Le domaine « exclu » des théories de la physique moderne comprend les phénomènes pour lesquels toutes les explications les concernant ont jusqu’à présent échoué. Par exemple, dans le modèle standard de la physique, l’électron est considéré comme une « particule élémentaire », c’est-à-dire qu’il n’a aucune structure interne connueⁱ. Les théories physiques ne donnent non plus aucune explication quant à l' »occurrence« ⁱⁱ des autres particules élémentaires, des photons et autres quanta. Si, à cet égard, les théories modernes ont achoppé, elles semblent expliquer de manière assez adéquate d’autres phénomènes physiques, notamment grâce à certains outils mathématiques qui semblent correspondre à leur nature profonde. La théorie de la relativité, par exemple, qui utilise ces outils (espace-temps de Minkowsky, groupe de Lorentz, algèbres de Lie), en déduit un système de lois naturelles assez complet en soi, bien qu’à un certain point, des difficultés surgissent lorsqu’elle entre en contact étroit avec le problème de la nature de l’électron. Malgré les succès réels ou relatifs (sans jeu de mots) de la théorie de la relativité ou de la physique quantique, dans leurs domaines respectifs, elles n’ont toujours pas été unifiées dans une « théorie du Toutⁱⁱⁱ« . Elles n’ont non plus aucune explication possible quant à ce qui pouvait bien exister ou ne pas exister avant le Big Bang.

Il semblerait que l’on atteigne là quelques-unes des limites intrinsèques et absolues de la physique. D’un côté, ces limites devraient inciter l’esprit humain à une certaine humilité. D’un autre côté, par leur existence même, elles ouvrent potentiellement un champ immense à de nouvelles recherches et même à d’autres types de spéculations, d’une nature moins « physique » (puisque la physique reconnaît ici ses limites propres) que « philosophique » ou même, littéralement, « métaphysique », relatives à toutes les questions fondamentales liées à tous ces angles morts de la science contemporaine. Le monde de la nature que la science cherche à expliquer et à comprendre dans sa réalité « physique », offre donc deux visages complètements opposés, tel le Dieu Janus. D’un côté, ce monde se laisse explorer au moyen de certains types d’expériences, et se laisse théoriser à l’aide d’outils conceptuels, mais de l’autre il présente dans nombre d’occurrences, une très opaque et très épaisse barrière à toute expérimentation, à toute élucidation et à toute compréhension, du moins pour le moment. J’écris « pour le moment », pour aller dans le sens de ceux qui se veulent résolument optimistes ou positivistes, et qui estiment qu’il n’est rien que l’esprit humain ne soit capable, un jour, de découvrir ou d’inventer. Mais cette formule n’engage à rien. On pourrait penser, de façon plus pessimiste, ou réaliste, selon les points de vue, que certaines des limites des théories de la physique moderne sont si fondamentales qu’elles resteront à tout jamais indépassables. Si cela se révélait être le cas, ce dont l’on ne peut être assuré, on devrait alors considérer la question sous un angle quasi-métaphysique. Qu’est-ce qu’impliquerait pour la raison humaine le fait qu’elle soit amenée à reconnaître à la fois sa capacité d’invention et de découverte dans certains domaines de la réalité, et son impuissance totale dans certains autres? On peut certes continuer de dire et de penser que la science, un jour, pourra nous éclairer sur la nature intime et l’essence même d’un électron ou d’un photon. Mais le fait même de reconnaître que la science trouve là une limite absolue n’est pas absolument négatif, et ouvre la voie vers une autre nature de mystère. Autrement dit, si certains échecs de la science ne sont pas seulement relatifs, mais réellement absolus, n’obligent-ils pas à reconsidérer absolument tout l’édifice de la science, ses méthodes, ses outils et ses finalités mêmes? Pour aller plus loin encore dans cette mise en question, si ces échecs se révèlent si absolus, cela n’est-il pas dû au fait que la structure même du cerveau humain est décidément sous-dimensionnée (par exemple d’un facteur 10⁵⁰⁰ ou 10^999999999) ou même totalement inadaptée, et incapable de s’attaquer à des questions qui seraient d’un niveau incommensurable relativement à sa structure même? Si le cerveau humain se révélait être ainsi définitivement impuissant face à la réalité qui nous environne pourtant de toute part, ou à d’autres réalités par rapport auxquelles cette réalité-ci pourrait se trouver intriquée, ne serait-ce pas là une découverte extraordinaire, bien plus éclairante par l’obscurité qu’elle révélerait alors, que toutes les « lumières » dont la raison humaine se contente trop aisément? Pour ne pas céder trop vite à ce type de pessimisme lié à la physiologie et à la neurochimie du cerveau, d’autres hypothèses mériteraient encore d’être considérées. Serait-il possible, par exemple, que la nature même des échecs actuels ou à venir de la science, et les perspectives des questions nouvelles ainsi suscitées, n’ont en fait rien à voir avec la structure du cerveau humain, mais tout à voir avec l’essence même de l’univers? Selon les théorèmes d’incomplétude de Gödel, on sait qu’une théorie cohérente ne peut pas démontrer sa propre cohérence. On pourrait en déduire qu’aucune théorie cohérente de la réalité physique, si un jour elle devait voir le jour, ne pourrait alors démontrer sa propre cohérence, quel que soit le degré de réfutabilité atteint. Autrement dit, même si cette cohérence était en fait « absolue », il faudrait pour en être « absolument » certain, faire appel à quelque argument extérieur à cette théorie, argument que l’on devrait alors qualifier de « méta-physique ».

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iOn connaît la masse et la charge de l’électron, mais aucun sous-constituant n’a été observé. En revanche dans la théorie quantique des champs, l’électron n’est pas une « petite bille », mais une excitation du champ électronique de Dirac, lequel remplit tout l’espace. Autrement dit, l’électron est un quantum localisé d’un champ fondamental associé à cet électron, tout comme le photon est un quantum du champ électromagnétique. Dans cette acception, quantique, l’électron possède un spin et un moment magnétique. Certaines théories spéculatives ont imaginé des sous-constituants (préons) ou des cordes vibrantes, mais aucune expérience actuelle n’a confirmé ces idées.

iiA.S. Eddington. The Mathematical Theory of Relativity. Cambridge, 1923. §103. Conclusion. « We offer no explanation of the occurrence of electrons or of quanta; but in other respects the theory appears to cover fairly adequately the phenomena of physics. The excluded domain forms a large part of modern physics, but it is one in which all explanation has apparently been baffled hitherto. »

iiiLes théories du Tout (Theories of Everything, ToE) visent à unifier toutes les interactions fondamentales de la nature dans une description cohérente unique, incluant la gravitation quantique, et dont découleraient toutes les lois connues. Les principales approches sont la théorie des cordes, la gravitation quantique à boucles, la théorie des champs unifiés, les approches « émergentes ».