Qu'est-ce que le "multivers", ce concept scientifique controversé qui a inspiré le film qui a remporté les Oscars ?

À un moment donné, elle est la propriétaire surmenée d'une blanchisserie, à un autre elle est une star de cinéma qui maîtrise les techniques de kung-fu, à un autre elle a des doigts longs et flasques....

Il s'agit d'Evelyn, la protagoniste de Everything Everywhere All at Once (Tout partout à la fois), un film qui a remporté 7 Oscars.

Ce personnage semble entrer et sortir de plusieurs univers parallèles et naviguer dans des versions alternatives de son propre moi.

"Dans tout le multivers, j'ai vu des milliers d'Evelyne. Vous pouvez accéder à tous leurs souvenirs, à leurs émotions et même à leurs capacités", lui dit son mari dans le film.

Le multivers est un concept qui a fait son chemin dans la littérature scientifique et a été adopté par le cinéma de science-fiction.

Dans une interview accordée au New York Times, les réalisateurs du film, Daniel Scheinert et Daniel Kwan, ont décrit leur multivers comme une combinaison de l'interprétation des mondes multiples de la mécanique quantique et de l'idée d'univers à bulles cosmiques.

En ce qui concerne l'utilisation de l'idée du "multivers" dans ce merveilleux film, je ne pense pas qu'il y ait de mise en œuvre scientifique précise du concept et, bien sûr, c'est quelque chose que l'on n'attendrait pas d'une œuvre artistique", déclare Djordje Minic, professeur au département de physique de l'université Virginia Tech aux États-Unis, à BBC Mundo.

Ce grand film, que j'ai regardé avec un immense plaisir, joue vraiment avec l'idée de "et si", un concept exploré par certains logiciens et philosophes, dans le sens de "modèles de vie alternatifs", afin de raconter une histoire familière qui est existentiellement émouvante.

Mais que signifie réellement le multivers d'un point de vue scientifique ?

Minic et d'autres experts nous aident à y voir clair.

Il s'agit d'un concept qui ne fait pas l'objet d'un consensus.

"Tous les physiciens ne sont pas à l'aise avec ce concept", explique-t-il.

Un grand mystère

En 2022, le cosmologiste Carlos Frenk, professeur à l'université de Durham en Angleterre, explore cinq mystères de notre univers dans une vidéo de la BBC.

"Il n'y a aucune raison de croire que notre univers est unique. Il est tout à fait possible qu'au moment où notre univers a été créé, de nombreux univers aient également été créés", explique-t-il en abordant le premier mystère.

"Si c'est le cas, nous ne vivons pas dans un seul univers, mais dans un vaste ensemble d'univers que les physiciens appellent le multivers.

"Nous pouvons les considérer comme des univers-îles, chacun avec ses propres particularités, peut-être même avec ses propres lois physiques.

"Par exemple, il pourrait y avoir un de ces univers où la gravité est 100 fois plus forte que dans notre univers.

"Si nous pouvions prouver de manière concluante l'existence d'univers multiples, de multivers, il s'agirait d'une véritable révolution intellectuelle, d'un changement complet de notre pensée cosmique.

Et de l'autre côté ?

La physicienne Julieta Fierro, chercheuse à l'Institut d'astronomie de l'UNAM au Mexique, nous demande d'imaginer une boîte vide dans laquelle toutes les forces de la nature sont présentes et où il peut y avoir des fluctuations du vide telles que quelque chose comme le Big Bang est généré.

C'est ainsi qu'est né notre univers : "De l'énergie a été libérée du vide, elle a créé de la matière et nous vivons dans cet univers en expansion", explique-t-il à BBC World.

"Nous sommes de ce côté-ci du Big Bang, mais que s'est-il passé de l'autre côté ? Il peut y avoir des choses différentes, des univers différents", ajoute-t-il.

"Outre cette boîte vide qui a donné naissance à notre univers, notre Big Bang, elle aurait pu en créer d'autres, une infinité d'autres. Il doit y avoir des univers parallèles", ajoute l'expert.

"Il existe probablement des moyens de communiquer instantanément entre un univers et un autre, mais de là à ce que cela devienne réel et soit comme dans les films, il y a un gouffre : la science-fiction, c'est de l'invention".

Fierro a vu le film et a apprécié le fait qu'il fasse ressortir le côté humain, les émotions. Il n'a pas trouvé la base physique.

Une conséquence

Pour de nombreux scientifiques, le multivers est le résultat de plusieurs théories.

"Il est important de noter que la vision du multivers n'est pas une théorie, mais plutôt une conséquence de notre compréhension actuelle de la physique théorique. Cette distinction est cruciale", écrit Eugene Lim, professeur de physique théorique au King's College de Londres.

Nous n'avons pas fait un signe de la main en disant : "Qu'il y ait un multivers". Au contraire, l'idée que l'univers est peut-être une infinité parmi d'autres est dérivée de théories actuelles telles que la mécanique quantique et la théorie des cordes".

C'est ce qu'affirme l'article The theory of parallel universes is not just maths - it is science that can be tested (La théorie des univers parallèles n'est pas seulement de la mathématique, c'est de la science qui peut être testée), publié dans The Conversation en 2015.

Dans le même ordre d'idées, Minic souligne que la théorie cosmologique connue sous le nom d'"inflation éternelle" conduirait également au concept de multivers "de manière tout à fait naturelle".

La théorie de l'inflation cosmique postule que notre univers a connu une expansion exponentielle dans les premiers instants de son existence, après le Big Bang.

"Or, une conséquence logique de certains des modèles inflationnistes les plus simples suggère que l'inflation (l'expansion exponentielle rapide de l'univers) ne s'arrête jamais et qu'en fait, de nombreux univers seraient générés au cours de ce processus.

Bulles

Le cosmologiste Jo Dunkley, professeur de physique et d'astrophysique à l'université de Princeton (États-Unis), explique à BBC Mundo que le multivers est une théorie, mais qu'"il existe de nombreuses idées différentes sur ce qu'il pourrait être".

"En gros, c'est l'idée qu'il pourrait y avoir de nombreux univers qui existent actuellement et que l'on peut considérer comme des bulles distinctes.

"Dans chacun d'eux, les choses se comportent un peu différemment, peut-être avec des constantes naturelles différentes.

"Cependant, nous ne pouvons pas voyager à travers ces bulles séparées, et il peut donc être impossible de vérifier si nous faisons partie d'un multivers.

Dunkley ne fait pas référence au film, il ne l'a pas vu, mais au moment où j'écris, je me souviens de la façon dont la magie du cinéma fait sauter Evelyn d'une réalité à l'autre.

L'idée d'"univers parallèles" a été utilisée comme une métaphore dans le film, et non dans un sens scientifique précis", explique M. Minic.

Deux concepts

Le professeur précise qu'il faut distinguer deux concepts : d'une part, le multivers, qui est une idée de la cosmologie, et, d'autre part, l'interprétation des mondes multiples de la mécanique quantique.

En 1957, Hugh Everett III a formulé l'interprétation des mondes multiples, qui postule l'existence d'univers multiples.

Le physicien cherchait une solution au problème déroutant de la mesure quantique.

Minic rappelle que, contrairement aux particules classiques - pensez à un ballon de football ou à une planète - qui se déplacent selon des trajectoires définies, les particules fondamentales, telles que les électrons, empruntent n'importe quel chemin entre un point de départ et un point d'arrivée.

Dans son livre The Many Worlds of Hugh Everett III, Peter Byrne explique que "le problème se pose parce que, logiquement, une particule atomique peut se déplacer dans l'espace et le temps dans une multitude de directions à la fois, comme s'il s'agissait d'une onde sphérique en expansion passant par toutes les trajectoires possibles.

Mais lorsque nous interagissons avec la particule, lorsque nous la mesurons, nous la trouvons toujours à un seul endroit, et non à plusieurs.

Everett a montré qu'il est mathématiquement cohérent de dire que lorsqu'un scientifique mesure la position d'une particule atomique, il se divise en de nombreuses copies de lui-même.

Chaque copie réside dans un univers différent. Et chaque copie voit la particule dans une position différente.

L'ensemble de toutes les copies couvre l'ensemble de toutes les positions possibles de la particule dans un multivers.

Selon Everett, chaque univers du multivers se ramifie constamment, comme un arbre, en mondes séparés mais parallèles qui ne peuvent pas communiquer entre eux.

La formulation d'Everett a été considérée avec dédain par les principaux physiciens de son époque.

Aujourd'hui, bien qu'elle soit reconnue comme l'une des théories physiques les plus controversées, elle est également considérée par certains comme prometteuse.

Monde quantique

Minic prévient que le concept de multivers ne doit pas être confondu avec l'interprétation des mondes multiples.

Il se peut que lorsque nous pensons à cette idée de la théorie quantique, nous ayons tendance à imaginer "de nombreux mondes classiques avec des contenus alternatifs", alors qu'en réalité nous devrions penser à "un seul monde quantique et non à de nombreux mondes classiques".

C'est parce que nous avons tendance à penser l'espace-temps en termes classiques, "mais nous avons besoin d'une nouvelle notion d'espace-temps quantique, ce qui nous amène à la question de la gravité quantique et à la signification de la théorie quantique dans ce contexte".

Selon le physicien, dans l'interprétation de plusieurs mondes, les gens utilisent le terme "univers parallèles" pour résoudre les énigmes de la théorie quantique.

L'une d'entre elles est le principe de superposition, selon lequel les éléments quantiques, tels qu'un électron, "se trouvent à différents endroits en même temps, en principe, mais en réalité ils sont observés quelque part, à un moment donné, selon une certaine probabilité".

"La superposition n'est pas possible pour les grandes choses, comme nous. Nous ne pouvons pas traverser les murs, mais, en principe, les électrons le peuvent".

Points de vue

George F. R. Ellis, cosmologiste et professeur émérite de mathématiques à l'université du Cap en Afrique du Sud, est le coauteur avec Stephen Hawking du livre The Large Scale Structure of Space-Time (La structure à grande échelle de l'espace-temps).

En 2014, il a écrit l'article Why the Multiverse May Be the Most Dangerous Idea in Physics pour la revue Scientific American.

Il y aborde l'idée qui a captivé plusieurs cosmologistes : "l'univers en expansion que nous voyons autour de nous n'est pas le seul ; il existe des milliards d'autres univers".

Il se déclare ensuite "sceptique" quant à l'affirmation selon laquelle "le multivers est une théorie scientifique, avec tout ce que cela implique en termes de rigueur mathématique et de test expérimental".

"Je ne pense pas que l'existence de ces autres univers ait été prouvée, ni qu'elle puisse l'être un jour. Les partisans du multivers, en plus d'élargir considérablement notre conception de la réalité physique, redéfinissent implicitement ce que signifie la 'science'".

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Il conclut en affirmant que "les univers parallèles peuvent exister ou non ; le cas n'est pas prouvé (...) Il n'y a rien de mal à faire des spéculations philosophiques scientifiquement fondées, ce que sont les propositions sur les multivers".

"Mais nous devrions les nommer pour ce qu'elles sont".

Des années plus tard, en 2022, Adam Frank, professeur d'astrophysique à l'université de Rochester en Angleterre, a jugé (dans un article publié sur le site Big Think) qu'"il n'y a aucune raison scientifique empirique de croire qu'il existe un multivers de réalités parallèles".

Bien que la communauté scientifique soit divisée sur le multivers, la vérité est que chaque idée, chaque hypothèse, enrichit la science et certainement le cinéma, quel que soit l'univers dans lequel se trouve Evelyn.