John Wheeler a vu la déchirure du réel 

Jusqu’à ses derniers jours, ce géant de la physique du 20e siècle a été obsédé par les fondements de l’espace et du temps, et par la manière dont nous partageons tous la même version de ces concepts.

Quand Johnny Wheeler avait 4 ans, en jouant dans son bain à Youngstown, dans l’Ohio, il a levé les yeux vers sa mère et a demandé : " Qu’arrive-t-il quand on arrive à la fin des choses ? " Cette question l’a hanté toute sa vie. Que se passe-t-il quand on atteint le fond de l’espace ? Que se passe-t-il quand on arrive au bord du temps ? Cela l’a conduit à suggérer que l’espace-temps ne peut pas être le véritable tissu de l’univers. Cela l’a poussé, même dans ses derniers jours, à chercher une réalité plus profonde sous l’espace-temps et à se demander si, d’une manière ou d’une autre, cette réalité boucle sur nous.

John Archibald Wheeler était un physicien pour les physiciens. Il n’a jamais remporté de prix Nobel, ni acquis une renommée publique, mais pour ceux qui le connaissaient, il était une légende. Il a ouvert de nouvelles voies dans de nombreux domaines de la physique : particules, nucléaire, gravitationnel, quantique. Il a étudié sous Niels Bohr, marché et discuté avec Albert Einstein. Il était ambitieux, pour le moins, mais jamais pour un gain personnel. Wheeler voulait résoudre les mystères de l’univers pour pouvoir offrir des réponses à sa communauté. Il avait une devise : " Personne ne peut être quelqu’un sans d’autres autour. " Il partageait largement ses idées, laissant ses étudiants briller. Richard Feynman, Hugh Everett, Jacob Bekenstein, Kip Thorne — ils sont devenus, entre autres, des figures emblématiques grâce à son influence. Quand un donateur de l’Université de Princeton a proposé de dédier un bâtiment de physique en son honneur, Wheeler a refusé, disant que le bâtiment ne devait pas être " centré sur une seule personne. La physique ne se fait pas ainsi. "

Tout au long de sa carrière, qui a couvert une grande partie du 20e siècle, Wheeler a tenu des journaux détaillés — de grands cahiers reliés regorgeant de chaque intuition, impasse et percée. Ces journaux, aujourd’hui conservés à l’American Philosophical Society de Philadelphie, révèlent quelque chose de remarquable : c’est précisément son désir de mettre la communauté en premier qui a façonné sa quête pour comprendre l’origine de l’espace-temps.

L’obsession de Wheeler pour l’espace-temps a commencé dans les années 1950. La relativité générale — la théorie d’Einstein selon laquelle la matière et l’énergie déforment l’espace-temps et que cette déformation est la gravité — était tombée dans l’oubli, éclipsée par les progrès de la mécanique quantique. Mais en 1952, Wheeler a eu une idée : et si ce que nous appelons " matière " n’était en réalité que de l’espace-temps ? Après tout, pensait-il, la gravité est une forme d’énergie, mais la gravité agit sur l’énergie, ce qui signifie qu’elle agit sur elle-même. Il imaginait des ondes de gravité se repliant en sphères compactes qui ressembleraient à des particules élémentaires de l’extérieur, tout en étant faites de vide à l’intérieur, une " masse sans masse ". Il les a nommées " géons ". Elles réduiraient les ingrédients de l’univers à un seul.

Les particules ont aussi une charge. Cela aussi pourrait-il être réduit à la géométrie ? Wheeler imaginait un espace-temps fortement déformé et tordu, " multi-connecté ", avec des trous et des boucles s’enroulant sur eux-mêmes. Les lignes de champ électrique tissées à travers ce paysage noueux pourraient disparaître dans un trou, traverser l’espace-temps, puis réapparaître ailleurs. Là où elles disparaîtraient, on verrait une particule chargée négativement, et là où elles réapparaîtraient, une particule chargée positivement. En réalité, il n’y aurait ni l’un ni l’autre, juste des lignes de champ électrique bouclant à l’infini, créant une " charge sans charge ".

Personne n’avait jamais utilisé la relativité générale de cette manière, pliant et tordant l’espace-temps jusqu’à ce que le reste de la physique en émerge, rendant l’univers plein de torsions et de tunnels si nouveaux qu’ils n’avaient pas de nom. Wheeler leur en a donné un : les trous de ver. C’était là son talent — nommer les choses, oui, mais aussi pousser les théories existantes à leurs limites pour voir où elles se brisent. Que se passe-t-il quand on arrive à la fin des choses ?

Tout dans l’univers fait d’espace-temps : Wheeler était captivé par la simplicité de cette idée. Mais pourquoi l’espace-temps aurait-il un terrain si chaotique, et seulement à l’échelle des particules élémentaires ? Il a supposé que les fluctuations quantiques de l’espace-temps pourraient transformer une géométrie tranquille en un labyrinthe enchevêtré, que Wheeler a appelé " mousse quantique ". Cela semblait être exactement ce qu’il fallait pour que les géons existent.

Wheeler a ensuite réalisé qu’à des échelles encore plus petites — la fameuse longueur de Planck, de l’ordre de 10^-33 centimètres — l’incertitude quantique pourrait détruire l’espace-temps lui-même. Des points localisés comme " ici  et " là " perdraient tout sens. Il voulait construire tout l’univers à partir de l’espace-temps, mais il n’était pas clair si l’espace-temps survivrait.

En 1960, Wheeler a découvert un fait troublant : les trous de ver sont instables. Les tunnels se formeraient et s’effondreraient instantanément sur eux-mêmes, leurs parois s’affaissant jusqu’à disparaître en un point de densité et de courbure infinies, créant une rupture fatale dans la réalité connue sous le nom de singularité. Les physiciens avaient déjà rencontré des singularités, mais seulement comme des erreurs dans leurs équations. Il y avait des indices que les étoiles, lorsqu’elles s’éteignent et s’effondrent gravitationnellement, pourraient abriter des singularités en leur sein, mais personne n’y croyait vraiment, ou du moins pensait que ce serait rare. Wheeler a alors vu que, grâce aux fluctuations quantiques, la réalité en était criblée. Le tissu de l’espace-temps, à ses plus petites échelles, était lâchement tissé, rongé par les mites, trop fragile pour supporter le poids du monde.

Pourtant, l’univers existe. Il doit être fait de quelque chose. Si l’espace-temps disparaît dans l’éclair d’une singularité, alors quelque chose se trouve au-delà ou en dessous.  De plus en plus insistant, un problème réclamait mon attention ", a écrit Wheeler. " Effondrement en quoi ? "

Il a décidé d’examiner de plus près ces étoiles éteintes, effondrées sous leur propre poids avec des singularités dans leur obscurité comme des trous d’épingle dans le monde. Tout le monde les appelait " objets complètement effondrés ", mais en 1967, lors d’une conférence au NASA Institute for Space Studies à New York, Wheeler leur a donné un nom qui est resté : les trous noirs. Une fois baptisés, les trous noirs ont été pris au sérieux, à la fois comme des objets existant dans la réalité et comme des endroits où la réalité prend fin.

Pour la communauté, le travail de Wheeler a déclenché un regain massif d’intérêt pour la relativité générale. Son manuel Gravitation, co-écrit avec ses étudiants Kip Thorne et Charles Misner, reste la bible du domaine. Pour Wheeler, ce travail a soulevé plus de questions qu’il n’en a résolu. " L’espace et le temps eux-mêmes sont transcendés en tant que catégories, et le cadre semble s’effondrer pour tout ce qu’on a jamais appelé une loi, notamment le concept de géométrie lui-même ", a-t-il écrit. Sous l’espace-temps, il devait y avoir autre chose, une " pré-géométrie ". Que se passe-t-il quand on arrive à la fin des choses ? Il était déterminé à le découvrir.

En juin 1973, il a rassemblé tous ses livres et articles sur la relativité générale — des décennies de travail sur la physique de l’espace-temps — et les a rangés. Puis il a ouvert son journal à une page blanche et a écrit avec détermination : " Commencer une nouvelle chasse. "

Par où commencer ? Avec quoi ? Ces trous dans l’espace-temps semblaient tout engloutir. " Pas étonnant que je ne dorme pas bien ", a griffonné Wheeler dans son journal. " L’ancien univers simple s’efface, tout est maintenant en désordre. "

La pré-géométrie pourrait-elle être faite de " grains " d’espace-temps, a-t-il demandé ? Non, cela supposerait trop de structure.

Il a eu une meilleure idée : peut-être était-elle faite d’information — des 1 et des 0, des oui et des non, des choix binaires. " Le caractère sans dimension du bit nous libère enfin du pays tyrannisé par les dimensions… de la physique quotidienne des particules, des champs, de l’espace-temps ", a-t-il écrit. Mais la question qui le tenait éveillé la nuit était : à qui appartient cette information ?

Wheeler a réalisé que lorsque l’espace et le temps disparaissent, emportant avec eux le reste de la physique, il reste quelque chose. " Avec la loi qui s’en va et le chaos qui arrive, un principe demeure ", a écrit Wheeler. " Le principe quantique. " La mécanique quantique, a-t-il écrit, " détruit le concept du monde comme ‘assis là-bas’, avec l’observateur en sécurité, séparé de lui par une vitre de 20 centimètres. Même pour observer un objet aussi minuscule qu’un électron, il doit briser la vitre. Il doit y entrer… L’univers ne sera jamais plus le même. Pour décrire ce qui s’est passé, il faut rayer ce vieux mot ‘observateur’ et le remplacer par le nouveau mot ‘participant’. Dans un sens étrange, l’univers est un univers participatif. "

C’était officiellement l’idée la plus folle qu’il ait eue jusqu’alors. Un univers fait non pas de matière, ni d’espace-temps, ni de substance, mais de nos choix. Ce n’était pas ce qu’il espérait trouver ; la physique l’y avait conduit. Il avait soulevé l’espace-temps, regardé en dessous, et s’était retrouvé à fixer, à sa grande perplexité, un miroir. " On se retrouve à demander désespérément si la structure, plutôt que de se terminer dans un plus petit objet ou dans un champ plus fondamental, ou de continuer indéfiniment, ne revient pas finalement à l’observateur. "

En 1977, Wheeler a donné une conférence soulignant que " aucun phénomène élémentaire n’est un phénomène tant qu’il n’est pas un phénomène observé ". Après cela, le physicien Paul Dirac a demandé : " La formation du système solaire est un phénomène. Est-ce seulement un phénomène lorsqu’il est observé ? " Wheeler a répondu : " Oui. "

Il pensait à l’expérience de la double fente, cette preuve notoirement déroutante que nos attentes de bon sens sur le fonctionnement du monde ne tiennent pas. Des particules comme les photons sont envoyées à travers un écran avec deux fentes avant de frapper une plaque photographique de l’autre côté. Lorsque les deux fentes sont ouvertes, les photons un par un forment un motif d’interférence sur la plaque, comme si chaque photon était passé par les deux fentes, de manière ondulatoire, interférant avec lui-même. Mais si nous mesurons par quelle fente un photon passe, ce motif d’interférence disparaît. Ce que nous choisissons de mesurer compte.

Wheeler voulait montrer quelque chose de plus : que cela compte même lorsque ce que nous mesurons s’est déjà produit. Et si nous retardions le choix de mesurer " quelle fente " jusqu’après que le photon ait traversé l’écran ? a-t-il demandé. Notre mesure pourrait-elle déterminer après coup si le photon est passé par une fente ou deux ?

" Je me suis aventuré en eaux profondes, en voulant donner un sens à ‘un choix présent influençant une action passée’ ", a écrit Wheeler dans son journal.

En 1979, il a décrit une version réalisable de l’expérience à choix retardé lors d’une conférence à l’Université du Maryland, et un expérimentateur présent a décidé de la réaliser. Il a fallu cinq ans pour mettre l’expérience sur pied, mais cela a fonctionné. En choisissant ce qu’il faut mesurer dans le présent, nous participons à la création du passé.

Dans la version de laboratoire, le choix est retardé d’une simple fraction de seconde, mais en principe, il n’y a pas de limite à son échelle. Le photon pourrait avoir été produit par un quasar lointain, et le rôle de l’écran à double fente pourrait être joué par une galaxie dont le champ gravitationnel dévierait le photon vers la gauche ou la droite avec une probabilité égale. Le photon voyage-t-il les deux chemins à la fois, créant un motif d’interférence sur la plaque photographique qui l’attend ici sur Terre ? Ou ne voyage-t-il qu’un seul chemin ? Cela dépend si un astronome basé sur Terre — ici, maintenant — décide de mesurer si le photon a pris un chemin ou deux, bien que le voyage ait eu lieu il y a des milliards d’années.

Mais le voyage n’a pas eu lieu — c’était le point de Wheeler. Le choix retardé n’impliquait aucune causalité inversée. Ce n’est pas comme si le passé avançait déjà sous sa propre impulsion jusqu’à ce qu’un observateur arrive, remonte le temps et le change. Non, a dit Wheeler : il n’y a pas d’impulsion, pas de changement. " Ce n’est pas un paradoxe que nous choisissions ce qui doit s’être passé après que ‘cela s’est déjà produit’ ", a-t-il écrit, car " cela ne s’est pas vraiment produit. Ce n’est pas un phénomène tant que ce n’est pas un phénomène observé. "

Le passé n’est pas vraiment le passé. Le temps n’est pas vraiment le temps. Wheeler avait trouvé sa pré-géométrie. Nous tissons le tissu de l’univers, a-t-il dit, à partir de " milliards et milliards d’actes de participation d’observateurs ".

La quête de Wheeler pour la pré-géométrie a engendré de nombreuses recherches fructueuses. De l’expérience à choix retardé est venue une série de nouvelles expériences. De son idée que les propriétés physiques émergent comme des réponses aux questions oui-non des participants — qu’il a résumée dans les années 1980 par le slogan " It from Bit " — est né le domaine de la science de l’information quantique et des technologies comme l’informatique quantique et la téléportation quantique. De son travail sur les trous noirs et son insistance sur le fait que l’espace-temps émerge également des bits sont venues des idées sur l’entropie des trous noirs et le principe holographique en gravité quantique.

Mais seul, Wheeler était laissé à agoniser sur la manière de dériver l’espace-temps de la participation des observateurs.

Il était allé si loin, découvrant que l’espace-temps émerge de quelque chose de plus profond. Mesure par mesure, les observateurs participent à la création de leur espace-temps partagé. Ou du moins, c’était l’idée. Le problème était que rien en mécanique quantique ne garantit un accord entre les observateurs. Si je mesure un photon à une certaine position, créant un point dans le tissu de l’espace-temps, cela ne garantit pas que le photon soit à la même position pour vous. (Insister sur le fait que le résultat de ma mesure prédétermine le résultat de la vôtre ferait de la position du photon une " variable cachée ", ce que les expériences ont déjà exclu.) Un point pour l’un n’est pas garanti d’être un point pour tous.

" Des observateurs qui participent indépendamment… comme 10 000 ferblantiers qui s’adonnent indépendamment à 10 000 tâches différentes ", écrit-il dans son journal. Pourquoi ne créent-ils pas 10 000 espaces-temps distincts ? " Ce qui me trouble le plus, c’est la façon dont différents observateurs combinent leurs impressions pour construire ce que nous appelons la réalité. "

Au début, Wheeler pensait que la participation de l'observateur impliquait la conscience. Après tout, ce ne sont pas les tables et les chaises qui décident de ce qu'il faut mesurer, mais les observateurs conscients. Mais cela ne l'aidait pas. Il ne voyait aucun moyen de relier les expériences privées des esprits individuels en une seule réalité partagée.

" Sur peu de questions dans ma vie, j’ai été aussi perdu de vue qu’à présent sur le poids relatif de l’individu et de la collectivité dans la manière de donner un " sens " à l’existence ", écrivait-il. Il n’en était toujours pas sûr quelques années plus tard : " La " conscience " semble appartenir à l’individu. À mon avis, le concept pertinent devrait être une propriété communautaire. " Mais quoi ? Dans un univers participatif, un observateur peut poser une question et obtenir une réponse en retour, et un autre observateur peut venir — demain, la semaine prochaine, dans un milliard d’années — et poser une question différente, incompatible, et obtenir une réponse différente, incompatible. L’univers peut être façonné et remodelé de 10 000 façons par 10 000 ferblantiers, et rien dans le formalisme quantique ne garantit qu’ils seront un jour d’accord.

Wheeler était désemparé. Pendant des années, pendant des pages, il a été obsédé. " Je ne suis pas fier. Je confesserai toutes mes erreurs. Je ferai tout ce qui est en mon pouvoir pour percer le mystère. " Après tout, écrivait-il, " je dois à la communauté de donner le meilleur de moi-même. " Toute réalité dans laquelle une pensée, une perception ou un résultat de mesure était la propriété privée de quelqu’un n’était pas une réalité dans laquelle il pouvait vivre. En même temps, il ne pouvait pas revenir à un univers participatif. Il ne pouvait pas revenir à la prégéométrie. " Y a-t-il un point à mi-chemin entre tout et rien sur cette question ? " se demandait-il. " Chacun de nous est un univers privé ? Absurde ! Chacun de nous voit le même univers ? Absurde aussi ! "

Il était donc coincé et il manquait de temps.

" Si nous sommes ceux qui " construisent " l’espace-temps, comment se fait-il que nous n’ayons pas autant d’espaces-temps que les gens ? ", écrivait-il le 8 novembre 2005. " Comment se fait-il qu’il n’y en ait qu’un seul ? Poursuivons plus loin. " Il avait 94 ans.

Les entrées du journal se sont raréfiées.

Que se passe-t-il lorsqu'on arrive à la fin des choses ?

La dernière entrée de Wheeler date de 2006, à l’âge de 95 ans, alors qu’il était sur le point de mourir, et sa vie était désormais jalonnée de questions. Elle consistait en une seule phrase, laissée à la communauté : " L’espoir produit l’espace et le temps ? "