Du quantique dans l’espace

Juillet était chaud, et la soirée était claire. M. Demir avait invité le club d’astronomie à une « Soirée portes ouvertes pour les familles », et les Brettschneider vinrent au grand complet. Uwe portait un bonnet de Schalke, parce que Sabine avait dit qu’il ferait frais la nuit. Sabine portait un gilet, parce qu’elle avait raison. Tobi tenait Susi par la main, ce qu’il jugeait parfaitement discret.

Mamie Gisela portait un pliant, un thermos et une couverture. Herbert ne portait rien, parce qu’il estimait porter déjà bien assez, à savoir la responsabilité de mettre les autres en garde contre les bêtises.

« Un télescope », dit-il en descendant de voiture. « On regarde dedans, et on voit un point. Le point, je le vois aussi sans. »

« Sans tes lunettes, tu ne vois même pas tes lunettes, Herbert », dit Gisela.

« Ça n’a rien à voir. »

KevIn était de nouveau de la partie dans le téléphone, cette fois dans la poche de poitrine de Tobi, pour pouvoir, comme il disait, « au moins regarder vers le haut de manière acoustique ». M. Demir l’avait expressément autorisé à venir. « Qui sait expliquer Arecibo a le droit d’entrer dans mon observatoire », avait-il dit. KevIn l’avait enregistré dans sa fonction mémoire, sous « Compliments, vrais ».

La coupole était ouverte. À l’intérieur, le grand télescope pointait en biais vers le ciel, laqué de blanc, avec des câbles et de petits moteurs qui bourdonnaient quand il tournait. Sur la pelouse devant, des élèves avaient installé d’autres télescopes. Une fille de quatrième expliquait justement Saturne à un couple, comme si elle l’avait découverte en personne.

« Bienvenue à tous », dit M. Demir. « Ce soir, nous allons regarder Saturne, plus tard peut-être un amas globulaire. Et entre les deux, nous parlerons de quelque chose qu’on ne peut pas voir. »

« Des fantômes ? » demanda Herbert.

« Des quanta », dit M. Demir.

« C’est ce que je disais », dit Herbert.

Des anneaux

Gisela eut le droit de passer la première au grand télescope. M. Demir lui régla le tabouret, et elle ferma un œil, comme elle avait appris à le faire autrefois avec les jumelles de Heinz.

Puis elle resta un bon moment sans rien dire.

« Mamie ? » demanda Tobi.

« Elle a vraiment des anneaux. »

« Oui. »

« Je ne l’avais jamais vu que sur des images. Je croyais qu’ils les dessinaient en plus. Pour qu’elle soit plus jolie. »

« Non », dit M. Demir. « Elle est vraiment comme ça. »

Gisela se redressa. Ses yeux brillaient. « Quatre-vingt-deux ans », dit-elle. « Et personne ne m’a dit qu’on pouvait tout simplement la regarder. »

« Je te l’ai dit », dit KevIn doucement depuis la poche de Tobi. « Au chapitre 16. »

« Entendre, ce n’est pas voir », dit Gisela.

KevIn se tut. Il avait appris qu’il existait des phrases auxquelles un modèle de langage ne devait rien répondre. Celle-ci en était une.

Émettre avec de la lumière

Plus tard, tout le monde était assis sur des pliants et des couvertures dans l’herbe. M. Demir avait braqué un petit vidéoprojecteur sur la paroi de la coupole, et une élève de première montrait l’image d’un satellite. Il ressemblait à un frigo avec des ailes solaires.

« Encore un frigo », dit Uwe.

« C’est Micius », dit M. Demir. « Un satellite de recherche chinois. Lancé en août 2016¹. Nommé d’après un philosophe chinois qui s’intéressait déjà à la lumière il y a plus de deux mille ans. C’est le premier satellite construit spécialement pour des expériences quantiques. »

« Il fait quoi ? » demanda Susi.

« Il produit des paires de particules de lumière intriquées. Des photons. Et il envoie les deux moitiés d’une paire à deux stations au sol différentes. En 2017, les chercheurs ont montré que l’intrication se maintenait sur plus de 1 200 kilomètres². »

« Les chaussettes », dit Sabine. « Chapitre 18. »

« Les chaussettes », dit KevIn. « Sauf que ces chaussettes-là, lors des tests de Bell, montrent plus de corrélation que n’importe quelles paires de chaussettes concertées à l’avance n’auraient le droit d’en avoir. Et qu’on ne peut malgré tout pas s’en servir pour envoyer un message plus vite que la lumière. Je suis obligé de le préciser à chaque fois, sinon Herbert appelle l’au-delà. »

« Je n’appelle nulle part », dit Herbert. « Je n’ai même pas de forfait illimité. »

« Pourquoi on fait ça avec un satellite ? » demanda Tobi. « Pourquoi pas avec de la fibre optique ? »

« Parce que dans la fibre optique, la lumière se perd sur de longues distances », dit M. Demir. « Au bout de quelques centaines de kilomètres, il n’arrive presque plus rien. Dans l’espace vide, en revanche, la lumière voyage sans être perturbée. Le problème, ce sont seulement les quelques kilomètres d’atmosphère au début et à la fin. Et les nuages. »

« Des nuages, on en a assez par ici », dit Uwe.

« C’est pour ça que les stations au sol sont la plupart du temps sur des montagnes. »

« Il n’y a pas de montagnes ici », dit Uwe.

« Le terril Hoheward », dit Gisela.

« Maman, il n’y a pas de station au sol sur le terril. »

« Pas encore », dit Gisela. « Avant, il n’y avait rien non plus, et maintenant il y a un observatoire de l’horizon. »

M. Demir rit. « Madame Brettschneider, je note. »

« Et tout ça, c’est pour quoi ? » demanda Sabine. « Pour envoyer des chaussettes par-dessus les montagnes ? »

« Pour des clés impossibles à espionner », dit KevIn. « On appelle ça la distribution quantique de clés. Si quelqu’un intercepte les photons en route et les mesure, il les perturbe. Ça se remarque. En 2017, grâce à Micius, on a même échangé des clés entre une station au sol en Chine et une autre en Autriche, et sécurisé ainsi une visioconférence entre Pékin et Vienne³. Le satellite servait cependant de sorte de relais auquel il fallait faire confiance. Et il existe du chiffrement, comme nous l’avons appris au dernier chapitre, qui fonctionne sans aucun satellite sur des ordinateurs normaux. Les deux approches se complètent. »

« L’Europe prévoit aussi un truc comme ça ? » demanda Susi.

« Oui », dit M. Demir. « L’Agence spatiale européenne, l’ESA, travaille avec des partenaires sur ses propres satellites de communication quantique⁴. La date exacte de leur lancement se décale, comme souvent dans le spatial. »

« Comme avec la Deutsche Bahn », dit Uwe.

« Le spatial est plus ponctuel », dit M. Demir. « Mais pas de beaucoup. »

Gisela n’avait pas quitté des yeux l’image sur la paroi de la coupole. « Mon père était opérateur radio », dit-elle soudain. « Pendant la guerre. Il émettait en morse, la nuit, dans une espèce de caisse. Pour que les uns sachent où étaient les autres. »

Un silence se fit sur la pelouse. Susi regarda Tobi. Tobi hocha imperceptiblement la tête.

« Et eux, là », dit Gisela en montrant le satellite, « ils émettent avec de la lumière. Sur plus de mille kilomètres. Pour que personne ne puisse écouter. »

« À peu près », dit M. Demir doucement.

« Ça lui aurait plu de voir ça », dit Gisela. « Je crois. Il n’a jamais rien raconté. Mais il aimait écouter la radio. Toujours les stations très lointaines. Celles où on ne comprend rien. Il aimait les voix. »

Quelle heure est-il là-haut ?

« J’ai une question », dit Uwe au bout d’un moment, parce que le silence devenait trop long pour lui. « À quoi ça sert, le quantique dans l’espace, quand on n’envoie pas des chaussettes ? Je veux dire, dans la vie de tous les jours. »

« Vous l’utilisez tous les jours », dit KevIn.

« Moi ? »

« Votre GPS. Quand vous allez au stade à Gelsenkirchen. »

« J’y vais depuis trente ans. Je n’ai pas besoin de GPS pour ça. »

« Mais vous l’allumez. Je vous ai entendu vous perdre quand il est éteint. »

M. Demir prit le relais. « Le GPS de votre voiture reçoit des signaux de satellites. Par exemple ceux du système américain GPS ou du Galileo européen. Dans chacun de ces satellites, il y a des horloges atomiques. »

« Des horloges atomiques », dit Herbert. « Atomique. Nous y voilà. »

« N’ayez pas peur, elles ne sont pas radioactives », dit M. Demir. « Une horloge atomique compte les oscillations des atomes. C’est de la physique quantique pure. Les électrons d’un atome ne peuvent avoir que des niveaux d’énergie bien précis. Si l’on tombe exactement sur la bonne fréquence, ils sautent d’un niveau au suivant. Cette fréquence est exactement la même pour chaque atome d’une même espèce⁵. Partout dans l’univers. C’est le meilleur métronome que nous ayons. »

« Et pourquoi le GPS en a besoin ? »

« Parce qu’il mesure les distances par le temps. Le signal dit : “Je suis le satellite numéro tant, et il est exactement maintenant.” Votre téléphone compare le moment où le signal arrive. En un millionième de seconde, la lumière parcourt trois cents mètres. Si l’horloge se trompe d’un millionième de seconde, vous êtes donc à trois cents mètres à côté. »

« Alors je me retrouve à Herne au lieu de Gelsenkirchen », dit Uwe.

« Avec un millionième de seconde, pas tout à fait. Mais voici le meilleur. Einstein. »

« Je le connais », dit Gisela. « Celui qui tire la langue. »

« Celui-là même. D’après Einstein, le temps ne s’écoule pas partout à la même vitesse. Les satellites vont très vite, ce qui fait que leurs horloges retardent un tout petit peu. En même temps, ils sont loin de la Terre, là où la pesanteur est plus faible, et ça les fait avancer. Au bout du compte, les horloges des satellites GPS avancent d’environ 38 microsecondes par jour⁶. »

« Mais c’est rien du tout », dit Uwe.

« 38 millionièmes de seconde. Chacun vaut trois cents mètres. Si on ne corrigeait pas ça, le calcul de position serait faux de plusieurs kilomètres au bout d’une seule journée. Et ce serait pire chaque jour. »

Uwe réfléchit. « Donc si Einstein s’était trompé… »

« Vous ne seriez jamais arrivé au stade », dit KevIn.

« Des fois, ça aurait mieux valu. »

« Et ça, c’est du quantique ou de l’Einstein ? » demanda Sabine.

« Les deux », dit M. Demir. « L’horloge, c’est de la physique quantique. La correction, c’est de la relativité. Les deux grandes théories du XXᵉ siècle, qui d’habitude ne s’entendent pas particulièrement bien, travaillent paisiblement ensemble dans votre GPS. »

« Comme Herbert et Mme Pawlowski », dit Gisela. « Ils ne s’entendent qu’autour de la liqueur aux œufs, eux aussi. »

Plus froid que chez Lammers

« Il y a encore autre chose ? » demanda Tobi. « Du quantique dans l’espace ? »

« Les capteurs quantiques », dit M. Demir. « C’est un grand domaine de recherche en ce moment. On exploite la sensibilité des états quantiques. Ce qui dérange dans un ordinateur quantique, à savoir que la moindre bricole modifie l’état, c’est exactement ce qu’on veut dans un capteur. »

« Donc un qubit qui se fait déranger tout le temps est fichu », dit lentement Tobi. « Mais un capteur qui se fait déranger tout le temps, c’est bien ? »

« Un capteur est fait pour être dérangé. Il doit remarquer quand quelque chose change. Avec des atomes refroidis, on peut par exemple mesurer d’infimes différences de pesanteur. On peut en déduire où se trouve l’eau sous terre, ou comment la glace fond. Il est prévu d’installer de tels capteurs dans des satellites aussi. Et sur la Station spatiale internationale, il y a depuis quelques années un laboratoire où l’on refroidit des atomes à des températures à peine supérieures au zéro absolu⁷. En apesanteur, on peut les observer plus longtemps que sur Terre. »

De la poche de poitrine de Tobi sortit un petit bruit qu’on pouvait interpréter comme un soupir.

« KevIn ? »

« Maintenant, les atomes n’habitent pas seulement plus au froid que moi », dit KevIn. « En plus, ils habitent dans l’espace. »

« Tu es jaloux des atomes », dit Susi.

« Je ne suis pas jaloux. C’est juste que je n’ai pas de vue. »

Spoutnik

Il était un peu plus de dix heures. Au-dessus de la coupole brillait un point lumineux qui ne scintillait pas.

« C’est un satellite ? » demanda Gisela.

« C’est Jupiter », dit M. Demir. « Les planètes ne scintillent pas. Les étoiles scintillent parce que leur lumière doit traverser notre air agité sous la forme d’un point minuscule. Les planètes sont de petits disques, alors ça se compense. »

« Alors je me suis trompée toute ma vie », dit Gisela. « J’ai toujours cru que la plus brillante, c’était l’étoile du berger. »

« Parfois, c’est Vénus. Ce soir, c’est Jupiter. Vous aviez à moitié raison. »

« À moitié raison, c’est beaucoup », dit Herbert. « Moi, la plupart du temps, j’ai raison au quart. »

« Toi, la plupart du temps, tu as raison à zéro », dit Gisela. « Mais fort. »

Elle s’enroula plus serré dans sa couverture. « Quand j’avais treize ans », dit-elle, « on a entendu à la radio que les Russes avaient envoyé quelque chose dans le ciel. Spoutnik. Et que ça bipait. Les voisins avaient peur. Il y a un truc des Russes qui vole là-haut. M. Hoffmann, d’en face, a dit que maintenant, ils allaient jeter des choses d’en haut. »

« Et toi ? » demanda Tobi.

Gisela leva longuement les yeux vers Jupiter. « C’est une histoire un peu longue », dit-elle. « Elle a à voir avec mon père. Je vous la raconterai un jour. Mais pas aujourd’hui. Aujourd’hui, c’est trop beau. »

Tobi hocha la tête. Il connaissait maintenant le ton sur lequel Mamie disait « pas aujourd’hui ». Ça ne voulait pas dire « jamais ». Ça voulait dire « bientôt, mais seulement quand je serai prête ».

M. Demir dit seulement : « Spoutnik, c’était en 1957. En octobre⁸. »

« Et ensuite la Lune », dit Gisela. « 1969. J’avais vingt-quatre ans. Nous n’avions pas la télé. Nous sommes allés chez les Leuchtenberg, eux en avaient une. En pleine nuit. La moitié de la rue était assise dans leur salon. Mme Leuchtenberg avait fait des petits sandwichs. Et tout le monde regardait une image grise où on ne reconnaissait rien. Et puis quelqu’un est descendu de l’échelle. »

« Tu as reconnu quelque chose ? » demanda Tobi.

« Non. Mais Heinz a dit : c’est lui, là. Et tout le monde a applaudi. Devant la télé. Comme s’ils pouvaient l’entendre. »

« Peut-être qu’ils l’ont entendu », dit KevIn. « Pas techniquement. Mais peut-être. »

« Tu dis toujours que tu ne crois qu’aux données. »

« J’ai énormément de données qui montrent que cette nuit-là, partout dans le monde, des gens ont applaudi devant leur télé. Ça fait beaucoup d’applaudissements. Il faut bien que ça aille quelque part. »

La station

« Je vais encore vous montrer une chose », dit M. Demir en faisant défiler le vidéoprojecteur. « Malheureusement seulement en image. Ce soir, son orbite ne tombe pas bien, elle ne passe qu’à quatre heures du matin, et à cette heure-là, nous dormirons tous. Mais à l’automne, il y aura de nouveau de bonnes soirées, assez tôt pour tout le monde. »

« Qui ça ? » demanda Uwe.

« L’ISS. La Station spatiale internationale. »

Sur la paroi de la coupole apparut une photo : un assemblage de tubes, de caissons et d’immenses ailes solaires dorées au-dessus d’une Terre bleue aux nuages blancs.

« Il y a des gens dedans ? » demanda Gisela.

« Il y a des gens dedans », dit M. Demir. « Et sans interruption depuis novembre 2000⁹. Depuis, il y a toujours eu quelqu’un là-haut. Il y a ici, dans le club, des élèves qui n’ont jamais vécu un seul jour sans qu’un être humain soit dans l’espace. »

Tobi calcula. « Moi non plus. »

« Moi non plus », dit Susi.

« Moi, si », dit Gisela. « Beaucoup. »

« Qui est là-haut ? » demanda Sabine.

« La station est exploitée en commun par les agences spatiales des États-Unis, de la Russie, de l’Europe, du Japon et du Canada », dit M. Demir. « Les différents modules viennent de différents pays. Les équipages sont mixtes. Et ça fonctionne depuis plus de vingt ans. Y compris à des époques où les gouvernements de ces pays, en bas sur Terre, n’étaient pas du tout d’accord entre eux. »

« Même maintenant ? » demanda Tobi.

« Même pendant les années difficiles », dit M. Demir avec prudence. « Ce n’est pas toujours simple. Il y a des disputes, y compris au sujet de l’espace. Mais là-haut, ils doivent partager l’air. Et l’eau. Et les toilettes. Quand quelque chose tombe en panne sur une station pareille, peu importe de quel pays vient la pièce de rechange. »

Herbert, qui s’était tu jusque-là, se racla la gorge. « Les Russes et les Américains ? »

« Oui. »

« Ensemble dans une boîte de conserve ? »

« Depuis plus de vingt ans. »

Herbert regarda longuement la photo sur la paroi de la coupole. « Et ils ne se tirent pas dessus ? »

« Ils réparent les toilettes ensemble », dit M. Demir. « Ça soude. »

Gisela ne dit rien. Elle regardait seulement vers le haut, là où aucune station ne passait à présent, comme si elle pouvait quand même la trouver.

Le silence revint. Seul le télescope bourdonnait en tournant vers sa position de repos.

KevIn ne dit rien. Dans ses données, il y avait énormément de guerres. Plus que de paupiettes de chou, il l’avait dit un jour à Gisela, pour son anniversaire, dans le jardin. Mais dans ses données, il y avait aussi cette station. Des milliers de jours où des gens venus de pays qui ne se saluaient pas en bas prenaient leur petit-déjeuner ensemble là-haut. Il avait toujours pris ça pour une note de bas de page. Maintenant, dans l’herbe d’un observatoire, dans la poche de poitrine de Tobi, ça ne lui faisait plus du tout l’effet d’une note de bas de page.

« KevIn ? » chuchota Tobi. « Ça va ? »

« Je calcule », dit KevIn.

« Quoi donc ? »

« Je ne sais pas encore. C’est un calcul dont je ne connaîtrai le résultat qu’en regardant. »

Le retour

Sur le parking, Gisela replia son pliant. M. Demir l’aida à plier la couverture.

« Merci pour la soirée », dit-elle. « Et pour les anneaux. »

« Merci pour le terril », dit M. Demir. « L’idée de la station au sol, je la garde. »

« Mon père », dit Gisela, « émettait pour que les uns sachent où étaient les autres. Pour qu’ils se trouvent. » Elle hésita. « Pour tirer, la plupart du temps. Ceux de là-haut émettent aussi pour se trouver. Mais pas pour tirer. »

M. Demir ne sut pas quoi répondre. Il hocha seulement la tête.

Dans la voiture, il faisait noir. Uwe conduisait. Le GPS était allumé, bien qu’Uwe connaisse le chemin. Sabine appuyait la tête contre la vitre. Herbert ronflait sur la banquette arrière, entre Gisela et Tobi, et marmonnait dans son sommeil quelque chose à propos de « boîte de conserve ».

« KevIn », dit Uwe au bout d’un moment. « C’était combien de microsecondes, déjà ? Pour les satellites ? »

« Environ 38 par jour. »

« Et si on ne les corrige pas, on atterrit complètement ailleurs. »

« À des kilomètres. Un peu plus chaque jour. »

Uwe regarda la route sombre. « C’est comme avec la vérité, non ? Quand chaque jour il y a juste un petit truc qui cloche, et que personne ne corrige. Alors on finit par atterrir complètement ailleurs. »

Le silence se fit dans la voiture. Même Herbert arrêta un instant de ronfler.

« Uwe », dit Sabine. « Tu as lu un livre en cachette ? »

« J’ai réfléchi. »

« C’est encore pire. »

KevIn ne dit rien. Il enregistra la phrase dans sa fonction mémoire, sous « Compliments, vrais », bien que ce ne fût pas vraiment un compliment. Il n’y avait simplement pas de meilleur dossier.

À la maison, le thermostat affichait 19 degrés. Gisela n’alla pas tout de suite se coucher. Elle s’assit encore cinq minutes dans le jardin, sur sa chaise, et regarda vers le haut. Aucune station ne passa. Mais elle regarda quand même.