Retour
au sommaire
 Automates
Intelligents s'enrichit du logiciel
Alexandria.
Double-cliquez sur chaque mot de cette page et s'afficheront
alors définitions, synonymes et expressions constituées
de ce mot. Une fenêtre déroulante permet
aussi d'accéder à la définition du
mot dans une autre langue (22 langues sont disponibles,
dont le Japonais). |
Le
grand public informé est maintenant convaincu de
l’indéterminisme fondamental qui caractérise
le monde quantique. Les propositions développées
par Niels Bohr dans une interprétation dite de l’Ecole
de Copenhague dans les années 1924-1927 ont provoqué
une véritable révolution dans la physique
en particulier et dans la philosophie des sciences en général.
Elles posent en principe incontournable l’existence
d’une frontière entre le monde ordinaire, régi
par les lois déterministes héritées
de Newton, et un monde quantique sous-jacent, dit microscopique,
dont les « objets » sont marqués par
l’incertitude de certaines de leurs propriétés.
En conséquence, les entités décrites
par la physique quantique ne peuvent pas être considérées
comme des particules ordinaires, dont on pourrait à
la fois mesurer, par exemple, la position et la vitesse.
Elles sont représentées par une équation
complexe, la fonction d’onde, qui n’en donne
qu’une description probabiliste. Lors de l’observation,
cette fonction d’onde s’effondre en ne faisant
apparaître qu’une des propriétés
de l’entité, par exemple sa position. Mais
son autre propriété, sa vitesse, ne peut plus
être connue. Il en résulte que toute prédiction
sur l’avenir de telles entités devient impossible,
sauf à considérer un très grand nombre
d’entités analogues sur lesquelles la loi des
grands nombres permettra de faire des prévisions
vérifiables.
On
connaît les conséquences philosophiques innombrables
qui avaient été tirées de ces propositions,
toujours vérifiées depuis par la physique
expérimentale. Le concept d’un réel
en soi existant en dehors de l’observateur et obéissant
à des lois susceptibles d’être découvertes
par celui-ci n’était plus recevable, tout au
moins au niveau microscopique. Les déterministes
héritiers du mathématicien français
Laplace s’étaient inquiétés.
A contrario, tous ceux qui refusaient de voir dans le monde
le produit de déterminismes rigoureux ne laissant
pas de place pour une hypothétique liberté
s’étaient réjouis. Ils avaient prétendu
trouver dans l’indéterminisme quantique la
preuve que le monde avait été et pouvait toujours
être créé par la volonté humaine
– ou la volonté divine.
Sans
tomber dans un mysticisme sur un modèle oriental
qui fit fortune dans les années 1970, la plupart
des physiciens ont admis que de nombreux phénomènes
ne peuvent pas être décrits ni prévus
par la science. Le concept récent d’émergence
(quelquefois dite forte) est de plus en plus utilisé
pour signaler la limite au-delà de laquelle la science
ne se sent pas capable d’aller, non pas pour des raisons
matérielles tenant au manque de moyens de calcul,
mais pour des raisons fondamentales. Nous avons indiqué
dans un article précédent (1)
que les scientifiques admettent volontiers le déterminisme
d’un phénomène complexe, tel que le
jeu de dés. Même si calculer la face sur laquelle
retombera le dé est pratiquement impossible, compte
tenu du nombre des variables qu’il faudrait connaître
et traiter, il n’existe pas de loi physique l’interdisant.
Au contraire, face à un phénomène faisant
intervenir des variables relevant du monde quantique, on
doit parler d’indéterminisme profond. Le phénomène,
lorsqu’il se manifeste, peut alors être dit
émergent au sens fort. On se borne à constater
son apparition, sans pouvoir ni l’expliquer ni prévoir
son renouvellement. C’est un tel phénomène
qui se manifeste dans un ordinateur quantique. Le physicien
ne peut pas prévoir les états individuels
des q.bits composant l’unité de calcul
de cet ordinateur. Il ne pourra donc pas prévoir
exactement (autrement que de façon probabiliste)
le résultat dudit calcul. Il se bornera à
constater l’émergence de ce résultat,
quand il apparaîtra sur l’écran.
La
science appliquée, de même que la technique,
se satisfont fort bien de cet indéterminisme puisque
tous les dispositifs du monde moderne traitent les atomes
par très grandes quantités. Ils peuvent donc
exploiter sans problèmes (sauf cas marginaux) les
propriétés d’un monde quantique indéterminé.
Il reste que les grandes questions fondamentales relatives
à l’origine et au devenir de l’univers
semblent devoir rester à jamais sans réponse.
Etre obligé d’admettre qu’il n’existe
pas de monde indépendant de l’observateur,
pouvant être représenté et calculé
par des lois scientifiques, semble très frustrant
pour les imaginations. Cela parait en particulier condamner
la recherche, d’ailleurs considérée
vaine par beaucoup (pour d’autres raisons) d’une
hypothétique théorie du Tout, censée
faire la synthèse entre relativité et physique
quantique. Le scientifique doit se limiter à étudier
le monde tel qu’il est « construit » en
permanence par l’interaction entre un soubassement
indescriptible en soi, ses instruments et son cerveau (2)
On
sait que depuis les premières critiques d’Einstein,
selon lesquelles existaient des variables cachées
pouvant expliquer l’indéterminisme apparent
des entités quantiques, de nombreuses interprétations
avaient été suggérées pour justifier
le retour au déterminisme. Ce furent notamment les
hypothèses de Louis de Broglie en 1927 puis de David
Bohm dans les années ’50, dites du "modèle
de l’onde pilote". Nous y reviendrons. Notons
seulement que ces diverses interprétations ne permirent
pas de suggérer de preuves expérimentales
pouvant justifier leur adoption au lieu et place de l’interprétation
de Copenhague. Aujourd’hui encore, rien n’a
changé. Ainsi le dernier numéro de La Recherche
(avril 2008) consacre un Dossier comportant trois articles
bien faits et éclairants visant à justifier
le titre du Dossier : "Physique quantique : l’erreur
d’Einstein". Pauvre Einstein
Si
pourtant Einstein avait eu raison...
Il
est donc tout à fait surprenant et stimulant pour
l’esprit de lire dans un de nos magazines favoris,
peu suspect de sensationnalisme, une affirmation tout à
fait contraire : "The Uncertainty principle. Quantum
reality isn’t random. It just looks that way"
(NewScientist, 22 mars 2008, p. 29). L’article est
du à Mark Buchanan, écrivain scientifique
et auteur, entre autres livres, de The Social Atom et de
Small World 3) Mark Buchanan, comme le
montrent ses écrits, est profondément convaincu
que le monde obéit à des lois profondes, à
l’échelle macroscopique comme à l’échelle
microphysique, lois qu’il convient de mettre en évidence.
Ceci lui confère une prédisposition que nous
pourrions qualifier de métaphysique le poussant à
s’intéresser aux hypothèses relatives
aux variables cachées de la physique quantique. Mais
il est trop professionnel pour donner foi à des travaux
qui ne seraient pas consistants. Or son article évoque
une suite d’hypothèses, dont certains des auteurs
travaillent au Perimeter Institute dont nos lecteurs connaissent
le rôle dans la promotion des idées nouvelles
en physique quantique (4).
C’est
une équipe rassemblée autour du physicien
Sheldon Goldstein de Rutgers University 5)
qui a relancé voici quelques vingt ans, avec
beaucoup d’arguments convaincants, l’idée
que le monde serait déterministe et doté de
propriétés « objectives » 6).
Il a développé une reformulation de la physique
quantique, sous le nom de « Bohmian mecanics »
dans laquelle les particules suivent des trajectoires précises
à travers l’espace et le temps. Le futur serait
donc en théorie parfaitement prédictible,
sinon calculable, en fonction du passé. Ces hypothèses
ont suscité beaucoup d’objections, que décrit
l’article du NewScientist. Cependant, progressivement,
elles seraient en train de répondre aux plus importantes
de celles-ci. Nous ne reprendrons pas ici les éléments
du problème, tels que développés par
Mark Buchanan. Disons seulement que le modèle «
Bohmien » aujourd’hui proposé
par Sheldon Goldstein, Detlef Dürr, Nino Zanghi puis
plus récemment par Ward Struyve et Hans Westman du
Perimeter Institute, ne se borne pas à décrire
les particules quantiques, mais aussi les champs quantiques.
Elles permettent de retrouver la physique des particules
relativistes mais aussi la théorie quantique des
champs et l’électrodynamique quantique. La
faiblesse de ces hypothèses est que, jusqu’à
présent, elles ne font pas de prédictions
différentes de celles de la physique quantique. C’est
ainsi qu’elles donnent une explication que nous ne
reprendrons pas ici au fait qu’elles n’éliminent
pas l’incertitude dans les prédictions et ne
peuvent donc pas être distinguées des observations
de la physique quantique.
Pour
illustrer ce point surprenant, nous pourrions revenir à
l’ancêtre de ces théories déterministes,
le modèle de l’onde pilote. Dans l’expérience
des fentes de Young, les particules - même envoyées
les unes après les autres, sans pouvoir interférer
entre elles - se répartissent sur l’écran
selon des franges d’interférences. On en déduit
qu’elles ne se comportent pas de façon classique.
Si cela était le cas en effet, on devrait, en suivant
leur trajectoire, les retrouver groupées sur l’écran
juste derrière les fentes, au lieu de les trouver
réparties dans les franges d’interférence.
Cette expérience est considérée comme
la preuve du fait que la particule, même isolée,
trahit ainsi son caractère ondulatoire. L’hypothèse
de l’onde pilote explique cette observation de façon
différente. Chaque particule suit un itinéraire
gouverné de façon déterministe par
une onde pilote. Dans le cas des fentes de Young, ce sont
les ondes pilotes qui en traversant les fentes créent
sur l’écran des bandes d’interférence.
Les particules s’y répartissent une à
une sans interférer entre elles. Mais le résultat
de l’expérience est, comme on le voit, le même,
que l’on fasse appel à l’indéterminisme
onde-particule ou au déterminisme onde pilote- particule.
Certains
sont allés jusqu’à suggérer que
si les hypothèses de l’onde pilote avaient
été formulées les premières,
les hypothèses indéterministes n’auraient
pas pu s’imposer. La physique quantique se serait
développée sur des bases conceptuelles différentes,
mais ses résultats observés auraient été
les mêmes. Les seuls perdants auraient été
les philosophes et métaphysiciens, qui auraient manqué
l’occasion d’un grand débat déterminisme/indéterminisme.
Plus
sérieusement, aujourd’hui, les défenseurs
des hypothèses bohmiennes envisagent pour démontrer
leur pertinence de procéder à de nouvelles
observations dans le domaine de l’astrophysique. Celles-ci
pourraient montrer que, dans des conditions extrêmes,
les particules « hors d’équilibre »
de l’univers primitif auraient obéi à
des schémas confirmant leurs hypothèses déterministes
et démentant les hypothèses indéterministes.
Ils comptent par exemple sur les prochaines informations
relatives au fond de ciel primordial que devrait apporter
le futur satellite Planck de l’Esa. Ils espèrent
aussi en trouver des preuves dans la mesure des (encore
hypothétiques) ondes gravitationnelles.
Rien
ne nous empêche évidemment de rêver aux
conséquences qu’entraînerait pour la
façon dont nous représentons l’univers
et notre propre rôle au sein de celui-ci, le remplacement
de l’indéterminisme quantique par un certain
déterminisme. L’univers serait-il calculable,
prédictible, modifiable ? Que deviendrait ce déterminisme
aux états extrêmes des Singularités
cosmologiques (pré-big bangs, trous noirs…)
? Pourrait-on vraiment revenir à la croyance intuitive
qu’il existe un univers en soi indépendant
de l’observateur ?
On
peut par contre affirmer sans risques que les fondamentalistes
religieux pour qui le monde est conforme aux Ecritures trouveraient,
dans toutes les hypothèses et quelles que soient
celles-ci, de quoi justifier leurs croyances aux yeux des
ignorants.
Notes
1) De l'évolution
et de l'émergence, dans ce numéro
2) Voir J.P. Baquiast, Pour un principe
matérialiste fort. Jean-Paul Bayol, 2007
3) Voir http://pagesperso-orange.fr/mark.buchanan/indexMB.html.
Ne pas confondre cet auteur avec un écrivain religieux
du même nom.
4) Le Perimeter Institute est une fondation
privée canadienne due à Mike Lazaridis, industriel
responsable de nombreux produits à succès,
notamment le smartphone Blackberry. Plutôt qu’acheter
des yachts de 50 mètres sur lesquels recevoir des
chefs d'Etat en mal de luxe, il a préféré
approfondir les mystères du monde quantique.
5) Goldstein, Home page http://www.math.rutgers.edu/~oldstein/
6) Plus récemment et indépendamment,
le physicien néerlandais Gerardus t'Hooft a proposé
des hypothèses visant à réintroduire
le déterminisme en mécanique quantique http://en.wikipedia.org/wiki/Gerardus_'t_Hooft
