La mesure qui révélerait l'univers comme une simulation informatique

L'une des idées les plus chères de la physique moderne est la chromodynamique quantique, la théorie qui décrit la force nucléaire forte, comment elle lie les quarks et les gluons en protons et neutrons, comment ceux-ci forment des noyaux qui interagissent eux-mêmes. C'est l'univers dans sa forme la plus fondamentale.

Une activité intéressante consiste donc à simuler la chromodynamique quantique sur un ordinateur pour voir quel type de complexité apparaît. La promesse est que simuler la physique à un niveau aussi fondamental équivaut plus ou moins à simuler l'univers lui-même.

Il y a bien sûr un ou deux défis. La physique est d'une complexité époustouflante et fonctionne à une échelle extrêmement petite. Ainsi, même en utilisant les supercalculateurs les plus puissants du monde, les physiciens n'ont réussi à simuler que de minuscules recoins du cosmos à quelques femtomètres seulement. (Un femtomètre fait 10^-15 mètres.)

Cela peut sembler peu, mais le point important est que la simulation est essentiellement indiscernable de la réalité (du moins pour autant que nous la comprenions).

Il n'est pas difficile d'imaginer que les progrès du type de la loi de Moore permettront aux physiciens de simuler des régions de l'espace beaucoup plus vastes. Une région de quelques micromètres de diamètre pourrait encapsuler l'ensemble du fonctionnement d'une cellule humaine.

Encore une fois, le comportement de cette cellule humaine serait indiscernable de la réalité.

C'est ce genre de réflexion qui oblige les physiciens à envisager la possibilité que tout notre cosmos puisse fonctionner sur un ordinateur extrêmement puissant. Si oui, y a-t-il un moyen de le savoir ?

Aujourd'hui, nous obtenons une sorte de réponse de Silas Beane, de l'Université de Bonn en Allemagne, et de quelques copains. Ils disent qu'il existe un moyen de voir des preuves que nous sommes simulés, du moins dans certains scénarios.

Tout d'abord, un peu de contexte. Le problème avec toutes les simulations est que les lois de la physique, qui semblent continues, doivent être superposées à un réseau tridimensionnel discret qui avance par pas de temps.

La question que se posent Beane et ses collègues est de savoir si l'espacement du réseau impose une quelconque limitation aux processus physiques que nous voyons dans l'univers. Ils examinent en particulier les processus à haute énergie, qui sondent des régions plus petites de l'espace à mesure qu'elles deviennent plus énergétiques.

Ce qu'ils trouvent est intéressant. Ils disent que l'espacement du réseau impose une limite fondamentale à l'énergie que les particules peuvent avoir. C'est parce que rien ne peut exister qui soit plus petit que le réseau lui-même.

Donc, si notre cosmos n'est qu'une simulation, il devrait y avoir une coupure dans le spectre des particules de haute énergie.

Il s'avère qu'il existe exactement ce genre de coupure dans l'énergie des particules de rayons cosmiques, une limite connue sous le nom de coupure Greisen-Zatsepin-Kuzmin ou GZK.

Cette coupure a été bien étudiée et est due au fait que les particules à haute énergie interagissent avec le fond diffus cosmologique et perdent ainsi de l'énergie lorsqu'elles parcourent de longues distances.

Mais Beane et ses collègues calculent que l'espacement du réseau impose des caractéristiques supplémentaires sur le spectre. La caractéristique la plus frappante… est que la distribution angulaire des composants les plus énergétiques présenterait une symétrie cubique dans le cadre de repos du réseau, s'écartant considérablement de l'isotropie, disent-ils.

En d'autres termes, les rayons cosmiques se déplaceraient préférentiellement le long des axes du réseau, nous ne les verrions donc pas de la même manière dans toutes les directions.

C'est une mesure que nous pourrions faire maintenant avec la technologie actuelle. Trouver l'effet équivaudrait à pouvoir « voir » l'orientation du réseau sur lequel notre univers est simulé.

C'est cool, hallucinant même. Mais les calculs de Beane and co ne sont pas sans quelques mises en garde importantes. Un problème est que le réseau informatique peut être construit d'une manière entièrement différente de celle envisagée par ces gars-là.

Un autre est que cet effet n'est mesurable que si la coupure du réseau est la même que la coupure GZK. Cela se produit lorsque l'espacement du réseau est d'environ 10^-12 femtomètres. Si l'espacement est nettement plus petit que cela, nous ne verrons rien.

Néanmoins, cela vaut sûrement la peine de chercher, ne serait-ce que pour écarter la possibilité que nous fassions partie d'une simulation de ce genre particulier mais secrètement dans l'espoir que nous trouverons une bonne fois pour toutes de bonnes preuves de nos suzerains robotiques.

Réf : arxiv.org/abs/1210.1847 : Contraintes sur l'Univers comme simulation numérique

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