Les univers qui engendrent des « cerveaux cosmiques » devraient aller à la casse

Par Anil Ananthaswamy

Frédéric Lecloux/Agence VU/Camerapress

Faites confiance à vos sens. Toute théorie qui laisse des cerveaux bizarres surgir au hasard ne peut pas être une description valide de l’univers.

Cela peut sembler évident, mais de tels observateurs conscients, appelés cerveaux de Boltzmann, sont inévitables dans certaines versions de la cosmologie. De nouveaux travaux qui prétendent bannir ces théories suggèrent non seulement que votre cerveau n’est pas une telle bizarrerie, mais nous indiquent quels cadres pour le cosmos sont les plus solides.

La notion de cerveau de Boltzmann est construite sur l’idée du physicien du 19ème siècle Ludwig Boltzmann que l’entropie d’un système fermé – une mesure de son désordre – augmente toujours. Il y a beaucoup plus de façons d’être désordonné qu’ordonné, il est donc beaucoup plus probable que le système évolue vers le désordre. Mais il y a toujours une probabilité infinitésimale qu’un système fluctue soudainement du désordre à l’ordre.

De plus, nous savons que l’expansion de notre univers s’accélère, et l’opinion standard est que la mystérieuse énergie sombre en est responsable. Si l’énergie sombre reste constante dans le temps, l’univers s’étendra éternellement.

« Si vous avez littéralement l’éternité pour attendre, vous obtiendrez essentiellement toutes les choses possibles qui fluctuent dans l’existence », dit Sean Carroll de l’Institut de technologie de Californie à Pasadena. Cela inclut les cerveaux de Boltzmann.

L’idée est qu’avec un temps infini, il y aura plus de cerveaux qui fluctueront dans l’existence que de cerveaux qui évolueront, de sorte que la plupart des observateurs conscients seraient le résultat de fluctuations. Dans un univers aussi ancien, il y a donc des chances que nous soyons aussi de tels cerveaux.

Carroll n’est pas un fan des cerveaux de Boltzmann, et il pense maintenant pouvoir montrer qu’ils sont un pont trop loin.

Si nos cerveaux ont spontanément fluctué pour exister, raisonne-t-il, alors nous devons vivre dans un avenir très lointain, puisque l’univers a besoin d’un temps quasi infini pour que de telles fluctuations deviennent une réalité. Mais nos mesures suggèrent que l’univers a commencé il y a seulement 14 milliards d’années.

Cette divergence signifie que si nous sommes vraiment des cerveaux de Boltzmann dans un vieil univers, alors nos perceptions sont également embrouillées. « Nous n’aurions aucune raison de croire que nos souvenirs du passé sont exacts », dit Carroll.

Il appelle ce paradoxe « instabilité cognitive » : l’incapacité de faire confiance à vos propres processus de raisonnement et de mémoire. Cela devrait suffire à écarter de tels univers – et les modèles cosmologiques qui les produisent, dit-il (arxiv.org/abs/1702.00850).

Cela a des implications pour les théories de l’énergie noire. Par exemple, si l’énergie noire s’affaiblit au fil du temps, alors l’univers pourrait se contracter et finir dans un « big crunch » – et il ne serait jamais assez vieux pour que les cerveaux de Boltzmann se forment. Si, au contraire, l’énergie sombre reste constante dans le temps, les cerveaux de Boltzmann pourraient finir par apparaître. Mais le fait que l’univers fluctue ou non de la manière nécessaire dépend des particularités d’une théorie de la gravité quantique, qui n’ont pas encore été élaborées.

Lancer ces théories qui conduisent à des cerveaux de Boltzmann peut nous aider à décider entre des idées concurrentes, dit Carroll. Sur cette base, il est raisonnable de penser que l’univers pourrait se diriger vers un big crunch, par exemple.

Raphael Bousso, de l’Université de Californie à Berkeley, s’est creusé les méninges sur ce problème, et est déchiré par les idées de Carroll.

« Si une théorie prédit que l’écrasante majorité des observateurs sont des cerveaux de Boltzmann, alors cette théorie est exclue », dit-il. Mais il pense que l’argument de Carroll introduit une mystique inutile. « Il n’y a pas besoin de notions fantaisistes comme « l’instabilité cognitive ». »

Cet article est apparu dans la presse sous le titre « Rejeter les univers qui mènent aux cerveaux cosmiques »

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