Il n’y aurait pas de pilule rouge…

L’ensemble de notre univers est-il issu d’une simulation informatique ? Cela ressemble aux prémisses d’un film de science-fiction, mais au fil des années l’idée a été sérieusement débattue par des scientifiques. Récemment, des physiciens théoriques pensent avoir trouvé la preuve que notre univers est bien trop complexe pour faire partie d’une simulation. Selon eux, l’hypothèse s’appuie sur des “anomalies gravitationnelles”, de petites “torsions” dans la toile de l’espace-temps.

Pour beaucoup, le concept que notre civilisation pourrait exister à l’intérieur d’une simulation remonte au film The Matrix, mais il fait déjà l’objet d’âpres discutions dans les milieux scientifiques comme étant une possibilité légitime. Le philosophe d’Oxford, Nick Bostrom, a proposé l’idée dans un document en 2003.

Pour faire simple, Bostrom a suggéré qu’au taux des avancées technologiques actuelles, il est probable que les futures générations auront accès à des superordinateurs au-delà de notre imagination. Et puisque nous avons tendance à utiliser des ordinateurs pour exécuter des simulations (relativement primitives) avec notre technologie actuelle, ces futurs humains (ou une autre espèce avancée) feraient probablement la même chose, peut-être en simulant leurs ancêtres. Et avec tout ce pouvoir de traitement supplémentaire à leur disposition, il s’ensuit qu’ils exécuteraient plusieurs simulations simultanément. La quantité d’univers artificiels dépasserait largement l’univers “réel”, de sorte que statistiquement, il est beaucoup plus probable que nous vivions dans une de ces simulations.

Bien que cela ressemble à une expérience de pensée amusante, mais impossible à vérifier, les chercheurs d’Oxford et de l’université hébraïque de Jérusalem pourraient maintenant avoir prouvé que l’univers est trop complexe pour être simulé. La clé est un phénomène quantique connu sous le nom de « thermal Hall conductance » (l’analogue thermique de l’effet Hall) en d’autres termes (et dans le domaine de la physique des hautes énergies), une anomalie gravitationnelle.

On sait depuis des décennies que ces anomalies existent, mais elles sont notoirement difficiles à détecter directement. Représentées par des torsions dans l’espace-temps, elles se produisent dans des systèmes physiques où les champs magnétiques génèrent des courants d’énergie qui traversent les gradients de température, en particulier dans les cas où de puissants champs magnétiques et des températures très basses sont impliqués.

Représentation artistique d’une torsion spatio-temporelle dans un cristal. (Université d’Oxford)

Les simulations/ méthodes de Monte-Carlo sont utilisées dans une grande variété de domaines, de la finance à la fabrication en passant par la recherche, afin d’évaluer les risques et les résultats probables d’une situation donnée. Elles peuvent traiter une vaste gamme de facteurs à la fois et simuler les meilleurs et les moins bons des plus extrêmes scénarios, ainsi que toutes les possibilités entre les deux. Les Quantum Monte-Carlo sont utilisés pour modéliser les systèmes quantiques, mais les scientifiques d’Oxford et de l’université hébraïque ont constaté que les systèmes quantiques contenant des anomalies gravitationnelles sont trop complexes pour être simulés. Les quantités impliquées dans la simulation acquerront un signe négatif, essentiellement, parce qu’il y a un nombre infini de possibilités, de sorte que la simulation ne peut pas les considérer toutes.

En poussant plus loin, l’équipe affirme que, lorsqu’un système simulé devient plus complexe, les ressources informatiques (processeurs, mémoire, etc) requises pour l’exécuter doivent avancer au même rythme. Ce taux peut être linéaire, ce qui signifie que chaque fois que le nombre de particules simulé est doublé, les ressources requises doublent également. Ou cela pourrait être exponentiel, ce qui signifie que ces ressources doivent doubler chaque fois qu’une seule particule est ajoutée au système.

Cela signifie que la simulation de quelques centaines d’électrons nécessiterait un ordinateur avec une mémoire composée de plus d’atomes que l’univers en contient. Considérant (grossièrement) que notre univers contient 10⁸⁰ particules, le nombre d’atomes nécessaire pour simuler est insondable et totalement insoluble.

Selon Zohar Ringel, coauteur du document :

Notre travail fournit un lien intrigant entre deux sujets apparemment indépendants : les anomalies gravitationnelles et la complexité informatique. Il montre également que la conductance thermique de Hall est un véritable effet quantique: celui pour lequel il n’existe pas d’analogue classique local.

L’étude publiée dans Science Advances : Quantized gravitational responses, the sign problem, and quantum complexity.