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| Le monde
quantique profond serait-il déterministe ?
par Jean-Paul Baquiast 09/11/07
|
Dans
le NewScientist daté du 3 novembre 2007, p. 37, Mark
Buchanan, diplômé en physique théorique,
rédacteur scientifique et auteur de divers ouvrages
sur l’importance de Dieu dans notre compréhension
du monde et de la science, discute les hypothèses
du physicien Joy Christian (notre photo), de l’université
d’Oxford, concernant la possible existence d’une
réalité déterministe sous jacente au
monde quantique. 1) Celle-ci permettrait
d’expliquer les « bizarreries » (weirdness)
de la physique quantique, notamment la non-localité,
la superposition d’états et l’intrication
(entanglement). 2) Ces bizarreries sont
considérées par l’écrasante majorité
des physiciens comme des « réalités
» ne pouvant plus être discutées aujourd’hui.
Des expériences théoriques et des applications
technologiques innombrables ont démontré la
pertinence des descriptions quantiques du monde. Aucune
preuve susceptible de les falsifier n’a été
apportée. La recherche de « variables cachées
» n’a nulle part abouti.
Concernant l’intrication, les expériences destinées
à vérifier le théorème (les
inégalités) de Bell (dont celles conduites
à Orsay par Alain Aspect à partir de 1982),
puis celles portant sur l’intrication de photons et
d’objets complexes réalisées en 2006
par Marcus Aspelmeyer de l’Académie des sciences
de Vienne 3), ont toutes montré
que deux particules peuvent être reliées instantanément
à distance, sans aucun lien entre elles et aussi
que la superposition peut affecter des objets – relativement
- massifs. Cela pose la question du réalisme : l’univers
tel que nous le définissons existe-t-il en dehors
de la mesure ? 4)
Cependant,
quelques physiciens, notamment le hollandais Gerard ‘t
Hooft de l’Université d’Utrecht
5) et le mathématicien Roger Penrose, d’Oxford,
n’ont pas renoncé à formuler des hypothèses
postulant le caractère déterministe de l’univers
à un niveau encore plus fondamental que celui considéré
par la physique quantique. Ces hypothèses permettraient
de comprendre pourquoi le déterminisme disparaît
en laissant place à l’aléatoire constaté
par le physicien manipulant des entités quantiques.
Pour ‘t Hooft, écrit Mark Buchanan, la physique
quantique peut être comparée à la thermodynamique
en ce sens qu’elle décrit les systèmes
physiques par l’intermédiaire de moyennes statistiques,
plutôt qu’en se plaçant à un niveau
de détail plus précis. Le vide quantique pourrait
de la même façon être composé
d’un très grand nombre d’états
distincts qui évoluerait d’une façon
déterministe et dont la physique quantique ne connaîtrait
que les produits statistiques. Gerard ‘t Hooft propose
différentes hypothèses déterministes
qui permettraient de vérifier ce postulat. On sait
par ailleurs 6) que Lee Smolin et ses collègues
du Perimeter Institute travaillant sur la gravitation quantique
en lacet considèrent comme inévitable une
remise en cause radicale de la mécanique quantique
sous sa forme actuelle. Ils pensent progresser dans cette
voie 7). Mais tout ceci demeure encore
très hypothétique.
Les
algèbres non commutatives
C’est
précisément là que le travail de Joy
Christian intervient. Il postule que si les vérifications
du théorème de Bell ont donné les résultats
que l’on sait, c’est parce que Bell avait supposé
que les caractéristiques des variables cachées
dont il postulait l’existence pouvaient être
exprimées sous forme de nombres ordinaires, ceux
de l’algèbre commune. Ces nombres seraient
donc commutatifs. Ainsi, dans une multiplication, la commutation
s’exprime par la notation suivante [ 2x5 = 5x2 ].
La commutation, en particulier, ne tient pas compte du temps.
Une algèbre commutative ne peut donc prétendre
décrire l’ensemble des phénomènes
du monde physique. Comme l’a dit Alain Connes, un
des pères de la géométrie non commutative
8), ouvrir une canette et en boire le contenu ne peut
équivaloir à l’opération réalisée
dans l’ordre inverse.
Joe
Christian ne fait pas appel à la géométrie
d'Alain Connes mais à l’algèbre non
commutative du mathématicien William Clifford. Celui-ci
a généralisé, dans ce que l’on
nomme désormais l’algèbre de Clifford
9) les travaux, publiés en 1843,
du mathématicien mécanicien William Rovan
Hamilton. Hamilton avait proposé pour construire
des modèles dans un espace à trois dimensions
des extensions non commutatives des nombres complexes qu’il
avait baptisées du terme de quaternions 10).
Les quaternions sont désormais très utilisés
par les sciences de l’ingénieur, notamment
pour représenter des rotations.
Pour
Joe Christian, il faut supposer que les variables cachées
peuvent avoir des propriétés algébriques
différentes de celles représentées
par l’algèbre ordinaire et que pour les exprimer
il faut faire appel à ces algèbres non commutatives.
Dans ce cas, les inégalités de Bell telles
qu’actuellement formulées ne seraient pas utilisables
, car elles ne seraient pas dotées d’un appareil
mathématique susceptible de faire apparaître
des variables cachées expliquant la non-localité
quantique. Il faudrait imaginer de nouvelles expériences.
Notons que, pour Philippe Grangier, de l’Institut
d’Optique d’Orsay, l’hypothèse,
bien qu’intéressante, n’est pas encore
assez argumentée pour être recevable.
Nous
nous trouvons là face à ce qui pourrait devenir
un tournant de la physique et plus généralement
des représentations, déterministes ou non,
que l’on peut se faire de l’univers profond.
La question des multivers serait également concernée.
Mais à nouveau se pose la question du réalisme
ou du non-réalisme, vu cette fois-ci plus particulièrement
sous l'angle du constructivisme 4). Dans
une approche de l'épistémologie des connaissances
inspirée de celle proposée par Mme Mugur-Schächter,
nous pourrions dire que Joe Christian fournit un nouvel
exemple de l'observateur-acteur dans le monde physique,
ici quantique voire "sub-quantique", tel qu'elle
l'a définie. ll "crée" l'entité
observée, lui confère des spécifications
hypothétiques et se donne des outils pour la faire
apparaître. Il fait appel ici à l'algèbre
non commutative, mais si celle-ci n'avait pas déjà
été "inventée" il aurait
pu la créer lui-même, à supposer qu'il
ait eu des dispositions mathématiques suffisantes.
Il ne lui restera plus qu'à expérimenter pour
tester ses hypothèses, avec des instruments ayant
intégré ses divers requisits. Les hypothèses
ne seront pas nécessairement vérifiées,
mais, en restant dans la perspective d'une construction
se faisant à partir d'un aléatoire profond,
on peut penser qu'elles auront des chances de l'être.
Alors lui ou ceux qui suivront cette voie trouveront (mieux
vaudrait dire "crééront" ) quelque
chose dont la science puis la technologie pourront faire
bon usage. C'est ainsi que se construit notre "réel
humanisé".
Parallèlement
les tenants des explications religieuses du monde ne manqueront
pas d’exploiter les résultats des premières
expériences qui pourraient être proposées
– ceci d’ailleurs quels que soient ces résultats
car les interprétations théologiques sont
telles qu’il est impossible de les mettre en défaut.
Nous sommes incapables pour notre part de dire si, au vue
des conceptions religieuses du monde, postuler un univers
intrinséquement aléatoire ou un univers intrinséquement
déterministe présente une quelconque importance.
Mais connaissant la tendance profonde des religions à
chercher à justifier par des arguments tirés
des sciences ce qui devrait rester acte de foi, nous pensons
que la question ne sera pas jugée indifférente.
Ainsi contribueront-ils à construire le champ de
ce que l'on pourrait appeler un "réel divinisé".
C'est pourquoi, sans mettre en cause a priori l’impartialité
de Mark Buchanan auteur de l’article du NewScientist
précité, ce n’est pas sans une petite
arrière pensée que nous signalions sa foi
chrétienne, puisqu’il ne cache pas qu'elle
l'inspire dans le regard qu'il jette sur les sciences -
et peut-être même dans l'intérêt
qu'il porte aux recherches de Joy Christian (sic) et ses
collègues.
Pour en savoir plus
1) Disproof of Bell's Theorem by Clifford
Algebra Valued Local Variables
Par Joy Christian (Perimeter and Oxford) http://www.arxiv.org/abs/quant-ph/0703179
2)
Le monde quantique Les Dossiers de la Recherche,
N° 29, Novembre 2007
3)
Voir Michaël Brooks, Reality Check,
NewScientist 23 juin 2007 p. 30
4)
Ces questions, incluant la contribution
de Mme Mioara Mugur-Schächter, sont discutées
dans le premier chapitre de mon propre livre Pour un
principe matérialiste fort. JP Bayol, 2007.
On lira aussi sur ce sujet l'excellent article que vient
de nous faire parvenir Mme Mugur-Schächter (dans ce
numéro). Il montre avec des exemples lumineux l'imbrication
des postulats métaphysiques avec les postulats scientifiques
et les démonstrations supposées pouvoir vérifier
ceux-ci.
http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2007/85/mms.htm
5)
Petit précis de physique par Gerard
‘t Hooft, prix Nobel
http://www.phys.uu.nl/~thooft/theorist.html#aqmechanics
6) Lee Smolin. The Trouble with Physics
http://www.automatesintelligents.com/biblionet/2007/juil/troublewithphysicshtml.htm
7) Disordered locality in loop quantum
gravity states, Fotini Markopoulou, Lee Smolin http://www.arxiv.org/abs/gr-qc/0702044
8)
Géométrie non commutative
Wikipedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Non-commutative_geometry
9) L’algèbre de Clifford http://en.wikipedia.org/wiki/Clifford_algebra
10) Les Quaternions http://en.wikipedia.org/wiki/Quaternion
