La théorie de la simulation pourrait-elle expliquer pourquoi « l’espace est difficile »

Aller dans l’espace est difficile, ce qui pourrait être une indication que nous vivons dans une simulation !

Et si rien de tout cela n’était réel ? Et si tout ce que nous voyons, entendons, touchons, goûtons, sentons et percevons faisait partie d’une gigantesque simulation conçue pour nous contenir ? Et si les êtres qui ont construit cette simulation faisaient partie d’une espèce extraterrestre très avancée qui a créé cette simulation pour pouvoir nous étudier et nous garder sous contrôle ?

Telle est l’essence de “l’hypothèse du zoo”, qui est une proposition de résolution du paradoxe de Fermi. Elle est aussi parfois appelée “hypothèse du planétarium”, afin de préciser que l’intention de la grande simulation n’est pas de protéger mais de contrôler. De plus, les gardiens de zoo dans ce scénario ont conçu la simulation de manière à ce que l’humanité ne se doute pas qu’elle vit dans une cage.

Bien que cela puisse ressembler à de la science-fiction (c’est en fait le cas), cette idée a été étudiée dans le cadre du débat plus large sur l’hypothèse de la simulation. À ce jour, de multiples études théoriques ont été menées pour déterminer si les lois de la physique pouvaient être utilisées pour prouver que nous sommes dans une fausse réalité. Mais si nous vivons dans une simulation, alors la physique elle-même en fait partie, n’est-ce pas ?

Si les lois de la physique telles que nous les connaissons sont les mêmes dans la simulation que dans l’Univers réel, nous devrions pouvoir les utiliser à notre avantage. Mais si elles ont été conçues de manière à renforcer la simulation, elles ne nous apprendront probablement rien. Plus précisément, elles seraient probablement conçues spécifiquement pour nous maintenir dans notre cage.

Mais d’abord, rappelons les détails.

Fermi et le planétarium géant

Le paradoxe de Fermi est nommé en l’honneur du physicien italo-américain Enrico Fermi, un pionnier du développement de l’énergie nucléaire qui a participé au projet Manhattan. L’histoire raconte que c’est au cours d’une “conversation à l’heure du déjeuner” avec des collègues du laboratoire national de Los Alamos en 1950 que Fermi a posé une question qui allait lancer un débat de plusieurs décennies.

Alors qu’il discutait des ovnis et de l’existence possible d’une intelligence extraterrestre, Fermi a spontanément demandé : “Où est tout le monde ?” Ses collègues étaient amusés car ils savaient exactement ce qu’il voulait dire par ces trois simples mots. Si la vie est omniprésente (très courante) dans l’Univers, pourquoi n’en avons-nous vu aucune indication ?

Cependant, ce n’est que dans les années 1980 que le terme “paradoxe de Fermi” est apparu, en partie grâce aux travaux de Michael Hart et Frank Tipler. Ensemble, ils ont donné naissance à la conjecture Hart-Tipler, selon laquelle si la vie intelligente était omniprésente dans l’Univers, l’humanité en aurait déjà vu des traces. Par conséquent, selon eux, l’humanité était seule.

Naturellement, cela a inspiré de nombreux contre-arguments, comme le document de réfutation de Carl Sagan et William I. Newman (surnommé “la réponse de Sagan”). Ils ont notamment contesté le parti pris anthropocentrique, les hypothèses simples et les mathématiques de Hart et Tipler. De plus, Sagan et Newman ont souligné que l’humanité n’avait pas encore trouvé de preuve d’intelligence et que la recherche ne faisait que commencer.

Et pourtant, la question a perduré. Au-delà de la conjecture de Hart-Tipler, de nombreuses résolutions passionnantes et créatives ont été proposées, et c’est là que l’hypothèse du planétarium entre en jeu.

Vivons-nous dans une simulation ?

Cette théorie a été proposée pour la première fois en 2001 par le scientifique britannique et auteur de science-fiction Stephen Baxter. Il a décrit sa théorie dans un article intitulé “The Planetarium Hypothesis: A Resolution to the Fermi Paradox“ :

“Une résolution possible du paradoxe de Fermi est que nous vivons dans un univers artificiel, peut-être une forme de ‘planétarium’ à réalité virtuelle, conçu pour nous donner l’illusion que l’Univers est vide. Des considérations de physique quantique et de thermo-dynamique permettent d’estimer l’énergie nécessaire pour générer de telles simulations de taille et de qualité variables.”

“La simulation parfaite d’un monde contenant notre civilisation actuelle est à la portée d’une culture extraterrestre de type K3. Cependant, le confinement d’une culture humaine cohérente s’étendant sur ~100 années-lumière dans une simulation parfaite dépasserait les capacités de tout générateur de réalité virtuelle concevable.”

La culture de type K3 fait référence à l’échelle de Kardashev, plus précisément à une civilisation qui a atteint le statut de type 3. Selon le schéma de classification de Kardashev, une telle civilisation aurait progressé au point d’être capable d’exploiter l’énergie de toute sa galaxie et de concevoir des structures à une échelle équivalente.

Pour ce type de civilisation, il serait relativement facile de construire une simulation massive comme celle que décrit Maxwell. Il est vrai qu’une telle situation n’est pas exactement testable ou falsifiable, c’est pourquoi elle n’est pas traitée comme une théorie scientifique. Mais considérons la possibilité que les lois mêmes de la physique soient une indication que nous pourrions être à l’intérieur d’une simulation.

Une fois encore, il ne s’agit pas d’une hypothèse scientifique, mais plutôt d’une piste de réflexion (et d’une source de science-fiction !). En particulier, il y a quatre façons dont les lois de la physique rendent si difficile l’expansion au-delà de la Terre et la création d’une espèce spatiale. Il s’agit de :

• Le puits de gravité de la Terre
• L’environnement spatial extrême
• Les échelles logarithmiques de distance
• la relativité et la vitesse de la lumière (c).

À première vue, l’hypothèse du planétarium répond à la question “pourquoi ne voyons-nous pas d’extraterrestres dans l’espace ?”. Après tout, comment pourrions-nous remarquer l’activité d’espèces intelligentes – surtout celles qui ont une longueur d’avance sur nous – si elles ont construit un planétarium massif autour de nous et contrôlent effectivement tout ce que nous voyons ?

Ne voudraient-elles pas nous présenter un “grand silence” pour ne pas nous encourager à sortir et à explorer ? Au moins, ils se donneraient beaucoup de mal pour nous cacher leur existence. Plus précisément, ne voudraient-ils pas s’assurer que la simulation a des contrôles en place pour garder notre taux de croissance lent et contrôlé ?

Nous garder à terre

La gravité est une chose merveilleuse. Elle nous empêche de nous envoler dans l’espace et fait en sorte que nos os, nos muscles et nos organes restent forts et en bonne santé. Mais dans le contexte de l’exploration spatiale, la gravité peut être carrément oppressante ! Sur Terre, la force de gravité est équivalente à 9,8 m/s², soit 1 g.

Pour s’affranchir de la gravité terrestre, un objet doit atteindre une “vitesse de fuite” de 11,186 km/s, soit 40 270 km/h. Pour atteindre cette vitesse, il faut une énorme quantité d’énergie, ce qui signifie une énorme quantité de propergol, et donc un grand vaisseau spatial avec d’énormes réservoirs de propergol.

D’un côté, cela crée une sorte de cercle vicieux, où les grands vaisseaux spatiaux entièrement alimentés en carburant sont principalement constitués de masse de propergol et où tout ce poids nécessite plus d’énergie (et plus de propergol) pour échapper à la gravité de la Terre. En bref, les vols spatiaux ne sont pas bon marché, surtout lorsqu’il s’agit de mettre en orbite des charges utiles lourdes.

Entre 1970 et 2000, le coût moyen du lancement d’une seule livre (0,45 kg) dans l’espace est resté stable à 40 700 dollars par livre (18 500 dollars par kg). Même avec l’avantage des fusées réutilisables de l’ère moderne, il en coûte toujours entre 3100 et 5984 dollars par livre (1410 et 2720 dollars par kg) pour lancer des charges utiles et des équipages dans l’espace.

Cela impose des limites à la fois sur le nombre de lancements spatiaux que nous pouvons effectuer et sur les types de charges utiles que nous pouvons envoyer dans l’espace. Il est vrai que ce problème pourrait être résolu en construisant un ascenseur spatial, ce qui réduirait les coûts à seulement 113 dollars par livre (250 dollars par kg). Cependant, le coût de construction de cette structure serait immense et présente toutes sortes de défis techniques.

Cela signifie également que les charges utiles que nous envoyons dans l’espace ne représentent qu’une fraction de la “masse humide” globale de la fusée. Pour mettre cela en perspective, le module lunaire d’Apollo 11 avait une masse totale de 15 103 kg (33 296 lb), y compris les étages d’ascension et de descente et les ergols. L’étage de descente avait besoin de 8 248 kg d’ergols pour se poser, mais sa masse sèche n’était que de 2 034 kg.

Au total, le programme Apollo (1960-1973) a coûté environ 280 milliards de dollars, après ajustement en fonction de l’inflation. Pourtant, les six missions qui se sont posées sur la Lune n’ont transporté qu’environ 0,3 % de leur masse avant le lancement. En faisant le calcul, cela signifie qu’il a fallu débourser plus de 62 millions de dollars pour transporter une livre (ou 138 dollars par kg) sur la surface lunaire pour y rester.

Avec plusieurs agences spatiales qui prévoient de construire des avant-postes sur la Lune, les projets d’Elon Musk de coloniser Mars et les nombreuses propositions d’envoyer des missions avec équipage vers les deux, le coût va être astronomique (sans jeu de mots !) en utilisant des fusées. Dans ces conditions, on comprend pourquoi certaines personnes sont si passionnées par la construction d’un ascenseur spatial !

D’un point de vue strictement hypothétique, ce genre de restrictions serait parfaitement logique si nous étions dans une simulation. Si l’humanité devait s’étendre trop rapidement dans l’espace, nous ne tarderions pas à atteindre les limites du planétarium. Quel meilleur moyen d’empêcher cela que de rendre très coûteux le simple fait de quitter la Terre ?

Les extrêmes de l’espace

Ici, sur Terre, nous avons la vie facile ! Nous sommes protégés des rayons cosmiques et du rayonnement solaire par notre atmosphère épaisse et cotonneuse. La Terre possède également un champ magnétique planétaire, ce qu’aucune autre planète rocheuse du système solaire ne possède. Cela offre non seulement une protection encore plus grande contre les rayons solaires et cosmiques, mais empêche également notre atmosphère d’être emportée par le vent solaire (comme ce fut le cas pour Mars).

De plus, la Terre tourne autour du Soleil dans la “zone Boucles d’Or”, ou “zone habitable circumsolaire” si vous voulez être plus fantaisiste ! Cela permet à l’eau d’exister à l’état liquide à la surface de notre planète et d’éviter l’effet de serre, qui a fait de Vénus l’enfer qu’elle est aujourd’hui.

En bref, la Terre est une planète qui semble parfaitement adaptée à l’émergence et à la pérennité de la vie. Pour s’en convaincre, il suffit de jeter un coup d’œil à ses voisines immédiates, Mars et Vénus, qui représentent les extrémités du spectre. L’une est trop froide et son atmosphère est trop mince (Mars), tandis que l’autre est trop chaude et son atmosphère est trop dense (Vénus) !

Mais ici sur Terre, les conditions sont “parfaites” ! Mais si vous sortez de notre confortable planète, les menaces et les dangers abondent ! Non seulement toutes les autres planètes et lunes de notre système solaire sont hostiles à la vie telle que nous la connaissons, mais l’espace qui les sépare semble également vouloir nous tuer ! Il suffit de regarder toutes les menaces mortelles qui existent :

1. Le vide : dans l’espace, il n’y a pas d’air (ou très peu). Si nous espérons voyager dans l’espace, nous, les humains, devons emporter notre atmosphère respirable avec nous, ainsi que beaucoup de nourriture, d’eau et de médicaments. Si nous envisageons d’effectuer des missions de longue durée dans l’espace lointain ou d’y vivre, nous devons emmener toute notre biosphère avec nous ! Il s’agit de toutes les formes de vie présentes sur Terre qui nous fournissent des sources auto-régénérées d’air, de nourriture, d’eau, d’énergie et de températures stables.
2. Températures extrêmes : Dans l’environnement sans air de l’espace, les températures vont d’un extrême à l’autre. Par exemple, la température de fond cosmique est extrêmement froide – 2,73 K (-455°F ; -270°C), soit un peu moins que le “zéro absolu”. Mais dans les environnements à fort rayonnement, les températures peuvent atteindre des milliers, voire des millions de degrés. C’est pourquoi les habitats spatiaux et les vaisseaux spatiaux doivent être fortement isolés et dotés de contrôles environnementaux de pointe.
3. Les radiations : Même si les vaisseaux spatiaux et les habitats peuvent contenir une atmosphère respirable et nous protéger des températures extrêmes, il reste le problème des radiations qui peuvent pénétrer à l’intérieur. Sur Terre, les gens sont exposés en moyenne à 2,4 millisieverts (mSv) de rayonnements ionisants par jour, alors que l’exposition dans l’espace à des sources solaires et cosmiques peut aller de 50 à 2 000 mSv (20 à 830 fois plus !) Et lorsque les rayons solaires ou cosmiques frappent un blindage contre les rayonnements, ils créent des “pluies” de particules secondaires, qui peuvent être tout aussi mortelles que les rayons solaires et cosmiques.

Si nous devions comparer notre planète à un planétarium, l’espace serait la clôture ou les parois de verre qui l’entourent. Il n’y a pas de panneaux d’avertissement explicites, mais nous avons appris par expérience que s’aventurer hors des murs est extrêmement dangereux. Ceux qui osent encore le faire doivent être très audacieux et très créatifs pour survivre pendant de longues périodes.

En matière de contrôle, c’est simple mais efficace !

Un saut après l’autre

Dans l’espace, la distance d’une frontière à l’autre est toujours plus grande ! Actuellement, de nombreux projets prévoient d’envoyer des missions avec équipage sur Mars, qui est souvent décrite comme le “prochain grand saut” après la Lune. Qu’est-ce qui vient après ? Le système solaire externe ? Les étoiles les plus proches ? La galaxie la plus proche ?

Entre chacun de ces “sauts”, il y a d’énormes distances qui augmentent à une vitesse exponentielle. Pour illustrer cela, considérez les grands sauts que nous avons faits jusqu’à présent et comparez-les à ceux que nous espérons faire à l’avenir. Tout d’abord, il y a la frontière officielle de l’espace (alias la ligne de Kármán), qui correspond à une altitude de 100 km au-dessus du niveau de la mer.

L’humanité a dépassé cette limite au début des années 1960 avec le programme soviétique Vostok et le programme américain Mercury. Ensuite, vous avez l’orbite terrestre basse (LEO), qui atteint une altitude maximale de 1000 km et où les vaisseaux spatiaux et les satellites doivent se trouver pour avoir une orbite stable. Les astronautes ont atteint cette altitude pour la première fois dans le cadre du programme Gemini de la NASA, au milieu des années 1960.

Il y a ensuite la Lune, que nous avons atteinte pendant le programme Apollo à la fin des années 60 et au début des années 70. La Lune tourne autour de la Terre à une distance de 384 399 km, et nous n’avons pas envoyé d’astronautes là-bas depuis presque 50 ans. Et la distance de Mars par rapport à la Terre varie dans le temps entre 62,1 millions km et 401 millions km.

En termes cosmologiques, ces distances sont l’équivalent d’une marche depuis notre maison jusqu’à la maison du voisin en passant par le jardin. Comment ces distances se comparent-elles ?

• Suborbital : 100 km
• LEO : 1000 km – 20 fois plus loin.
• Lune : 384 399 km – 192 fois plus loin que la Lune
• Mars : 225 millions de km en moyenne, soit 585 fois plus loin.

Imaginons maintenant que vous vouliez vous rendre au bloc suivant. Cela signifierait atteindre les confins du système solaire, c’est-à-dire établir des avant-postes jusqu’à Triton (la plus grande lune de Neptune), Pluton et Charon, et d’autres petits objets de la ceinture de Kuiper. À partir de là, les prochains sauts seront interstellaires et intergalactiques :

• Bord du système solaire : environ 4,3 à 4,55 milliards de km – ~2 000 fois.
• Étoile la plus proche (Proxima Centauri) : 4,246 années-lumière – ~9 000 fois
• Galaxie la plus proche (Andromède) : 2,5 millions d’années-lumière – ~588 720 fois !

Vous voyez le tableau ? Faire le “prochain grand saut” signifie apparemment que vous devez travailler votre saut en longueur, car vous devrez sauter beaucoup, beaucoup plus loin. Et même si nous parvenions demain à atteindre la galaxie d’Andromède et à cartographier tous ses systèmes stellaires, nous aurions encore exploré moins de 0,000027 % de notre Univers.

Cela nous amène enfin à ce qui est sans doute la restriction la plus imposante de toutes.

La relativité !

En 1905, Albert Einstein a proposé sa théorie de la relativité restreinte (RS), qui tentait de concilier les lois du mouvement de Newton avec les équations de l’électromagnétisme de Maxwell. Ce faisant, Einstein a résolu une importante pierre d’achoppement à laquelle les physiciens étaient confrontés depuis le milieu du 19e siècle. En bref, la RS se résume à deux postulats :

• Les lois de la physique sont les mêmes dans tous les référentiels inertiels (non accélérés).
• La vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les référentiels, quel que soit le mouvement de la source lumineuse ou de l’observateur.

Les lois du mouvement de Newton décrivent avec précision les objets au repos ou se déplaçant à vitesse constante. C’était important, car les théories de Newton et de Galilée étaient fondées sur l’idée qu’il existait un “espace absolu”. Dans ce cadre, le temps et l’espace étaient des réalités objectives qui étaient également indépendantes l’une de l’autre.

Mais en cas d’accélération, Einstein a montré que le temps était relatif à l’observateur et que le temps et l’espace n’étaient pas du tout distincts. Par exemple, dans un cadre de référence en accélération (où l’on s’approche de la vitesse de la lumière), l’expérience du temps ralentit pour l’observateur (un effet connu sous le nom de “dilatation du temps”).

En outre, la théorie d’Einstein indique que la masse et l’énergie sont des expressions similaires de la même chose (“équivalence masse-énergie”), comme le représente la célèbre équation E=mc². Cela signifie qu’à mesure qu’un objet s’approche de la vitesse de la lumière, sa masse d’inertie augmente et il faut davantage d’énergie pour l’accélérer davantage.

Cela signifie également que la vitesse de la lumière (c) est inatteignable, car elle nécessiterait une quantité infinie d’énergie et l’objet atteindrait une masse infinie. Même atteindre un voyage relativiste (une fraction de la vitesse de la lumière) est incroyablement difficile, étant donné l’énergie requise. Bien que des propositions aient été faites, elles sont soit d’un coût prohibitif, soit nécessitent des percées scientifiques préalables.

De plus, la vitesse de la lumière impose des retards dans les communications. Même dans un empire interstellaire modeste (disons 100 années-lumière dans toutes les directions), il faudrait encore deux cents ans à la Terre pour envoyer un message à l’un de ses systèmes les plus éloignés et recevoir une réponse. Même si nous pouvions voyager à 99 % de la vitesse de la lumière, il faudrait encore plus d’un siècle aux vaisseaux spatiaux pour répondre aux problèmes sur le pourtour.

Pour les équipages voyageant d’un bout à l’autre de l’empire, le temps de voyage ne semblerait être que de quelques années. Mais pendant ce temps, des générations entières naîtront, mourront, et des civilisations planétaires entières pourraient même s’effondrer. Le maintien d’un “Empire galactique” relève donc du domaine de la fantaisie, à moins d’une percée qui montrerait comment la FTL pourrait être possible.

Encore une fois, il s’agit d’un excellent moyen de limiter la croissance d’une civilisation, surtout si la simulation semble mesurer 93 milliards d’années-lumière d’un bout à l’autre mais n’a en réalité qu’un diamètre de quelques années-lumière. Même si les limites de notre Univers simulé se situaient juste au-delà de notre système solaire, il nous faudrait beaucoup de temps pour envoyer des gens là-bas pour vérifier !

* * *

Bien sûr, il reste la question fastidieuse de savoir comment nous pourrions prouver cette théorie. Dans l’essai où il a proposé l’hypothèse du planétarium, Maxwell a déclaré sans ambages qu’elle ne pourrait jamais être prouvée dans un sens ou dans l’autre. Certains chercheurs ont certes proposé divers moyens de tester cette hypothèse et la “théorie de la simulation” en général, mais leur optimisme présente des failles évidentes.

Tout d’abord, il y a l’hypothèse selon laquelle les lois de la physique sont les mêmes à l’intérieur de la simulation que dans l’Univers extérieur. Pour mettre cela en perspective, imaginez cette simulation hypothétique comme un gigantesque jeu vidéo. Si les concepteurs voulaient que les joueurs restent confinés dans le jeu et ne montent pas trop vite en niveau, ne voudraient-ils pas régler la difficulté sur un niveau élevé ?

Deuxièmement, si les lois de la physique telles que nous les connaissons font partie de la simulation, comment pouvons-nous les utiliser pour prouver l’existence de la simulation ? Ne seraient-elles pas conçues pour nous montrer ce que nos superviseurs veulent que nous voyions ? Comment pouvez-vous prouver que vous êtes dans la boîte quand tout est programmé pour que vous ne sachiez pas que vous êtes dans une boîte ?

Lors du débat commémoratif Isaac Asimov de 2016, la physicienne Lisa Randall a résumé son point de vue sur l’hypothèse de la simulation et sur la possibilité de la prouver un jour. Comme elle l’a dit :

“Nous ne connaissons pas la réponse, et nous continuons simplement à faire de la science jusqu’à ce qu’elle échoue…. Dans la mesure où cela nous incite à poser des questions intéressantes […], cela vaut certainement la peine de le faire, pour voir quelle est l’étendue des lois de la physique telles que nous les comprenons. Nous essayons de le découvrir dans la mesure de nos possibilités.”

En attendant, cela donne lieu à des spéculations amusantes. Et comme Stephen Baxter l’a certainement démontré, cela donne de la bonne science-fiction !

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche