff Forshaw de l’Université de Manchester – un voyage remarquable et captivant dans le tissu fondamental de la nature, explorant comment la théorie quantique fournit un cadre pour expliquer tout, des puces de silicium aux étoiles en passant par le comportement humain.
La théorie quantique est peut-être le premier exemple de l’infiniment ésotérique devenant profondément utile. Ésotérique, parce qu’elle décrit un monde dans lequel une particule peut réellement être à plusieurs endroits à la fois et se déplace d’un endroit à l’autre en explorant simultanément tout l’Univers. Utile, parce que la compréhension du comportement des plus petits éléments constitutifs de l’univers sous-tend notre compréhension de tout le reste. Cette affirmation frise l’orgueil, car le monde est rempli de phénomènes divers et complexes. En dépit de cette complexité, nous avons découvert que tout est construit à partir d’une poignée de minuscules particules qui se déplacent selon les règles de la théorie quantique. Ces règles sont si simples qu’elles peuvent être résumées au dos d’une enveloppe. Et le fait que nous n’ayons pas besoin de toute une bibliothèque de livres pour expliquer la nature essentielle des choses est l’un des plus grands mystères de tous. »
Le récit tisse un siècle de recul scientifique et de développements théoriques, d’Einstein à Feynman en passant par Max Planck, qui inventa le terme « quantique » en 1900 pour décrire le « rayonnement du corps noir » des objets chauds par la lumière émise en petits paquets d’énergie qu’il appelait « quanta », pour arriver à une perspective moderne sur la théorie quantique et son rôle primordial dans la prédiction des phénomènes observables.
L’image de l’univers que nous habitons, telle qu’elle est révélée par la physique moderne, est celle d’une simplicité sous-jacente ; les phénomènes élégants dansent hors de vue et la diversité du monde macroscopique émerge. C’est peut-être le couronnement de la science moderne ; la réduction de l’énorme complexité du monde, êtres humains compris, à une description du comportement d’une poignée de minuscules particules subatomiques et des quatre forces qui agissent entre elles. »
Pour démontrer que la théorie quantique est intimement mêlée au tissu de notre quotidien, plutôt qu’une frange bizarre et ésotérique de la science, Cox propose un exemple ancré dans le familier. (Un exemple, dans ce cas particulier, basé sur une hypothèse erronée – je tenais un iPad – dans une sorte de méta clin d’œil ironique du principe d’incertitude d’Heisenberg.)
Considérez le monde qui vous entoure. Vous tenez un livre fait de papier, la pulpe écrasée d’un arbre. Les arbres sont des machines capables de prendre une réserve d’atomes et de molécules, de les décomposer et de les réarranger en colonies coopératives composées de plusieurs trillions de parties individuelles. Pour ce faire, ils utilisent une molécule appelée chlorophylle, composée de plus d’une centaine d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène tordus en une forme complexe, auxquels sont ajoutés quelques atomes de magnésium et d’azote. Cet assemblage de particules est capable de capter la lumière qui a parcouru les 93 millions de kilomètres qui nous séparent de notre étoile, une fournaise nucléaire du volume d’un million de terres, et de transférer cette énergie au cœur des cellules, où elle est utilisée pour construire des molécules à partir de dioxyde de carbone et d’eau, en dégageant l’oxygène nécessaire à la vie. Ce sont ces chaînes moléculaires qui forment la superstructure des arbres et de tous les êtres vivants, le papier de votre livre. Vous pouvez lire ce livre et en comprendre les mots parce que vous avez des yeux capables de convertir la lumière diffusée par les pages en impulsions électriques qui sont interprétées par votre cerveau, la structure la plus complexe que nous connaissions dans l’Univers. Nous avons découvert que toutes ces choses ne sont rien d’autre que des assemblages d’atomes, et que la grande variété d’atomes est construite en utilisant seulement trois particules : les électrons, les protons et les neutrons. Nous avons également découvert que les protons et les neutrons sont eux-mêmes constitués de plus petites entités appelées quarks, et que c’est là que les choses s’arrêtent, pour autant que nous puissions le dire aujourd’hui. La théorie quantique est à la base de tout cela. »
Mais au cœur de The Quantum Universe se trouvent une poignée de grandes vérités qui transcendent le domaine de la science en tant que discipline académique et rayonnent dans les plus vastes étendues de l’existence humaine : que dans la science, comme dans l’art, tout se construit sur ce qui a précédé ; que tout est connecté à tout le reste ; et, peut-être le plus important, que malgré nos plus grandes compulsions pour le contrôle et la certitude, une grande partie de l’univers – auquel appartiennent le cœur et l’esprit humains – reste régi par le hasard et l’incertitude. Cox le formule ainsi :
Une caractéristique clé de la théorie quantique elle traite des probabilités plutôt que des certitudes, non pas parce que nous manquons de connaissances absolues, mais parce que certains aspects de la Nature sont, en leur cœur même, régis par les lois du hasard. »
* Si vous vous demandez pourquoi la magnifique jaquette du livre que vous voyez en haut, créée par le graphiste iconique Peter Saville pour l’édition britannique du livre, ne correspond pas à ce que vous voyez sur Amazon et dans les librairies américaines, c’est parce que, une fois de plus, la couverture américaine a été abrutie, diluée et gratifiée du chat obligatoire. Oui, les éditeurs américains doivent en effet penser que les Américains sont stupides.