Peut-on mettre l’Univers dans une boîte ?

« Nos origines sont écrites dans les étoiles. Et nous apprenons juste à lire.” Il l’a dit Andrew Pontzcosmologue de renommée internationale qui passe une grande partie de son temps à simuler des trous noirs, des étoiles et des galaxies sur ordinateur.

Pontzen a raconté ses études – et celles d’importance fondamentale des scientifiques qui l’ont précédé – dans un livre fascinant qui explique comment progrès humain dans l’exploration spatiale, les calculs informatiques et le développement de l’intelligence artificielle ont contribué à une accélération des études utilisant des simulations pour aborder la complexité de l’Univers.

Le livre de Pontzen, qui enseigne la cosmologie Collège universitaire de Londresil s’appelle “L’Univers dans une boîte – Une nouvelle histoire du cosmos” et a été récemment publié en Italie par Adelphi.

L’un des problèmes de l’Univers, pour ceux qui l’étudient, c’est son immensité.

Comprendre, par exemple, comment se développent de nouvelles galaxies, étoiles et planètes – et comment ces corps célestes interagissent entre eux – les scientifiques doivent nécessairement recourir à des simulations. De cette façon, explique Pontzen, ils peuvent être obtenus « univers miniatures contenus dans des ordinateurs » à travers lequel comprendre la manière dont les choses – des particules subatomiques aux nuages ​​collectifs – ils se comportent collectivement.

“Les cosmologues sont confrontés à une double question : d’abord, comment l’Univers a-t-il adopté cette structure ?”, a déclaré Pontzen dans l’une des interviews qui ont accompagné la sortie de son livre aux États-Unis. “Et comment – a ajouté le cosmologue – est-ce lié à l’histoire de notre propre système solaire, du Soleil et de la Terre ? Eh bien, les simulations informatiques s’avèrent être un excellent outil pour répondre à ce type de questions. »

« Les simulations – déclare Pontzen dans son livre – permettent un nouveau type de connaissance qui Cela laisse les calculs fastidieux aux ordinateurs et permet aux humains de se concentrer sur les liens et les relations qui émergent.».

Un peu à l’image de l’IA générative dont l’exemple le plus connu est ChatGptpromet de s’occuper des tâches basiques et répétitives et de laisser plus de temps à l’être humain pour accomplir des tâches qui impliquent beaucoup de raisonnement et créativité.

Mais pour comprendre le comportement du cosmos – une succession d’événements liés qui ont duré 13,8 milliards d’années – les calculs d’ordinateurs de plus en plus puissants ne suffisent pas. Ni les capacités extraordinaires de l’intelligence artificielle moderne.

Mettre vraiment l’Univers dans une boîte, en bref, c’est pratiquement impossible. Même dans une période historique passionnante comme celle que nous vivons, caractérisée par Big Data qui vous permettent de créer « jumeau numérique » de la Terrepar exemple, et à partir de modèles d’intelligence artificielle – comme Sora d’OpenAI – qui génèrent des vidéos dans lesquelles le monde réel – et les lois de la physique qui le caractérisent – entrent en jeu simulé par de puissants algorithmes.

“Pour construire et interpréter des simulations, nous devons avoir une connaissance méticuleuse de la physique”, explique Pontzen, sans surprise. Mais le cosmologue ne fait pas référence aux lois et aux règles apprises à l’école et qui, si elles sont appliquées, permettent de résoudre certains problèmes. “Personne n’est en fait capable de simuler chaque particule atomique et ses effets sur toutes les autres”.

“Les simulations nous permettent d’observer seulement la pointe de l’iceberg” dit Pontzen.

Dans son livre, le cosmologue raconte – de manière convaincante – les travaux et les intuitions des scientifiques qui ont contribué à créer des simulations de plus en plus efficaces. De ceux qui assistent les météorologues dans leurs prévisions météorologiques, à ceux qui jouent un rôle central – depuis les années 1980 et 1990 – dans les recherches qu’ils accumulent preuve de la matière noire et de l’énergie dans le cosmosdont l’existence, comme nous le savons, repose exclusivement sur des hypothèses scientifiques.

Ce qui rend l’ouvrage de Pontzen extrêmement intéressant, paradoxalement, c’est la composante « humaine » qui a servi – et sert encore – à aboutir à des reconstructions « surhumaines » en termes de calculs et de complexité. Les efforts et les intuitions, par exemple, des pionniers des technologies de l’information Charles Babbage et Ada Lovelace. Ou le métier de météorologue Lewis Fry Richardsonqui a réalisé les premiers calculs météorologiques importants alors qu’il combattait sur le front en France pendant la Première Guerre mondiale.

Propre Il y a Lovelaceque l’on peut considérer le premier programmeur de l’histoirea donné une brillante définition de ce qu’est une simulation : « Ceux qui ne voient pas la science mathématique simplement comme un vaste corps de vérités abstraites et immuables, considéreront avec un intérêt particulier tout ce qui peut tendre à faciliter la traduction de ses principes en formes pratiques explicites. “

Mais aussi la simulation la plus parfaite et la plus avancée “ne donnera jamais lieu à une réplique numérique littérale de l’univers dans lequel nous habitons – Pontzen l’a expliqué il y a quelque temps dans un article écrit pour le Guardian -. Une telle reconstruction est aussi impossible qu’une prédiction précise de l’avenir du système solaire. Cependant, des simulations basées sur des descriptions, même vagues, peuvent servir de guide, suggérant comment les galaxies ont pu évoluer au fil du temps, permettant d’interpréter les résultats de télescopes de plus en plus sophistiqués et indiquant comment acquérir des connaissances plus approfondies.