Les 42 plus grandes questions sur la vie, l’univers et tout le reste

Dans Le Guide du voyageur galactique, la balade irrévérencieuse de l'écrivain Douglas Adams à travers l’univers, un super-ordinateur appelé Pensées Profondes découvre la réponse à « La grande question de la vie, l’univers et le reste » après avoir turbiné pendant sept millions d’années. Il s’avère que la réponse à la question est « 42 » mais ça n'a aucune importance, car Adams ne révèle jamais quelle est cette « grande question » initiale.

Dans un article publié récemment sur arXiv, les physiciens Roland Allen et Suzy Lidstrom, venus respectivement des universités Texas A&M et Uppsala, se sont attaqués au sujet en égrainant ce qu’ils croient être les 42 questions ultimes de la vie, l’univers et le reste.

En ce qui concerne la réponse mystérieuse de Pensées Profondes, Allen et Lidstrom écrivent qu’ils « comprennent qu’il y a 42 questions fondamentales auxquelles répondre sur la route de l’Éveil. » L’article fait plus de 50 pages, mais c’est une formidable introduction aux plus grandes questions scientifiques — du moins selon ces deux physiciens.

Même si la liste est subjective, l’article vaut la peine d’être lu en entier. Mais pour vous faire gagner du temps, j’ai résumé les 42 questions de Allen et Lidstrom dans les grandes lignes aussi brièvement que possible.

La constante cosmologique, théorisée par Einstein, décrit la densité d’énergie de l’univers. Le problème, c'est que les observations astronomiques indiquent que la constante cosmologique est bien plus petite que ce qu'affirment les calculs.

En 1998, les cosmologistes ont été stupéfaits de découvrir que l’expansion de l’univers accélérait. Cette observation incroyable a été attribuée à l’énergie noire, une force mystérieuse qui semble constituer les deux tiers de l’univers, mais qui doit toujours être expliquée de manière convaincante.

Einstein s’est rendu compte que la gravité, comme tout dans la nature, devrait pouvoir être décrite en termes de mécanique quantique. Malheureusement, les espoirs de réconciliation entre mécanique quantique et relativité générale (la théorie d'Einstein selon laquelle l'attraction gravitationelle est provoquée par une déformation de l'espace-temps) tombent à plat en cas de très forte gravité — à proximité des trous noirs, par exemple.

Malgré les travaux révolutionnaires de Hawking sur le rayonnement des trous noirs, Allen et Lidstrom se demandent pourquoi, pour ces monstres de cosmiques, « l’entropie devrait être proportionnelle à l'étendue plutôt qu’au volume, comme c’est le cas pour d’autres systèmes physiques. »

Les informations semblent être codées à la surface de l'horizon des évènements du trou noir et « recrachés » sous forme de radiation. Malgré tout, tous les trous noirs d’une masse particulière irradient exactement de la même façon, indépendamment des informations sur l’horizon des évènements. Cela suggère que les trous noirs détruisent les informations, ce qui viole la thermodynamique.

On pense que l’univers s’est expansé de façon exponentielle dès la première seconde de son existence. Les deux grandes questions sont : quelle est l’origine de l’inflation et y-a-t-il une preuve directe de cette inflation ?

Selon le modèle standard de la physique des particules, la matière et l’anti-matière auraient dû disparaître complètement de l’univers en ne laissant que des photons derrière elles. Mais à la place, il y a une grande quantité de matière et une pénurie d’anti-matière. Pourquoi ?

Les observations des galaxies suggèrent qu’environ un quart de l’univers est constitué de matière noire. Le truc, c'est que les physiciens n’ont pas détecté de particule qui puisse expliquer lça. Est-ce un axion, un WIMP ou toute autre chose encore ?

Dans le modèle standard, on compte quatre particules de matière élémentaires principales — le quark up, le quark down, l’électron et le neutrino. Pourtant, il existe des secondes et troisièmes « générations » (ou copies) de chacune de ces particules comme les quarks charm, les quark strange et les muons. Mais pourquoi donc ?

D’où proviennent les masses des particules élémentaires sus-citées ? On pense que les masses sont liées à la puissance de leur interaction avec leur champ associé (par exemple, le champ de Higgs), mais certaines anomalies rendent cette explication impossible.

Le modèle standard ne peut pas expliquer pourquoi l'interaction faible est bien plus puissante (10.000.000.000.000.000.000. 000.000 plus puissante, en fait) que la gravité.

Les 3 forces non-gravitationnelles — forte, faible et électromagnétique — se combinent pour former une seule force dans une grande théorie d’unification. La façon dont cette association se produit est toujours un mystère.

Les symétries sont des propriétés d’un système qui restent identiques quand ce système subit une transformation. La charge, la parité et le temps forment une symétrie, la symétrie CPT, qui n’a jamais été violée — même si chacun des éléments qui la composent l'a été. Est-ce que la violation de la symétrie CPT est possible ?

Certains aspects du boson de Higgs suggèrent que notre univers n'est pas vraiment stable, ou peut-être dans une phase de transition vers un meilleur état de stabilité dont le résultat serait un univers aux propriétés fondamentalement différentes. La question est : notre univers est-il stable ou pas encore ?

En général, on suppose que les quarks sont confinés dans le volume de leur proton et nécessitent des quantités d’énergie relativement importantes pour s'extraire de cet espace. Un nombre croissant de preuves indiquent que les quarks sont toujours confinés, mais ça n’a pas été rigoureusement prouvé.

Franchement, je n’en sais rien, donc voici une capture d’écran de l’article.

Les accélérateurs de particules comme le LHC ont permis la découverte de nouvelles particules. Y'en aura-t-il d’autres ? C’est une question très sérieuse pour les physiciens qui travaillent dans des endroits comme le CERN.

Il y a peut-être de nouveaux types d’étoiles à découvrir, comme les immenses étoiles de population III formées au début de l'univers et constituées uniquement d'hydrogène et d'hélium, ou des « étoiles noires » qui se nourrissent de l’annihilation de la matière noire plutôt que de la fusion.

Au cours des dernières décennies, les physiciens ont créé un certain nombre de superfluides (un fluide sans viscosité) et de supraconducteurs (des matériaux sans résistance électrique) en exposant diverses matières à des températures extrêmes. Quelles autres matériaux pourraient démontrer ces propriétés à l’avenir ?

Les isolants topologiques sont des matériaux isolants à l’intérieur mais conducteurs à l’extérieur. Où les trouveront nous dans les années à venir ?

Les isolants topologiques mentionnés plus haut ont été démontrés dans des systèmes à électron unique ou quasi-particule. Quels autres types de matières pourraient profiter des quasi-particules ?

Des chercheurs ont trouvé une quantité importante de nouvelles phases de la matière ces dernières années, notamment les quasi-cristaux et les cristaux de temps. En reste-t-il à découvrir ?

La course au développement d’un ordinateur quantique à grande échelle qui pourrait surpasser les performances d’un ordinateur classique pour bon nombre de tâches, comme se débarrasser de la plupart des formes de cryptographie, bat son plein. Mais ces applications quitteront-elles un jour les laboratoires ou sont-elles trop fragiles pour devenir autre chose qu’une simple curiosité ?

Un internet quantique permettrait de protéger les données contre les écoutes clandestines. Seulement, pour en arriver là, nous devrons trouver le moyens d'exercer un contrôle de longue distance sur les photons. Le record actuel de transmission de photons intriqués a été établi l’an dernier par un satellite chinois. Quelles autres innovations nous attendent ?

Si d’autres dimensions existent, comment leur « espace interne » est-il structuré ?

Y a-t-il un nombre infini d’univers, chacun doté de ses propres lois ? Se pourrait-il que notre univers soit parfaitement paramétré pour l’émergence de vie intelligente, une idée connue sous le nom de principe anthropique ? Et encore plus important, comment pouvons-nous prouver ces concepts grâce à la science ?

Quelle est la « forme » de l’univers ? Si l’univers est structuré de telle façon que les singularités nues, les trous de ver et/ou les boucles temporelles fermées sont possibles, alors un retour dans le temps, parmi d’autres, serait imaginable.

Pourquoi existe-t-il une origine de l’univers et a-t-il vraiment débuté par un bang ? Avec un peu de chance, se pencher sur le passé nous aidera à comprendre le futur, et si nous nous dirigeons vers un « big rip » qui annihilera toute la matière de notre univers.

Je crois que tout est dans le titre mais je vous conseille de couler une douille avant d’essayer de vous attaquer à ces questions.

Les théories d’unification comme la supersymétrie et la théorie des cordes ont tendance à présumer de l’existence de la relativité plutôt que de l’expliquer. Mais la théorie de la gravité d’Einstein peut-elle être tirée de l’énergie du vide ou des champs de la théorie des cordes ? Si la réponse est non, d’où vient la gravité ?

Toutes les forces du modèle standard — faible, forte, électromagnétique et gravité — sont décrites par la théorie de jauge, qui détaille comment les particules élémentaires s'allient à des champs spécifiques. Mais pourquoi ce genre de forces est-il seul à exister et pourquoi la matière s'allie-t-elle si faiblement avec ces champs ?

La mécanique quantique peut-elle être expliquée à l'aide d'un principe universel encore plus profond ? Cette théorie expliquerait pourquoi l’univers est fait de champs quantiques et présente des éléments déroutants, notamment la réduction du paquet d'onde lors d'une observation.

Les bonnes théories sont mathématiquement cohérentes avec les expériences. Pourtant, des théories quantiques de champ relativement simples ne se sont pas révélées cohérentes mathématiquement.

Si les mathématiques et la physique qu'elles décrivent sont réellement des créations de l’homme, nous devons expliquer la relation entre la conscience humaine et la réalité, mais aussi répondre à des questions comme : pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ?

Comment de meilleurs ordinateurs vont-ils nous aider à améliorer nos modèles et donner un sens à nos expériences les plus complexes, comme le Large Hadron Collider ? Alors que nos télescopes deviennent de plus en plus sophistiqués, que vont-ils révéler sur la nature de l’univers ?

Nous vivons à une époque d'avancées scientifiques et technologiques sans précédent. Existe-t-il une limite à ces avancées ? Est-ce qu’au contraire, le taux de découverte va continuer sur cette voie prometteuse ? La question se pose particulièrement pour le domaine de l’intelligence artificielle, qui cherche à créer une machine vraiment super-intelligente.

La question a été notoirement posée par Erwin Schrödinger en 1944. 70 ans plus tard, les biologistes cherchent encore une réponse à cette question qui n'a de simple que l'apparence.

Est-ce que les molécules organiques ont surgi d’une soupe primordiale sur la Terre primitive ou ont-elles été transportées par des astéroïdes depuis le cosmos (une théorie connue sous le nom de panspermie) ? En outre, comment nos ancêtres unicellulaires ont-ils pu évoluer en formes de vie complexes ?

Des robots parcourent Mars à la recherche de matière organique et les astronomes du SETI scrutent les ondes cosmiques, mais aucune preuve de vie, intelligente ou non, n’a encore été trouvée dans notre système solaire. Dès lors, ce n'est même pas la peine de parler de la galaxie ou du cosmos. Serions-nous vraiment seuls dans l’univers ?

Des organismes biologiques à première vue « stupides » sont capables d’effectuer collectivement des tâches incroyablement complexes comme le repliement des protéines ? Et que dire de la capacité des cellules à se multiplier et à former des structures complexes comme les yeux, le cœur, le cerveau et d’autres organes. Comment est-ce possible ?

La variété colossale de la vie biologique, même à l’intérieur d'une seule espèce, a rendu très difficile la guérison des maladies les plus graves. Sera-t-il un jour possible d’éradiquer la maladie et la mort complètement?

Cette question préoccupe les philosophes depuis des siècles. La technologie pour tenter d’apporter une réponse scientifique à cette question n'a été développée que récemment. La conscience émerge-t-elle grâce aux interactions complexes de milliards de cellules ? Comment la décrire ? Peut-elle être reproduite ?