Simulation du premier milliard d’années d’une protogalaxie
Ce billet est le premier volet d’une série de billets dont l’objectif est de répondre à cette question inhabituelle, pour la plupart d’entre nous. Cette question sous-entend aussi une question corollaire : L’Univers calcule-t-il mieux que nous ?
Ce sous-entendu n’est pas évoqué habituellement, le calcul étant considéré une invention humaine. C’est ce que la plupart des gens croient. On pense rarement, sinon jamais, que l’Univers puisse calculer; à vrai dire, cette question ne devrait même pas se poser. Mais sommes-nous véritablement les maîtres incontestés du calcul ?
Les superordinateurs produisant des simulations numériques très complexes en seraient la preuve irréfutable; l’illustration ornant ce billet en est un bel exemple. Elle représente les résultats d’une simulation de l’évolution d’une proto-galaxie.
Du côté des simulations plus communes, permettant de produire quotidienemement les prévisions météorologiques, nous convenons facilement qu’elles sont loin de l’infaillibilité. Lorsque nous quittons le logis sans parapluie et nous faisons surprendre par une averse imprévue, notre confiance dans le calcul est ébranlée.
Le climat est très difficile à prévoir; il est le résultat d’un certain chaos; beaucoup de gens ont entendu parler de l’effet papillon, dont il est question abondamment dans La théorie du Chaos de James Gleick. Sa désignation technique est la dépendance sensitive aux questions initiales.
Même si cet exemple souligne que le calcul humain est défaillant, cela ne démontre pas pour autant que l’Univers calcule; l’existence de l’Univers pourrait-elle reposer sur le calcul ?
L’Univers ne semblant pas être une machine à calculer, à première vue, pourquoi donc poser cette question ? Et peut-on y répondre en ne considérant qu’une perspective cosmologique, dans ce sens ?
Il n’y a pas une seule perspective cosmologique, mais plusieurs. Considérons pour le moment trois perspectives différentes, afin de nous conduire graduellement à répondre à notre question : la cosmologie computationnelle, la cosmologie quantique et enfin la cosmologie spéculative.
1. Cosmologie computationnelle
- Cette première perspective, un nouveu produit de la cosmologie contemporaine, prend de plus en plus de terrain – elle se présente à nous sous forme de simulation informatique de phénomènes cosmologiques.
L’auteur a pris connaissance de l’illustration figurant en tête de billet dans la nouvelle La plus grande simulation de l’évolution des galaxies, publiée sur le site techno-science.net. Elle provient d’une simulation de Masao Mori de l’université de Californie et de Masayuki Umemera de l’université de Tsukuba. Ces deux chercheurs ont également participé à des travaux similaires, en 2004, en compagnie de Ryoji Matsumoto.
Ce que ces deux simulations ont en commun, c’est d’avoir été réalisées au Earth Simulator Center, au Japon, qui a tenu pendant plusieurs années la tête du palmarès des 10 superordinateurs les plus puissants au monde.
Ainsi, suite au travail méticuleux des ces chercheurs, soutenu par la très grande capacité de calcul d’un superordinateur, nous disposons maintenant d’une photo de plus dans l’album de «portraits de famille» de notre Univers.
Sans avoir besoin de comprendre le phénomène représenté par cette simulation, n’est-elle pas, en tant que simple objet de contemplation, une image sur laquelle il est agréable de méditer ? Elle jalonne notre tentative de reconstruire, depuis des siècles, le roman cosmogonique – un thème déjà abordé. Même si nous demeurons conscients des limites posées par nos sens et par nos méthodes de simulation, on voudrait quand même en faire une murale – au mieux, un magnifique cadre pour suspendre au mur de la bibliothèque d’un chercheur passionné de cosmologie !
On peut s’attendre que la recherche progresse rapidement dans ce domaine. De nouveaux candidats se pointent à l’horizon, pour effectuer des calculs encore plus complexes : les ordinateurs quantiques. Même si nous n’en sommes qu’au niveau spéculatif, parce que des doutes planent sur notre capacité d’en produire, ils sont une promesse potentielle d’une puissance de calcul infiniment plus grande. Puisque nous parlons de simulations… quelqu’un se rappelle ici où avoir vu bien en évidence Simulacres et simulation, de Jean Baudrillard?
Voilà où nous en sommes, au niveau de nos représentations cosmologiques de l’Univers, du côté de la simulation. Dans une perspective anthropologique, rappelons que nous devrions considérer ces simulations comme étant le résultat le plus récent de l’évolution de nos systèmes de représentations symboliques. Mais la carte n’est pas le territoire, nous répétait sans cesse un professeur d’épistémologie et méthodes.
2. Cosmologie quantique
- Une nouvelle perspective cosmologique, en relation avec la convergence numérique caractérisant notre époque, émerge depuis quelques années. Cette nouvelle perspective est en fait un modèle cosmologique reposant sur un précepte difficile à saisir : l’Univers serait un ordinateur traitant la matière comme si elle était une information. Attention : le terme ordinateur doit être pris ici dans le sens de machine à calculer et non d’équipement informatique.
En délaissant la perspective de la cosmologie computationnelle, pour aborder celle de la cosmologie quantique, il est important de préciser que nous abordons un sujet très différent.
Ce nouveau modèle cosmologique n’a rien à voir avec les simulations dont il est question dans la section précédente. C’est un modèle émergent, dont nous avons pris connaissance pour la première fois en 2004, dans un article du Scientific American, intitulé Black Holes Computers.
Black Holes Computers
Seth Lloyd & Y. Jack Ng
Scientific American
Novembre 2004, Vol. 291, No. 5. – pages 52 – 61.
La première lecture cet article nous place devant une perspective inédite, en considérant un trou noir comme un système de traitement de l’information. Cette idée est maintenant assez répandue, puisque plus de 356 entrées figurent sur ce thème au moment de la publication de ce billet, en effectuant un recherche sur Black Hole Computers.
Voici le sommaire de cet article – en traduction libre :
- Du simple fait d’exister, tous les systèmes physiques emmagasinent de l’information. En évoluant dynamiquement dans le temps, ils traitent cette information. L’Univers, en quelque sorte, calcule.
- Si de information peut s’échapper des trous noirs, comme la plupart des physiciens le supposent maintenant, un trou noir aussi calcule. Le format de son espace mémoire est proportionnel au carré de son taux de calcul. La nature mécanique quantique de l’information est responsable de cette capacité computationnelle; sans effets quantiques – quantum effect, un trou noir détruirait l’information au lieu de la traiter.
- Les lois de la physique qui limitent la puissance des ordinateurs déterminent aussi la précision avec laquelle la géométrie de l’espace temps peut être mesurée. Cette précision est moins grande que celle envisagée auparavant par les physiciens, indiquant que le nombre d’«atomes concrets» d’espace et de temps pourrait être plus élevé qu’on s’y attendait.
Nous voilà plongés dans un sujet bien aride. Il faut cependant retenir un point crucial à propos de ces nouveaux modèles computationnels : il tendent à orienter graduellement notre perception de l’Univers comme une vaste machine à traitement de l’information. Ainsi, la matière serait le résultat du traitement d’unités d’informations de base, ce qui ramènerait une fois de plus à la même forme binaire – 01 – utilisée dans les simulations conduites sur les superordinateurs. Conservons en mémoire cette analogie.
Enfin, même si le temps fait son oeuvre depuis la publication de cet article, le sujet est d’un très grand intérêt, quoiq’un peu obscur à premier abord. Au moment de cette première lecture, on ne pouvait pas présager que l’auteur Seth Lloyd allait élaborer plus longuement sur sa nouvelle théorie et publier un livre spécifiquement sur ce sujet.
3. Cosmologie spéculative
- Cette troisième perspective cosmologique doit mériter notre attention, même si elle repose sur de la littérature spéculative. En effet, de nombreux auteurs situent leur oeuvre à l’intérieur d’un modèle cosmologique qui n’a rien à voir avec les modèles cosmologiques actuels.
Il peut être intéressant d’étoffer le discours cosmologique en incluant cette perspective. Sans vouloir susciter de débat, les théories cosmologies scientifiques, telles que le Big Bang, la Théorie des cordes ou des Multivers sont spéculatives, en élargissant la définition. Pour les fin de cette analyse, nous retiendrons comme spéculatives les cosmologies présentées par les auteurs de science-fiction, d’ailleurs souvent désignée comme étant de la littérature spéculative.
Un premier exemple est tiré de la tétralogie 2001-3001 Les odyssées de l’espace d’Arthur C. Clark. Il nous plonge dans un Univers parcouru d’entités esprit, contrairement aux cosmologistes actuels qui tentent de nous instiller que l’Univers ne serait que le résultat d’une série de transformations de 0 et de 1. Ces entités esprits ne font pas partie de nos modèles cosmologiques actuels, qui ne prêtent aucunement conscience à la matière. Clarke a l’audace de présenter le tissu cosmique dans une perspective tout à fait différente.
Nous sentons, dans le destin de HAL, qu’une présence intelligente semble l’appeler, du fond de l’Univers. Vers la fin de la tétralogie, il opère une fusion avec eux. Ces entités esprit, errant dans le Cosmos sous forme d’immenses monolithes, s’autorépliquent en dévorant les planètes, comme on le voit si bien dans le film tiré du second volet, 2010. La plupart des gens ont vu 2001 Odyssée de l’espace et sont restés suspendus sur sa fin, mais la clé de la cosmologie Clarkienne ne peut être comprise qu’en lisant sa tétralogie au complet.
Un second exemple de cosmologie spéculative a attiré des foules de cinéphiles, il y a quelques années. Les frères Wachowski, en ayant scénarisé la trilogie La Matrice, ont apporté, aux philosophes notamment, de l’eau au moulin en nous confrontant à une question fondamentale et débattue : qu’est ce que le réel? On pourrait établir une analogie intéressante avec la perspective computationnelle de l’Univers, présentée précédemment, qui nous amène aux limites de ce réel en proposant un modèle mathématique sous-jacent à l”Univers.
En effet, beaucoup de cinéphiles ont été étonnés par le précepte sur lequel repose le scénario cauchemardesque. Rappelons que certains de ses habitants vivent dans un monde entièrement simulé par un réseau gigantesque d’ordinateurs, auxquels ils sont reliés directement par une interface neurale, alors qu’ils sont littéralement endormis dans d’immenses tours où ils baignent toute leur vie dans un liquide placentaire. Dans un sens, ils vivent par procuration. Émergent alors des questions philosophiques fondamentales sur la réalité ou l’illusion et sur la liberté de choix.
Mais, ce qui est le plus criant, dans cette trilogie, c’est de finir par nous demander nous-mêmes si nous ne vivons pas dans un Univers simulé, même si cette perspective peut paraître tout à fait invraisemblable.
Dans ce dernier cas, nous pourrions alors momentanément nous poser la question alors, l’Univers calcule-t-il mieux que nous ?
Prochain billet
Nous avons donc examiné, d’un seul trait, trois facettes ou perspectives cosmologiques différentes afin de placer un décors pour tenter de répondre à notre ultime question, calculons-nous mieux que l’Univers? :
- La cosmologie computationnelle, proposée par des astrophysiciens cosmologistes, nous introduisan à l’évolution incroyable de la puissance de calcul, ses capacités ne cessant d’atteindre des sommets;
- La cosmologie quantique, à titre de nouveau modèle cosmologique, nous introduisant à un Univers qui serait lui-même un puissant ordinateur, dans le sens élargi du terme; donc beaucoup plus puissant que notre cosmologie computationnelle, qui ne fait que simuler, alors que les potentiels calculs de l’Univers produiraient ce monde réel dans lequel nous vivons;
- La cosmologie spéculative, pour nous ouvrir de nouvelles avenues de réflexion sur des modèles comologiques inspirés, avec des exemples proposées par Arthur C. Clark et les frères Wachowski.
Il est maintenant approprié de se poser deux questions fondamentales :
- Comment s’articulent entre elles ces trois perspectives cosmologiques ?
- Comment peuvent-elles nous aider, malgré un regard radicalement différent sur l’histoire de notre Univers, à établir si nous calculons mieux que L’Univers ?
Ces questions ouvrent la porte du prochain billet sur ce thème.
Niveau 201 | Bibliothèque de signets | Référence
Cosmologie Computationnelle | Cosmologie Quantique | | Cosmologie-Spéculative
Dédicace
Ce billet rend hommage à l’anthropologue Pierre Maranda, ayant instigué à l’auteur un premier regard anthropologique sur l’univers numérique et cybernétique.
Révision 4.2 - 21 mai 2006
