Dans un billet écrit en mai dernier, Peter Woit commente et critique quelques extraits du livre String Theory and the Scientific Method de Richard Dawid, dont l’objectif est d’amener les épistémologues à s’intéresser de plus près à la théorie des cordes, que Dawid trouve délaissée par rapport à d’autres théories moins pertinentes. Woit voit dans ce livre une expression optimiste et même naïve de positions peu honnêtes et maintenant dépassées.

L’impasse de la théorie des cordes

Peter Woit est bien connu pour son livre Même pas fausse ! (Not Even Wrong en anglais, d’où le titre du blog) dans lequel, après avoir introduit les idées principales de la physique théorique moderne (théorie quantique des champs, symétries de jauge, modèle standard…) et de la théorie des cordes, il entreprend d’exposer en quoi cette dernière ne peut prétendre au rang de théorie scientifique.

En effet celle-ci peut se décliner en 10⁵⁰⁰ versions (on parle du paysage des vides de la théorie des cordes, ou vacua of string theory landscape en anglais), chacune représentant une réalité envisageable ; mais reste à trouver laquelle correspond bien à notre univers… Ainsi même si nous prouvons qu’une des possibilités ne correspond pas à notre univers, on nous répondra : « Certes cette version n’est pas la bonne, mais j’en ai plein d’autres en réserve… Et puis, pourquoi ce ne serait pas à vous de prouver que la bonne théorie n’existe pas ? »

Sur ce plan la théorie des cordes ne peut donc pas répondre au rang de théorie scientifique car il est impossible de prouver qu’elle est « fausse » (critère de réfutabilité de Karl Popper) – notons d’ailleurs que ce démon hante aussi la supersymétrie et son modèle standard étendu d’une centaine de paramètres.

Toutefois je tiens à tempérer et à préciser les propos de ces derniers paragraphes : même si la théorie des cordes a échoué à fournir une théorie de gravité quantique et d’unification (en tout cas représentative de la réalité), elle n’en reste pas moins extrêmement utile et intéressante en tant qu’outil ou modèle – par exemple dans le cadre de l’holographie et de la correspondance adS/CFT – ou en tant que théorie mathématique – e.g. les développements de Witten en rapport avec le programme de Langlands.

À cause de ces divers problèmes et du manque d’applications concrètes, la théorie des cordes commence à s’essouffler depuis quelques années, l’illustration la plus flagrante étant que presque plus personne ne travaille sur la théorie des cordes elle-même, mais uniquement sur ses « applications » (trous noirs, holographie et dualités en tête).

Critique du livre

Woit remarque en premier lieu que Dawid se montre encore très optimiste quant à l’avenir et à la portée de la théorie des cordes, et qu’il ne semble pas s’être aperçu que la théorie des cordes n’est plus aussi vivace qu’il y a dix ans. On peut lire par exemple :

« La théorie des cordes a atteint un rôle pivot dans la physique fondamentale, et elle est traitée comme une théorie bien établie et de référence depuis un moment par la communauté des cordistes et par les physiciens des domaines proches. Comme nous l’avons décrit plus haut, de larges parties de la physique fondamentale sont influencées par l’analyse des cordes. La communauté des cordes est l’une des plus étendues dans toute la physique théorique et pendant des années elle a produit la majorité des papiers les plus cités dans le domaine. De plus, de nombreux cordistes ont une confiance remarquablement forte dans la viabilité de leur théorie. »

Convaincant ? Pas du tout à mon sens, et même au contraire. Ce genre de discours me fait plus penser à celui d’un démarcheur qui veut vendre à tout prix son produit plutôt qu’à un scientifique qui envisage les différentes possibilités de manière honnête et rationnelle. Mais loin de s’en tenir à cette introduction si peu provocante, il va plus loin en opposant d’un côté les théoriciens (cordes, cosmologie, hautes énergies, etc.), de l’autre les expérimentateurs et les épistémologues… Je ne sais guère comment on pourrait faire plus manichéen.

Mais Dawid va plus loin et rassure le lecteur sur le fait que l’avènement de la théorie des cordes « n’annonce pas la fin de la science », mais plutôt une transition vers un nouveau paradigme :

« Dans cette nouvelle phase, le progrès en physique fondamentale n’est plus mené par une séquence de théories limitées et complètement développées, mais plutôt par la découverte de nouveaux aspects d’un schéma théorique global dont les caractéristiques générales l’identifient comme un candidat pour une théorie finale, mais dont l’énorme complexité retire tout espoir de la comprendre prochainement. »

Cette description du futur fait froid dans le dos et j’espère que l’on n’en arrivera pas là, d’autant plus qu’il n’est pas souhaitable en l’état actuel de nos connaissances de porter toutes nos ressources dans une unique direction (bien que ce soit déjà presque le cas, ce qui explique le manque de développements en physique depuis la fin du modèle standard).

Finalement Woit rapporte plusieurs des arguments de Dawid en faveur des cordes, et je ne citerai que les deux favoris que l’on entend à chaque fois :

• pas d’autres alternatives viables : au contraire d’autres théories existent (comme la gravité quantique à boucles, ou LQG) et, bien que moins développées, n’ont pas encore été remises en cause par l’expérience ;
• une cohérence interne presque magique : les théoriciens aiment penser que ce qui est beau et « simple » mathématiquement est forcément vrai.

Conclusion

Je reconnais que la théorie des cordes est vraiment magnifique (j’écrirai sûrement un billet un jour sur le sujet), mais tant qu’il existe des alternatives je refuse de m’engager corps et âme dans une seule direction. Et je regrette toujours que de (trop) nombreux physiciens le fassent, souvent sans se poser plus de questions (car il ne faut pas oublier le pouvoir acquis par la communauté). Je termine par une discussion qui s’est tenue lors d’une séance d’exercices dans une école doctorale :

Un élève : Mais qu’est-ce que la théorie des cordes a prouvé de plus que les autres théories ?
Post-doc (le prof) : Plein de choses ! Par exemple la formule de Bekenstein pour les trous noirs (presque) extrémaux.
Moi : En LQG aussi ils ont prouvé récemment cette formule, et ce-même dans le cas non-extrémal [3].
Post-doc : Bah, tu veux que je te dise ce que j’en pense ? La LQG n’a strictement rien à voir avec la physique, on devrait même pas parler de théorie. [Blanc] Et quand bien même on arriverait à en faire quelque chose, on découvrirait alors qu’il s’agit d’une théorie des cordes.

Voilà de quelle mauvaise foi sont capables certains cordistes. Pour l’histoire, le lendemain un cordiste très réputé est venu faire une conférence dans laquelle il présentait justement le résultat de la LQG.

Finalement je conseille aussi le livre de Smolin [4] pour qui souhaiterait mieux comprendre la théorie des cordes et la communauté associée.

Bibliographie

1. String Theory and the Scientific Method, Richard Dawid, Cambridge University Press, 2013.
2. Même pas fausse ! La physique renvoyée… dans ses cordes, Peter Woit, Dunod, 2007.
3. Entropy of non-extremal black holes from loop gravity, Eugenio Bianchi, arXiv:1204.5122.
4. Rien ne va plus en physique ! L’échec de la théorie des cordes, Lee Smolin, Points, 2010.