Les physiciens ont démontré que la fonction d'onde décrivant l'état quantique de l'ensemble de l'univers ne peut être déterminée par aucune expérience, même à partir d'un ensemble limité de possibilités. Les chercheurs Eddy Keming Chen et Roderich Tumulka soutiennent que cela révèle une limite fondamentale en physique quantique. Leur travail remet en question les hypothèses sur la connaissance empirique en cosmologie.
En physique quantique, des objets comme les électrons sont décrits par des fonctions d'onde qui codent leurs états, permettant de prédire les résultats expérimentaux. Étendre cela à l'univers, comme suggéré par des figures comme Stephen Hawking, implique que l'univers lui-même possède une fonction d'onde. Cependant, Eddy Keming Chen, de l'University of California, San Diego, et Roderich Tumulka, de l'University of Tübingen en Allemagne, ont montré que cette fonction d'onde universelle reste inaccessible. Leur preuve repose sur la mécanique statistique quantique et l'immense complexité de la fonction d'onde, qui implique un grand nombre de paramètres ou des états de haute dimension. Partant d'un ensemble de fonctions d'onde plausibles pour l'univers, les chercheurs ont calculé qu'aucune mesure autorisée par la quantique ne fournit assez d'informations pour identifier la bonne. «La fonction d'onde de l'univers est comme un secret cosmique que la physique elle-même conspire à garder», explique Chen. «Nous pouvons en savoir énormément sur le comportement de l'univers, mais rester fondamentalement incertains de l'état quantique dans lequel il se trouve». Tumulka ajoute : «Toute mesure autorisée selon les règles de la mécanique quantique nous donnera des informations très limitées sur la fonction d'onde de l'univers. Il est impossible de déterminer la fonction d'onde de l'univers avec une précision utile». Cette découverte s'appuie sur des modèles théoriques antérieurs mais met l'accent sur le rôle des observations, négligé par les travaux précédents. JB Manchak, de l'University of California, Irvine, note des parallèles avec les limitations de la relativité générale et observe que la théorie quantique n'a pas été conçue pour les échelles cosmiques. Sheldon Goldstein, de Rutgers University, voit la fonction d'onde comme un outil théorique ; plusieurs candidats peuvent donner des résultats similaires dans les calculs, atténuant le problème. Philosophiquement, le résultat met en garde contre le positivisme strict, où les énoncés non testables sont rejetés. «Certaines choses existent réellement là dehors dans la réalité, mais nous ne pouvons pas les mesurer», dit Tumulka. Emily Adlam, de Chapman University, y voit un soutien pour les interprétations quantiques axées sur les perspectives de l'observateur plutôt qu'une réalité objective unique. L'étude paraît dans le British Journal for the Philosophy of Science (DOI : 10.1086/740609). Chen et Tumulka prévoient d'appliquer leurs idées à des systèmes à grande échelle plus petits en utilisant des techniques comme la tomographie d'ombre.