Einstein bousculé par de jeunes physiciens : la dynamique des configurations
En 1914 paraissait le premier article présentant les idées de la relativité générale. Il était signé Einstein et Grossman. 100 ans plus tard, des jeunes physiciens trentenaires développent une alternative pour décrire l’étendue et la gravité. Une étape nouvelle de la cosmologie se dessine, après un siècle marqué par les équations d’Einstein publiées en 1917 et devenues presque mythiques. Je vous propose de faire connaissance avec cette nouvelle description du cosmos par une théorie inédite.
La dynamique des formes (ou des configurations) est ni plus ni moins qu’une alternative permettant de décrire l’étendue spatiotemporelle et gravifique en concurrençant la cosmologie relativiste d’Einstein. Pour le commun des mortels, la gravitation est un phénomène tout simple et accessible aux sens. On observe une pierre tomber ou bien les astres tourner autour du soleil. Voilà, tout paraît évident. La loi de Newton permet de calculer la force de gravitation et le cerveau humain utilise la lumière réfléchie par les objets et enregistrée par la rétine pour recomposer les images et voir les objets dans une scène fixe avec trois dimensions spatiales et une dimension temporelle. Or, la réalité est toute autre. L’étendue spatiotemporelle n’est pas ce machin fixe mais une structure dynamique dotée de règles précises décrites avec les mathématiques. La cosmologie d’Einstein ne se réduit pas à une théorie expliquant les machins qui tombent par terre ou les trucs qui tournent dans le ciel. C’est une théorie de l’étendue cosmologique qu’on appelle plus communément espace-temps. Avec des masses dont la dynamique courbe l’espace-temps qui en retour, détermine la disposition relative de ces mêmes masses. Il est aussi possible de décrire un univers sans masses. Les équations d’Einstein utilisent une description de l’étendue utilisant un tenseur de métrique g réglé par un difféomorphisme en 4D. Il est possible d’utiliser une autre description. C’est ce que propose la dynamique des configurations (des formes).
Cette théorie alternative a une longue histoire. Elle tire son origine d’une formulation alternative de la relativité, le formalisme ADM (Richard Arnowitt, Stanley Deser et Charles W. Misner), puis d’une interprétation du principe de Mach (ni espace ni temps absolu ; tout est relation) par Julian Barbour selon lequel la gravité pourrait être reformulée comme une théorie dynamique des formes géométriques tridimensionnelles, autrement dit les « shapes » en anglais. Dans les rares évocations de cette théorie dans la littérature en langue française, « shape » est traduit par forme. On peut aussi utiliser « figure » ou mieux encore, « configuration ». Trois jeunes physiciens, Sean Gryb et surtout Tim Koslowski et Henrique Gomes, ont réussi à formuler une nouvelle dynamique des configurations en utilisant des procédures mathématiques spéciales. Dans la relativité générale, la symétrie est globale et concerne les tenseurs exprimés en quatre dimensions (le difféomorphisme). L’astuce consiste à passer à une symétrie locale en trois dimensions en jouant sur les transformations conformes de Weyl qui reviennent en fait à redimensionner les figures. La procédure utilisée est définie comme transfert/échange (traduction de trading) de symétrie. Cette dynamique des formes peut avoir deux intérêts. D’abord comme outil technique permettant de dériver des formalismes mathématiques inédits, sans doute plus élégants, et de trouver des formules plus en adéquation avec le monde physique avec des propriétés nouvelles. Ce volet concerne plutôt les physiciens. L’autre intérêt réside dans le sens physique que l’on peut extraire de cette description. Auquel cas, le philosophe de la Nature prêtera une attention à cette alternative dans laquelle le temps joue un rôle distinct de celui opérant dans la relativité générale.
Imaginons deux observateurs, Bob et Alice, observant une sphère, par exemple une mongolfière statique (O). Alice est immobile mais Bob est embarqué dans un avion. Pour Alice, la taille de la mongolfière ne change pas. Pour Bob, la mongolfière rapetisse. On peut imaginer une autre situation dans laquelle Alice se déplace vers la mongolfière qui alors grossit en taille. Dans la description en terme de dynamique des configurations, c’est la taille qui change alors que la vitesse (liée au temps) n’est pas un élément pertinent. En terme de relativité générale, la taille de la mongolfière ne varie pas mais la vitesse et le temps de parcours d’un lieu à un autre sont pertinents.
Bob <-------------------- (O) ___ Alice Bob <-------------------- (O) <----------------- Alice
Cette présentation explicite le mode de fabrication opérationnel dans la dynamique des configurations. En gros, la relativité du temps a été remplacée par la relativité d’échelle. Si Bob voit la taille de la mongolfière diminuer, ce n’est pas parce que sa position varie dans le temps mais c’est parce que le feuillet (configuration) contenant la figure (O) succède à d’autres feuillets de telle manière que (O) rapetisse. Ainsi, il n’y a pas d’écoulement « physique » d’un temps qui séparerait Bob de Alice. Dans une réflexion sur le problème du temps, Koslowski, Barbour et Mercati concluent de cette manière en évoquant un propos de Dirac publié en 1958 dans lequel il médite sur la formalisation de la dynamique spatiotemporelle avec l’utilisation de l’hamiltonien « en me fondant sur ces éléments, je suis enclin à croire que la symétrie du monde en quatre dimensions n’est pas une propriété fondamentale de la nature physique ». Cette remarque est alors complétée de la manière suivante : « nous proposons un amendement en affirmant que la genèse de la symétrie en quatre dimensions est un produit dérivé issu de la manière dont une configuration (shape) en remplace une autre » (J. Barbour, T. Koslowski, F. Mercati, The solution to the problem of time in Shape Dynamics, arXiv : 1302.6264v1, 2013).
Dans la dynamique des configurations, une variable temps indépendante τ apparaît car un découplage est effectué entre jauge et dynamique. C’est d’ailleurs ce découplage qui gouverne la formulation ADM alternative de la relativité par Arnowitt, Deser, Misner, et dont est issue la dynamique des configurations. J’ai oublié de signaler une propriété fondamentale de cette nouvelle dynamique des configurations. Elle constitue une théorie « pure » de l’étendue. Il n’y a pas de matière. Mais heureusement, lorsque la matière est couplée à la dynamique des configurations, on retrouve le temps (H. Gomes, T. Koslowsli, Coupling Shape Dynamics to matter gives spacetime, arXiv : 1110.3837v2, 2012). Bergson considérait le temps physique comme un temps spatialisé, conséquence d’une projection de la durée dans l’espace. C’est un peu l’idée que l’on retrouve exposé par Gomes Koslowski en précisant qu’en fait, l’espace-temps retrouvé dans ce travail préliminaire n’est pas celui de la métrique utilisée dans la cosmologie d’Einstein mais des trajectoires paramétrées dans l’univers cosmologique de la relativité générale (« we have acces to GR-matter trajectories but not spacetime metrics »). Finalement, la matière couplée à la dynamique des configurations représente Bob qui cette fois est matérialisé dans le cosmos et se déplace relativement à la mongolfière, ou bien à Alice. C’est aussi la trajectoire de la comète de Halley qui se déplace par rapport au soleil et revient nous voir tous les 75 ans.
Avec ces considérations se dessine une option inédite permettant de trancher cette vieille controverse entre Newton et Leibniz sur la nature de l’étendue. Pour Newton, l’étendue spatiotemporelle est constituée d’un éther gravifique alors que pour Leibniz, cette étendue est un espace abstrait conçu comme une relation entre les objets dans l’univers. Avec la nouvelle dynamique des configurations, l’espace pourrait être conçu comme un fluide (une énergie) et c’est le temps qui deviendrait une relation.
Mais la conséquence la plus étonnante dans cette aventure de la « Shape Dynamics » c’est qu’elle permet à la cosmologie de se passer d’un des piliers fondamentaux introduits par Einstein, le tenseur de métrique g qu’il n’est plus nécessaire d’utiliser dans le contexte d’une dynamique des configurations qui en couplant sa représentation pure à la matière retrouve les trajectoires paramétrées dans l’univers astronomique de la relativité générale mais sans la métrique g et son difféomorphisme. Mais pour l’instant, nul n’est certain que la physique sera bouleversée comme elle le fut au siècle dernier. Sauf si l’on suit (……). Pour résumer la situation, l’alternative des « configurations » permet de décrire le monde physique avec une image de la Nature un peu moins ésotérique que celle déduite des solutions d’Einstein. De plus, la métrique g peut être remplacée par les tétrades de Dirac (voir par exemple les travaux de Rovelli). Quant à la relativité restreinte avec l’invariance de Lorentz, il faut évidemment la conserver et d’ailleurs, la dynamique des configurations présente une articulation inédite avec la relativité restreinte. L’invariance de Lorentz émerge dans trois contextes à partir de la dynamique des configurations comme le suggère une étude toute récente de Gomes et Carlip mise en ligne en avril 2014. Un autre atout de la dynamique des formes, c’est qu’elle permet de retrouver indépendamment de la théorie des cordes une dualité analogue à la correspondance AdS/CFT établie en 1998 par Maldacena et élargie pour devenir la dualité jauge/gravité. De plus, le contexte des configurations permet d’établir un autre résultat corollaire du premier, celui de la renormalisation du champ conforme CFT par la gravité. Autant dire qu’avec les configurations de Gomes et Koslowski (auxquels il faut associer quelques confrères et notamment Barbour) on obtient une description consistante de la Nature. Je suggère d’utiliser une nouvelle image symbolique, faisant suite à la pomme de Newton et l’ascenseur d’Einstein qui ont marqué deux époques de la physique moderne. Aussi je vous propose de prendre cet ascenseur non plus pour capturer la relativité mais pour monter sur les épaules d’Einstein et voir plus loin, avec la dynamique des configurations et le reste de la physique contemporaine.
Néanmoins, il faut rester prudent et ne pas s’emballer trop vite. Cette dynamique des configurations ne fait pas consensus. Elle est bien une nouvelle manière d’écriture de la relativité mais moins élégante paraît-il, avec des réserves sur une combinaison possible avec la mécanique quantique (Rovelli, communication personnelle). Cette situation épistémologique est normale, les idées nouvelles peinent à s’imposer. Elles finissent dans les livres de science ou alors passent à la trappe. Mais avant d’en décider, il faut les examiner avec bienveillance.Pour ma part, je mise sur les configurations contre Einstein. Même à un contre cent !
On retrouvera prochainement je l’espère, Gomes et Koslowski, avec quelques réponses à mes questions si celles-ci ne sont pas idiotes.
quelques liens
http://arxiv.org/pdf/1211.5878
http://arxiv.org/pdf/1310.5167
http://arxiv.org/pdf/1110.3837v2
http://arxiv.org/pdf/1302.6264
http://arxiv.org/pdf/1305.6315
25 réactions à cet article
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La dynamique des formes, c’est la perspective !
Toute relation est affaire de perspective différente et tout objet en lui même est une itération de sens. Comprendre l’Univers, c’est comprendre ce qu’est une itération, qu’elle soit mathématique, physique (double tore) ou philosophique (yin yang).
Sinon, je n’ai rien compris....
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Tout à fait, vous avez parfaitement compris quel est votre univers de pensée et comment vous paramétrez votre perspective. Vous n’avez plus qu’à introduire une jauge et élaborer un champ de Yin Yangs et Mills
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Vous n’avez plus qu’à introduire une jauge et élaborer un champ de Yin Yangs et Mills
Je vous soupçonne de vouloir foutre le bordel dans mon univers de pensée là ! Mais c’est de bonne guerre.
Ce que je suis certain, c’est du principe itératif de tout ce qui existe. Le yin yang décrit le principe itératif. Un double tore, décrit le principe itératif. Une fractale, un algorithme décrivent le principe itératif. et vice versa. Pour Yangs et Mills, j’en sais fichtre rien, même si je vois bien qu’il s’agit d’un jeu de mot de votre part fait pour me ridiculiser. Mais voyez vous, je suis pas sûr que le ridicule soit seulement de mon coté, cela parce que je doute que vous ayez compris ce qu’est une itération en dehors de ce qu’on vous en a inculqué. C’est qu’ici, la physique doit laisser la place à la philosophie, pour pouvoir y revenir et non l’inverse.
D’autant que quand je cherche un peu (pas trop quand même) autour du mot itératif ou yin yang, je ne vois rien de bien profond, mais qu’une approche très superficielle.
Un exemple simple (comme moi) on peut comprendre l’accélération gravitationnelle par le principe itératif, ce n’est pas de la science, mais un exercice de pensée pure.
Alors, un conseil en valant un autre, je vous conseille d’introduire une jauge itérative dans votre champs de pensée... Mais bon, tant que vous n’avez pas saisi les extraordinaires propriété du principe itératif, vous ne risquez pas de sortir des limites de son piège récursif.
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Bonjour Hervé Hum,La pensée de par sa nature est itérative en dehors de son contenu qui est la mémoire et qu’elle répète, elle ne peut exister, la pensée est tellement itérative qu’elle se subdivise elle-même en catégories différentes comme pensée triviale, transcendante, pure etc... elle a même inventé un penseur qui pense, la pensée est la personnalité, c’est à dire l’ego. La pensée nous fait dire de nous même, je suis un scientifique, un philosophe, une fonctionnaire etc. La pensée itérative donc, comme si elle pouvait être autre chose, est un merveilleux outil dont il faut reconnaître les limites. -
Salut Jean Keim
La pensée itérative donc, comme si elle pouvait être autre chose, est un merveilleux outil dont il faut reconnaître les limites.Non, c’est la pensée itérative qui vous limite, pas l’inverse. Cela veut dire que vous n’avez rien vu des propriétés de la pensée itérative, autrement appelé par moi, l’itération de sens.
Ainsi dans votre commentaire, vous reconnaissez être le fruit pour finir par dire être l’arbre.
Mais entre l’un et l’autre, vous n’avez rien vu. Pourquoi cela ? Parce que vous ne savez pas comment ralentir l’itération du cogito. Et pour cause, on ne peut pas la ralentir, seulement lui donner de l’espace... Si votre but est de la penser !!!
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La pensée n’est rien d’autre que penser - pourquoi est-ce si difficile à percevoir ?
Faites une expérience toute simple, asseyez-vous seul, au calme, le dos droits et soyez attentif au mouvement des pensées, sans interférer et observez ... vous constaterez notamment que le processus se ralentit.La pensée tourne comme le fait un programme informatique qui fait appel aux ressources d’une mémoire, le contenu de cette mémoire est ce que votre chemin de vie a mis dedans, un autre chemin de vie aura un contenu différent voilà tout. Un contenu en vaut un autre, ce contenu est ce que vous êtes, il est votre personnalité, il est l’ego, un artefact sans grande consistance mais qui se comporte comme un despote. -
« . Pour Newton, l’étendue spatiotemporelle est constituée d’un éther gravifique alors que pour Leibniz, cette étendue est un espace abstrait conçu comme une relation entre les objets dans l’univers »
L’éther « gravifique » était au 19ème siècle l’équivalent de notre « matière noire », un ajout adhoc pour expliquer comment la force gravitationnelle pouvait se transmettre d’un corps d’un l’autre. Toutefois cette éther ne pouvait pas être lui-même « matière », car non soumis lui-même à la gravité. Comme notre « matière noire », il était surtout la première anomalie du paradigme newtonien.C’est précisément la découverte de Einstein qui va permettre de « remplacer » l’éther par l’espace-temps.La dynamique « des formes » elle, représente un recul par rapport à Einstein. Non seulement elle ne permet de ne rien décrire ni prévoir de plus, mais elle est plus complexe, beaucoup moins élégante. Elle consiste plus en une description « visuelle » de ce qui se passe plutôt qu’à une tentative d’unifier les phénomènes dans une série d’équations simples. Si on devait faire un parallèle avec l’antiquité, elle rappelle beaucoup les épicycles de Ptolémée : elle est une série de description très complexe, qui au final permettent bien de décrire le réel... mais dont la complexité laisse comprendre qu’elle ne correspond pas au réel.Passer de relativité général à la dynamique « des formes », ce serait comme de passer du système de Copernic à celui de Ptolémée, au prétexte que le système de Ptolémée lui aussi permettait de faire des calculs et des prévisions très justes (et immensément plus complexes et moins élégants).-
Einstein n’a fait que déplacer la question des deux éthers, luminifère et gravifique (RR et RG). Il y a maintenant le vide quantique et le vide cosmologique (matière noire pour les uns, ou plus généralement une énergie)
La controverse Leibniz Newton s’est déplacée entre relationnisme et substantivalisme (voir Baker par exemple)
Pour la dynamique des formes, c’est exact, plus compliquée et moins élégante. C’est un peu comme les variables cachées de Bohm en MQ, ça complique et ça n’apporte pas d’efficacité prédictive supplémentaire
Cela dit, je parie quand même sur cette dynamique des formes car elle offre des ouvertures en cosmologie quantique (bien que Rovelli dise exactement le contraire) et dans la dualité jauge gravité dont l’importance est appréciée diversement par les cosmologistes
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La matière noire est en effet bien la descendante de l’éther gravifique, en ce sens qu’elle est le nouvel ajout ad hoc au paradigme.
Par contre, l’éther luminifère a été remplacé par la dualité onde/corpuscule des photons.Aucun des deux éthers ne correspond ni au vide « cosmologique » (?) ni au vide quantique.Leibnitz et ses « monades » me semble plus à rapprocher de la théorie de l’univers calculateur/hologramme que de cette dynamique des « formes ». Si c’est le côté relationnel qui vous faire ce rapprochement, rappelons quand même qu’en physique tout est relation (ensembles de n-uplets).Enfin pour la dualité jauge/gravité j’avoue que cela me dépasse un peu, mais en même temps, la théorie des cordes ne m’a jamais enthousiasmée. Je trouve qu’elle a une odeur de phlogistique, mais bon, c’est purement subjectif. -
Pour le vide quantique, je me réfère pas à la dualité du photon qui intervient en MQ de base mais aux résultats de l’électrodynamique quantique.
La dynamique des formes permet d’expliquer comment la gravité renormalisme avec « hologrpahie » les champs conformes. Elle est donc tout à fait insérable dans le principe holographique issu de t’Hooft et Susskind
Sinon, belle intuition pour la monadologie. C’est exactement là où je me dirige
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vous vous dirigez droit vers les théories les plus complexes et les plus loufoques pour satisfaire votre soif d’idéaux et d’universaux.
Cette démarche correspond beaucoup plus à une méthodologie mystique qu’à une méthodologie scientifique. Comme souvent, elle est le reflet d’un esprit réactionnaire.Hey :Un ptit coup tous les matins rend matérialiste et progressiste. -
Aucun mysticisme, juste le souci de trouver la signification physique profonde à ces théories qui possèdent des parties plutôt ésotériques.
Bien évidemment que je ne vais pas suivre la monadologie de Leibniz mais inventer une monadologie
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Bonjour h. Hotah,
« si vérité profonde absolue il y a , elle ne peut qu’être que accessible à tous...si elle est élitiste alors ça n’est pas une « bonne » vérité pour tous... »
Cela je le partage, si la perception du fondamental est tributaire d’un contenu alors nous sommes dans le relatif, l’essentiel ne peut être un contenu dans un contenant autrement dit un savoir dans une caboche mais un état d’ÊTRE.
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Comme vous dites on est à la recherche d’une représentation consistante de la Nature .
Quelque chose qui dépend de l’oeil donc de la lumiére . En cela Einstein n’est pas déboulonné , quoiqu’il n’y soit pas parvenu . La preuve n’est toujours pas faite que ce n’est ni possible , ni souhaitable .
Moi qui vais dans l’autre sens , je suis frustré que la mécanique quantique soit confinée au micro , mais ce n’est pas grave je fais avec . Ce qui m’amuserai énormément c’est qu’on trouve une particule allant plus vite que la lumiére , sans utiliser la lumiére .-
>je suis frustré que la mécanique quantique soit confinée au micro
Le macro emerge du micro.
Sinon je comprends pas trop le modele encore... predit-il quelque chose de vérifiable ? Et si oui, quand et comment commence l’experimentation ?
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Fournir un modéle , je ne peux pas , je n’en ai pas du tout les compétences . Ce qui me chiffonne , c’est comme si çà allait de soi la dominance d’un paradigme déterministe c’est à dire de controle . Alors que de nombreuses bréches ont été ouvertes dans ce paradigme . On peut réunir çà en ’théorie du chaos’ . on fait comme si la ’solution’ du probléme des trois corps de Poincarré n’avait jamais existé . Comme si la science avait , pouvait tout expliquer , alors que par exemple les nombres de Reynolds , connus des plombiers depuis longtemps , qui concerne la dynamique des fluides n’a pas d’explication . Pareil pour les distances des planétes au soleil qui suivent pourtant une régularité remarquable . La distribution des Galaxies etc ...
Les équations Diophantiennes , toujours pas de méthode générale .Ce ne serait pas trop grave , si par ailleurs on ne se comportait pas comme si les ’sciences humaines’ avaient un fondement scientifique . Calquées , bricolées , sur le modéle du déterminisme physique là où au contraire on devrait aboutir à l’abscence nécessaire du déterminisme .
Je ne vois pas de différence en cela avec ses Rois et Prétres Antiques qui identifiaient leurs actions symboliques dues à leur représentations cosmologiques à une action sur le Ciel et sur la Terre . Comme si les récoltes étaient le fruit de leur rites .
Ce serait peut étre plus interessant de partir de l’idée que la matiére a en quelque sorte une vie à elle , quoique rudimentaire , infime , une liberté quoi !, et par là nous aussi .
çà n’enlévrerait pas toute autorité à l’autorité , je ne pense pas , mais çà nuirait aux abus . -
« Cette dynamique des configurations ne fait pas consensus. »
La physique n’est pas une affaire de consensus.C’est une science expérimentale, et ce sont des expériences qui permettent de trier le vrai du faux.-
A l’instar de cette montgolfière la science fait du sur place depuis pas mal d’années déjà... On ne peut rien reprocher à ceux qui veulent la faire avancer, mais avouons que la dynamique des configurations est un projet désespéré même s’il cela semble une alternative intéressante.
Pour ma part j’ai le sentiment que toute chose à une infinité de formes possibles qui varient au grès d’une infinité de perceptions. Je ne suis pas assez savante pour en faire la démonstration, dommage !-
Leibniz ! Formidablement intelligent . Dommage qu’il est été conservateur .
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En attendant, il y a ceci :
« Cours sur une onde de lumière et tu briseras ses données » (http://www.spacedaily.com/reports/Rush_a_light_wave_and_youll_break_its_dat a_999.html)-
100 ans d’attente quand même.. ?
Faut dire qu’il était une exception pour son époque et dans le domaine scientifique..(Stephen Hawking...en est un autre..)-
Ce qui se conçoit bien s’énonce clairement, en d’autre terme je serai que l’on n’est sur la bonne voie lorsque les choses seront moins compliquées à formaliser, comme le fut E = MC2 en son temps, tout le monde est capable de comprend cette formule et de deviner ce qu’elle implique.
Le langage abscons de cet article est donc très éloigné de ce but !-
il y a beaucoup de piste à explorer et il reste etonament beaucoup plus de choses à découvrir en mathématique qu’en physique ou bien es ce de la paresse que de douter ou non de ce qui a déjà été fait.
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Si cette nouvelle formulation est compatible avec l’infiniment petit, elle est acceptable sans quoi elle reste incomplète.
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