Dormeurspourquoi une civilisation pourrait attendre un univers plus froid

L'énergie minimale nécessaire pour effacer un bit d'information est proportionnelle à la température : plus il fait froid, moins c'est cher. En 2017, Anders Sandberg, Stuart Armstrong et Milan Ćirković s'en sont servis pour proposer l'« hypothèse d'estivation ». Une civilisation qui garde son énergie pour un futur lointain très froid pourrait effectuer environ 10³⁰ fois plus de calcul, et si nous ne voyons aucun extraterrestre, c'est qu'ils dorment. Le canal « Dormeurs » du jeu transforme cette hypothèse en histoire.

Cette page présente d'abord la physique derrière l'hypothèse, puis l'argument contraire, puis résume le scénario du jeu et liste des recherches réelles apparentées. L'hypothèse est contestée. Ce n'est pas une conclusion admise.

Température et calcul

• 2,7 K : le fond diffus cosmologique est aujourd'hui d'environ 2,725 K. Dans un futur dominé par l'énergie noire, l'échelle de l'univers double à peu près tous les 12 milliards d'années, et la température du fond diffus est divisée par deux avec elle.
• Principe de Landauer : en 1961, Rolf Landauer a montré qu'effacer 1 bit doit libérer au moins kT·ln2 de chaleur, donc une température plus basse coûte moins cher. Une expérience de 2012 a piégé une petite bille de verre avec un laser et mesuré cette limite pour la première fois.
• Nébuleuse du Boomerang : l'endroit naturel connu le plus froid est la nébuleuse du Boomerang, à environ 1 K, plus froide que le fond cosmique. Le gaz expulsé par une étoile mourante s'est étendu si vite qu'il s'est refroidi lui-même.
• Plancher de température : l'univers ne se refroidira pas indéfiniment. Un univers en accélération a un horizon, et l'horizon lui-même a une température d'environ 10⁻³⁰ K, comme l'ont calculé Gibbons et Hawking en 1977.

Pourquoi « dormir »

« Estivation » désigne à l'origine la dormance estivale. Le dipneuste africain s'enfouit dans la boue en saison sèche, s'enveloppe de mucus et réduit son métabolisme au minimum. Il peut dormir ainsi plusieurs années jusqu'au retour des pluies. L'hypothèse emprunte le mot.

Pour attendre un univers plus froid, il faut d'abord conserver ses ressources. Quand une étoile fusionne l'hydrogène en hélium, seulement 0,7 % environ de la masse devient de l'énergie, et la plus grande part se disperse dans l'espace sous forme de lumière stellaire. C'est le motif de la mise en réserve. Un trou noir d'une masse solaire n'a qu'une température de Hawking d'environ 6×10⁻⁸ K, bien plus froide que le fond cosmique actuel. Tant que le fond diffus ne passe pas en dessous, il ne s'évaporera pas. Il absorbe lentement le rayonnement de fond, donc il pourrait servir d'entrepôt.

Dormir ne veut pas dire que le calcul s'arrête complètement. Tant qu'aucune information n'est effacée, le calcul peut en principe n'utiliser presque aucune énergie. C'est ce qu'on appelle le calcul réversible, et Charles Bennett l'a démontré en 1973.

La réfutation : inutile d'attendre

En 2019, Charles Bennett, Robin Hanson et Cameron Riedel ont répliqué. L'univers est plein de « réservoirs froids » loin de l'équilibre dans lesquels on peut déverser l'entropie dès maintenant, sans attendre que l'univers se refroidisse. Attendre ne rapporte qu'une fois que la civilisation a épuisé toute la matière.

L'idée dans le jeu

Ce qui suit relève de la fiction du jeu. Le canal se trouve en posant la question « où sont-ils ? » dans le canal du Nuage noir, ou en débloquant « Ère dégénérée » dans l'Arbre de l’Au-delà. Dans le scénario, l'Observateur trouve au bord du Groupe local une structure inhabituellement froide et inhabituellement ordonnée. Une énorme quantité de matière a été rassemblée. Elle brille à peine et ne dégage aucune chaleur. Elle dort.

La mécanique est d'attendre que l'univers refroidisse. Ce canal suit une horloge cosmique : toutes les 2 heures de temps réel, la température du fond diffus est divisée par deux (dans l'univers réel, environ 12 milliards d'années). Pendant leur sommeil, ils ne font que stocker de l'énergie. Quand vous les réveillez, l'énergie stockée est convertie en « bits » à la température du moment, et ils continuent de penser à cette température tant qu'ils sont éveillés. Plus vous les réveillez tard, plus vous en obtenez. Pour profiter d'un univers plus froid, vous les laissez dormir. Le scénario comporte aussi une veille de nuit : quelques veilleurs restent éveillés et surveillent l'univers pour les autres. Le canal a deux fins : ils se réveillent au moment le plus froid, ou certains Dormeurs se réveillent tôt et pensent ensemble avec la civilisation principale. Tout cela est de la fiction.

Deux romans apparentés

• La Dernière Question (Isaac Asimov, 1956) : le second principe de la thermodynamique n'a aucune exception connue, et la mort thermique de l'univers est l'une des prédictions courantes. Dans le récit, des générations demandent à un ordinateur toujours plus puissant si l'augmentation de l'entropie peut être inversée. Chaque fois il répond « données insuffisantes pour une réponse significative », jusqu'au dernier instant de l'univers.
• Le Nuage noir (Fred Hoyle, 1957) : Hoyle était un véritable astrophysicien. Les nuages interstellaires contiennent bel et bien des molécules organiques complexes, et plusieurs ont été trouvées dans Sagittarius B2.

Recherches réelles apparentées

Les études ci-dessous portent sur l'expansion cosmique, la température du fond diffus, l'évaporation des trous noirs et le futur lointain. Ce sont des sciences réelles apparentées, pas des preuves que des civilisations dorment.

• Des supernovae lointaines ont révélé que l'expansion de l'univers s'accélère, et l'énergie noire est entrée en physique. Ce travail a reçu le prix Nobel 2011 (Riess et al., The Astronomical Journal, 1998).
• Une seconde équipe est parvenue indépendamment à la même conclusion (Perlmutter et al., The Astrophysical Journal, 1999).
• Un bruit impossible à éliminer d'une antenne s'est révélé être la rémanence du Big Bang, ce qui a valu le prix Nobel 1978 (Penzias et Wilson, The Astrophysical Journal, 1965).
• Les effets quantiques font rayonner lentement de l'énergie aux trous noirs, donc les trous noirs finiront par s'évaporer (Hawking, Nature, 1974).
• Un calcul du destin de l'univers sur des milliers de milliards d'années et au-delà : les étoiles s'éteignent, les protons peuvent se désintégrer, les trous noirs finissent par s'évaporer (Adams et Laughlin, Reviews of Modern Physics, 1997).
• La matière ordinaire représente environ 5 % de l'énergie totale de l'univers, la matière noire environ 27 %, et le reste est de l'énergie noire (Collaboration Planck, Astronomy & Astrophysics, 2020).