Cosmologie quantique et la question de la création ex nihilo

Résumé

Plusieurs propositions cosmologiques du vingtième siècle ont été présentées comme offrant des explications naturalistes de la façon dont l'univers pourrait venir à l'existence « à partir de rien ». Le modèle de tunnelling à partir de rien d'Alexander Vilenkin (1982), la proposition sans frontière de Hartle et Hawking (1983), et plus populairement L'Univers à partir de rien de Lawrence Krauss (2012) ont été déployés de cette manière. Au sein du Maslik 2 (Cosmique), le cadre théorique engage ces propositions comme physique sérieuse tout en identifiant la confusion philosophique qui revient dans les présentations populaires : la confusion entre le « rien » physique (vide quantique, énergie-matière nulle, absence d'espace-temps classique) et le nihil métaphysique (l'absence littérale de tout ce qui existe). Le théorème de Borde-Guth-Vilenkin est également présenté avec précision, avec les mises en garde de Vilenkin lui-même notées.

Deux sens distincts du « rien »

Le nœud de la question philosophique réside dans la distinction entre deux sens distincts du « rien ».

« Rien » physique. En physique contemporaine, « rien » se réfère typiquement à l'un de plusieurs états techniques :

Le vide quantique — l'état de plus basse énergie possible dans la théorie quantique des champs. Le vide quantique n'est pas « rien » au sens métaphysique ; c'est un état richement structuré caractérisé par l'énergie du point zéro, les paires de particules virtuelles, et la structure des champs fondamentaux.
Énergie-matière nulle — l'absence de matière macroscopique, mais pas l'absence des lois sous-jacentes, des champs, ou des conditions initiales.
Absence d'espace-temps classique — l'absence de la géométrie classique lisse qui caractérise notre univers actuel, mais compatible avec un état quantique-gravitationnel qui a sa propre structure.

Chacun de ces « riens » techniques est un état physique ou mathématique structuré. Aucun n'est l'absence littérale de toute réalité.

Nihil métaphysique. Le concept philosophique traditionnel du rien se réfère à l'absence littérale de tout ce qui existe — ni matière, ni énergie, ni champs, ni lois, ni espace, ni temps, ni structures logiques ou mathématiques. En ce sens fort, « rien » est ce qui aurait été le cas s'il n'y avait jamais eu quoi que ce soit.

La distinction importe parce que la création ex nihilo au sens théologique traditionnel se réfère à la création à partir du nihil métaphysique — Dieu produit l'univers sans aucun substrat matériel, structural, ou formel préexistant. La doctrine traditionnelle est métaphysique, non physique.

Quand les physiciens décrivent les modèles cosmologiques en termes de « création à partir de rien », ils signifient typiquement la création à partir de l'un des « riens » physiques — non à partir du nihil métaphysique. La confusion de ces deux sens est la préoccupation persistante du cadre théorique dans ce domaine.

La proposition de tunnelling de Vilenkin

La « Création d'univers à partir de rien » d'Alexander Vilenkin (Physics Letters B, 1982) proposait que l'univers pourrait émerger à travers un événement de tunnelling quantique d'un état sans espace-temps classique vers un état avec l'expansion inflationnaire qui donne naissance à l'univers observé.

Le « rien » duquel l'univers de Vilenkin effectue le tunnelling est un état avec zéro espace-temps classique — mais c'est un état gouverné par les lois quantiques-gravitationnelles, avec la structure de ces lois déterminant la probabilité et les propriétés de l'événement de tunnelling. Le « rien » de Vilenkin est donc un état physique technique, non le nihil métaphysique.

Vilenkin lui-même a été plus clair que beaucoup de ses vulgarisateurs sur ce point. Dans ses écrits plus récents (notamment Plusieurs mondes en un, 2006), il discute ce que « rien » signifie dans sa proposition et reconnaît que la proposition requiert un arrière-plan quantique-gravitationnel.

Comme physique, la proposition de tunnelling est l'une de plusieurs approches de la cosmologie quantique. Comme métaphysique, elle n'établit pas la création ex nihilo au sens philosophique.

La proposition sans frontière de Hartle-Hawking

La « Fonction d'onde de l'univers » de James Hartle et Stephen Hawking (Physical Review D, 1983) proposait une cosmologie quantique différente. Dans leur modèle sans frontière, l'univers n'a pas de commencement temporel au sens classique : le temps émerge en douceur d'un domaine euclidien (intemporel), sans frontière où « le commencement » peut être localisé.

Dans les présentations populaires (notamment Une brève histoire du temps de Hawking, 1988), ceci est parfois décrit comme l'univers étant « auto-contenu » et ne nécessitant pas de créateur. La présentation est à nouveau philosophiquement problématique. La proposition de Hartle-Hawking postule une structure mathématique spécifique (la fonction d'onde de l'univers, définie par une intégrale de chemin spécifique) et une loi quantique-gravitationnelle sous-jacente. L'« auto-containment » est interne au modèle ; l'existence du modèle — incluant les lois, l'intégrale de chemin, le domaine euclidien — n'est pas expliquée par le modèle lui-même.

La proposition de Hartle-Hawking, comme celle de Vilenkin, est une physique sophistiquée qui n'aborde pas la question métaphysique de pourquoi quoi que ce soit existe.

Krauss et la confusion populaire

L'Univers à partir de rien : Pourquoi il y a quelque chose plutôt que rien de Lawrence Krauss (2012) a porté l'idée de « création à partir de rien » à l'attention populaire. Le livre argumente que la physique contemporaine explique comment un univers pourrait émerger de rien.

Le livre a été largement critiqué par les philosophes (la critique de David Albert dans le New York Times de 2012 est la critique la plus citée) précisément pour la confusion décrite ci-dessus. Le « rien » de Krauss s'avère être, à l'examen, soit le vide quantique, soit l'espace vide, soit l'espace-vide-sans-espace-temps-classique — tous étant des états physiques structurés, non le nihil métaphysique de la question philosophique traditionnelle.

La critique d'Albert était directe : l'argument de Krauss redéfinit effectivement « rien » pour signifier « quelque état physique structuré » et prétend alors avoir expliqué la création à partir de « rien ». La question philosophique actuelle — pourquoi y a-t-il quoi que ce soit plutôt que rien du tout ? — n'est pas abordée.

Les éditions ultérieures et les réponses de Krauss ont engagé une partie de cette critique, avec un succès mitigé. La position du cadre théorique est que la confusion populaire persiste dans beaucoup d'écriture scientifique populaire et devrait être soigneusement distinguée de la physique technique authentique.

Le théorème de Borde-Guth-Vilenkin

Un résultat cosmologique différent mais connexe est le théorème de Borde-Guth-Vilenkin (Borde, Guth, et Vilenkin, « Les espaces-temps inflationnaires sont incomplets dans les directions passées », Physical Review Letters, 2003).

Le cadre théorique engage ce théorème avec prudence parce qu'il a été l'un des modes d'échec signalés du cadre de le mal représenter.

Ce que le théorème montre réellement : que tout espace-temps dont le taux d'expansion moyen est positif tout au long de son histoire passée (sous des conditions techniques spécifiques) est incomplet en géodésiques passées. Cela signifie : les géodésiques (chemins de mouvement inertiel) ne peuvent être étendues infiniment dans le passé ; elles atteignent une frontière ou se terminent.

Ce que le théorème ne montre pas : que l'univers a un commencement absolu, au sens d'émerger de rien ou d'être créé. L'incomplétude en géodésiques passées est une propriété technique de la structure de l'espace-temps ; elle n'entraîne pas par elle-même des conclusions métaphysiques sur la création.

Ce que Vilenkin lui-même dit : dans ses discussions du théorème, Vilenkin est prudent de noter ses limites. Le théorème s'applique aux modèles inflationnaires avec expansion positive moyenne ; les modèles cosmologiques alternatifs (modèles cycliques, modèles ekpyrotiques) peuvent l'éviter. Même où le théorème s'applique, il montre l'incomplétude en géodésiques passées, non un commencement absolu. Les engagements métaphysiques propres de Vilenkin sont naturalistes ; il a proposé le modèle de tunnelling à partir de rien précisément pour aborder ce qui se passe « à » la frontière passée.

La position du cadre théorique : le théorème BGV est un résultat cosmologique réel qui devrait être cité avec précision, sans exagération. Il contribue modestement à l'argument cosmologique du kalām (suggérant qu'une large classe de modèles cosmologiques a une frontière passée) sans être une preuve définitive.

Ce que ces propositions établissent

L'évaluation du cadre théorique de ces propositions :

Elles sont de la physique sérieuse et ne devraient pas être rejetées.
Elles contribuent au développement de la cosmologie quantique comme programme de recherche.
Elles n'abordent pas, à la lecture attentive, la question métaphysique de pourquoi quoi que ce soit existe. Elles expliquent les transitions d'un état structuré à un autre ; elles n'expliquent pas l'existence des lois, champs, ou arrière-plan quantique-gravitationnel pertinents.
Les présentations populaires confondent fréquemment le « rien » physique avec le nihil métaphysique, générant une confusion philosophique à laquelle l'engagement attentif devrait résister.

Connexion avec l'argument de contingence

Ces propositions cosmologiques laissent l'argument de contingence substantiellement intact. L'argument de contingence (voir ibn-sina-necessary-being et le contingency-argument publié) ne requiert pas que l'univers ait un commencement temporel. Même un univers existant éternellement (ou multivers éternel) d'êtres contingents nécessiterait un fondement nécessaire.

Les propositions de cosmologie quantique qui postulent un substrat quantique-gravitationnel ou une fonction d'onde de l'univers ne répondent pas par elles-mêmes à la question de pourquoi le substrat ou la fonction d'onde existe. L'argument de contingence s'applique à elles comme il s'appliquerait à toute réalité contingente.

Ce que cet article établit

Contributions :

Une distinction soigneuse entre le « rien » physique et le nihil métaphysique.
Présentation précise des propositions majeures de cosmologie quantique.
Présentation précise du théorème BGV avec les mises en garde propres de Vilenkin.
Identification de la confusion populaire persistante dans beaucoup d'écriture scientifique.
Connexion avec l'argument de contingence.

Limites :

L'article n'arbitre pas chaque détail technique de la cosmologie quantique contemporaine.
L'article ne prétend pas qu'aucun modèle cosmologique spécifique soit faux comme physique. La critique philosophique concerne l'usage de ces modèles dans les arguments métaphysiques.

Connexions avec d'autres Masalik

Maslik 2 (ce maslik) : compagnon du cosmological-origins publié et du multiverse-hypothesis-and-fine-tuning de ce lot.
Maslik 1 (Philosophique & Métaphysique) : l'argument de contingence s'applique à ces propositions. Voir ibn-sina-necessary-being et les contingency-argument et cosmological-argument-kalam publiés.

Distinctions clés

« Rien » physique (vide quantique, espace-temps classique zéro, aucune matière-énergie) vs. nihil métaphysique (absence littérale de tout)
Tunnelling de Vilenkin (à partir d'un état quantique-gravitationnel, non du nihil)
Sans frontière de Hartle-Hawking (auto-contenu dans le modèle, mais le modèle lui-même n'est pas auto-explicatif)
« Rien » style Krauss (présentation populaire ; philosophiquement problématique) vs. physique technique (science légitime)
Théorème BGV comme incomplétude en géodésiques passées vs. sur-interprété comme preuve de commencement
Modèles cosmologiques sans commencement (cycliques, ekpyrotiques, inflationnaires éternels ; l'argument de contingence s'applique toujours)

Proponents majeurs

Alexander Vilenkin — Plusieurs mondes en un (2006) ; proposition de tunnelling
James Hartle et Stephen Hawking — « Fonction d'onde de l'univers » (1983)
Stephen Hawking — Une brève histoire du temps (1988)
Lawrence Krauss — L'Univers à partir de rien (2012)
Sean Carroll — De l'éternité à ici (2010) ; variantes d'univers éternel

Critiques majeurs

David Albert — Critique du New York Times de Krauss (2012) ; critique de la confusion
William Lane Craig — engagement extensif avec la cosmologie quantique dans L'Argument cosmologique du Kalām (1979) et travaux subséquents
Robin Collins — engagement avec la cosmologie quantique dans son travail sur l'ajustement fin
Roger Penrose — propositions cosmologiques alternatives (Cosmologie cyclique conforme)
John Polkinghorne — engagement théologique avec la cosmologie quantique

Lectures complémentaires

Alexander Vilenkin, Plusieurs mondes en un : La recherche d'autres univers, Hill and Wang, 2006
Stephen Hawking, Une brève histoire du temps, Bantam, 1988
James Hartle et Stephen Hawking, « Fonction d'onde de l'univers », Physical Review D 28 (1983)
Lawrence Krauss, L'Univers à partir de rien, Free Press, 2012
David Albert, « Sur l'origine de tout », New York Times, 23 mars 2012
Arvind Borde, Alan Guth, et Alexander Vilenkin, « Les espaces-temps inflationnaires sont incomplets dans les directions passées », Physical Review Letters 90 (2003)
William Lane Craig et James D. Sinclair, « L'argument cosmologique du Kalam », dans Companion Blackwell de théologie naturelle, 2009
Sean Carroll, De l'éternité à ici, Dutton, 2010
Roger Penrose, Cycles du temps : Une nouvelle vue extraordinaire de l'univers, Knopf, 2011
George F. R. Ellis, « Questions de philosophie de la cosmologie », dans Manuel de philosophie des sciences