Code d’accès au site

Le paradoxe du cerveau de Boltzmann est un argument contre l’idée que l’univers qui nous entoure, avec ses conditions précoces à l’entropie incroyablement faible et sa flèche du temps conséquente, est simplement une fluctuation statistique au sein d’un système éternel qui passe la plupart de son temps en équilibre thermique. Vous pouvez obtenir un univers comme le nôtre de cette façon, mais vous avez beaucoup plus de chances d’obtenir une seule galaxie, ou une seule planète, ou même un seul cerveau – donc l’idée de fluctuation statistique semble être exclue par l’expérience. (Avec des conséquences potentiellement profondes.)

La première invocation d’un argument de ce type, pour autant que je sache, est venue de Sir Arthur Eddington en 1931. Mais c’est un argument assez simple, une fois que vous accordez les hypothèses (bien qu’il reste des critiques). Je suis donc sûr qu’un certain nombre de personnes ont pensé dans le même sens, sans en faire tout un plat.

L’une de ces personnes, je viens de le remarquer, était Richard Feynman. A la fin de son chapitre sur l’entropie dans les Feynman Lectures on Physics, il réfléchit à la façon d’obtenir une flèche du temps dans un univers régi par des lois sous-jacentes symétriques dans le temps.

Pour autant que nous le sachions, toutes les lois fondamentales de la physique, comme les équations de Newton, sont réversibles. Alors d’où vient l’irréversibilité ? Elle vient du passage de l’ordre au désordre, mais nous ne le comprenons pas tant que nous ne connaissons pas l’origine de l’ordre. Comment se fait-il que les situations dans lesquelles nous nous trouvons tous les jours soient toujours en déséquilibre ?

Feynman, suivant la même logique que Boltzmann, envisage la possibilité que nous ne soyons tous qu’une fluctuation statistique.

Une explication possible est la suivante. Regardez à nouveau notre boîte de molécules blanches et noires mélangées. Maintenant, il est possible, si nous attendons assez longtemps, par pur accident, grossièrement improbable, mais possible, que la distribution des molécules arrive à être principalement blanche d’un côté et principalement noire de l’autre. Après cela, au fur et à mesure que le temps passe et que les accidents se poursuivent, elles se mélangent à nouveau davantage.

Donc, une explication possible du haut degré d’ordre dans le monde actuel est qu’il s’agit simplement d’une question de chance. Peut-être que notre univers a eu par hasard une fluctuation quelconque dans le passé, dans laquelle les choses se sont quelque peu séparées, et maintenant elles se remettent ensemble en courant. Ce type de théorie n’est pas asymétrique, car nous pouvons nous demander à quoi ressemble le gaz séparé, soit un peu dans le futur, soit un peu dans le passé. Dans les deux cas, nous voyons une tache grise à l’interface, car les molécules se mélangent à nouveau. Quel que soit le sens dans lequel on fait défiler le temps, le gaz se mélange. Donc cette théorie dirait que l’irréversibilité n’est qu’un des accidents de la vie.

Mais, bien sûr, elle ne suffit pas vraiment comme explication de l’univers réel dans lequel nous vivons, pour les mêmes raisons qu’Eddington a données – l’argument du cerveau de Boltzmann.

Nous aimerions soutenir que ce n’est pas le cas. Supposons que nous ne regardions pas toute la boîte à la fois, mais seulement un morceau de la boîte. Puis, à un certain moment, supposons que nous découvrions une certaine quantité d’ordre. Dans ce petit morceau, le blanc et le noir sont séparés. Que devrions-nous déduire de l’état des lieux là où nous n’avons pas encore regardé ? Si nous croyons vraiment que l’ordre est né d’un désordre complet par une fluctuation, nous devons certainement prendre la fluctuation la plus probable qui pourrait le produire, et la condition la plus probable n’est pas que le reste se soit également désagrégé ! Par conséquent, à partir de l’hypothèse selon laquelle le monde est une fluctuation, toutes les prédictions sont que si nous regardons une partie du monde que nous n’avons jamais vue auparavant, nous la trouverons mélangée, et non comme le morceau que nous venons de regarder. Si notre ordre était dû à une fluctuation, nous ne nous attendrions pas à ce qu’il y ait de l’ordre ailleurs que là où nous venons de le remarquer.

Après avoir souligné que nous voyons en fait de l’ordre (faible entropie) dans de nouveaux endroits tout le temps, il poursuit en mettant l’accent sur l’origine cosmologique de la deuxième loi et la flèche du temps :

Nous concluons donc que l’univers n’est pas une fluctuation, et que l’ordre est une mémoire des conditions au moment où les choses ont commencé. Cela ne veut pas dire que nous en comprenons la logique. Pour une raison quelconque, l’univers a eu à un moment donné une entropie très faible pour son contenu énergétique, et depuis lors, l’entropie a augmenté. C’est donc la voie de l’avenir. C’est l’origine de toute irréversibilité, c’est ce qui fait les processus de croissance et de décroissance, qui fait que nous nous souvenons du passé et non du futur, que nous nous souvenons des choses qui sont plus proches de ce moment de l’histoire de l’univers où l’ordre était plus élevé que maintenant, et pourquoi nous ne sommes pas capables de nous souvenir des choses où le désordre est plus élevé que maintenant, ce que nous appelons le futur.

Et il termine en notant que notre compréhension de l’univers primitif devra s’améliorer avant que nous puissions répondre à ces questions.

Ce caractère unidirectionnel est lié au fait que le cliquet fait partie de l’univers. Il fait partie de l’univers non seulement dans le sens où il obéit aux lois physiques de l’univers, mais son comportement à sens unique est lié au comportement à sens unique de l’univers entier. Il ne peut pas être complètement compris jusqu’à ce que le mystère des débuts de l’histoire de l’univers soit réduit encore plus loin de la spéculation à la compréhension scientifique.

Nous travaillons toujours sur cela.