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La physique quantique nous condamne-t-elle à ne pas décrire du tout la réalité sous-jacente aux lois de la physique ?

samedi 10 octobre 2015, par Robert Paris

La physique quantique nous condamne-t-elle à ne pas décrire du tout la réalité sous-jacente aux lois de la physique ?

Werner Heisenberg, fondateur, avec Bohr, de l’école de Copenhague de la physique quantique, affirmait ainsi :

« En physique classique, la science partait de la croyance - ou devrait-on dire de l’illusion ? - que nous pouvons décrire le monde sans nous faire en rien intervenir nous-mêmes. [...] La théorique quantique ne comporte pas de caractéristiques vraiment subjectives, car elle n’introduit pas l’esprit du physicien comme faisant partie du phénomène atomique ; mais elle part de la division du monde entre « objet » et reste du monde, ainsi que du fait que nous utilisons pour notre description les concepts classiques. Cette division est arbitraire. »

Il affirmait également :

« Si nous voulons décrire ce qui se passe au cours d’un phénomène atomique, il faut que nous nous rendions compte que le terme « se passe » ne s’applique qu’à l’observation et non à l’état des choses entre deux observations ; il s’applique à l’acte physique d’observer et non à l’acte psychologique et nous pouvons dire que la transition du « possible » au « réel » se produit dès que l’interaction de l’objet avec la jauge de mesure (donc avec le reste du monde) est entrée en jeu. »

Werner Heisenberg résumait ainsi la position d’Albert Einstein, qui s’opposait à l’interprétation de Copenhague :

« Cette interprétation [dit Einstein] ne nous décrit pas ce qui se passe, en fait, indépendamment des observations, ou pendant l’intervalle entre elles. Mais il faut bien qu’il se passe quelque chose, nous ne pouvons en douter ; [...] Le physicien doit postuler qu’il étudie un monde qu’il n’a pas fabriqué lui-même et qui est présent, essentiellement inchangé, si le scientifique est lui-même absent. »

Werner Heisenberg répondait :

« L’on voit facilement que ce qu’exige cette critique, c’est encore une fois la vieille ontologie matérialiste. Mais quelle peut être la réponse du point de vue de l’interprétation de Copenhague ? [...] Demander que l’on « décrive ce qui se passe » dans le processus quantique entre deux observations successives est une contradiction in adjecto, puisque le mot « décrire » se réfère à l’emploi des concepts classiques, alors que ces concepts ne peuvent être appliqués dans l’intervalle séparant deux observations [...] L’ontologie du matérialisme reposait sur l’illusion que le genre d’existence, la « réaliste » directe du Monde qui nous entoure, pouvait s’extrapoler jusqu’à l’ordre de grandeur de l’atome. Or, cette extrapolation est impossible. »

Einstein critique ainsi cette attitude courante à l’époque chez les physiciens quantiques :

« A la source de ma conception, il y a une thèse que rejettent la plupart des physiciens actuels (école de Copenhague) et qui s’énonce ainsi : il y a quelque chose comme l’état "réel" du système, quelque chose qui existe objectivement, indépendamment de toute observation ou mesure, et que l’on peut décrire, en principe, avec des procédés d’expression de la physique. » (dans "Remarques préliminaires sur les concepts fondamentaux").

Citons brièvement le cours de Mécanique quantique de Feynman :

« La « Mécanique quantique » est la description du comportement de la matière et de la lumière dans tous leurs détails et, en particulier, de tout ce qui se passe à l’échelle atomique. A très petite échelle, les choses ne se comportent en rien comme ce dont vous avez une expérience directe. Elles ne se comportent pax comme des ondes, elles ne se comportent pas comme des particules, elles ne se comportent pas comme des nuages, ni comme des boules de billard, ni comme des poids sur une corde, ni comme rien que vous ayez jamais vu.

Newton pensait que la lumière était faite de particules, mais on découvrit ensuite qu’elle se comportait comme une onde. Plus tard, cependant (au début du vingtième siècle), on trouvera que la lumière se comportait quelquefois comme une particule. Historiquement, l’électron, par exemple, fut d’abord supposé se comporter comme une particule, puis on trouva qu’ils se comortait en plusieurs points comme une onde. Il ne se comporte donc réellement ni comme l’une ni comme l’autre. A l’heure actuelle, nous avons abandonné ce dilemme et nous disons : « il n’est ni l’une ni l’autre ».

Il y a heureusement une issue : les électrons se comportent exactement comme la lumière. Le comportement quantique des objets atomiques (électrons, protons, neutrons, photons, etc.) est le même pour tous, ce sont des « ondes-particules » ou comme vous voudrez les appeler. Ainsi, ce que nous apprenons sur les propriétés de l’électron s’appliquera également à toutes les « particules », y compris les photons de lumière…

Le comportement atomique étant tout à fait différent de notre expérience quotidienne, il est très difficile de s’y habituer et il apparaît singulier et mystérieux à tout le monde – aussi bien au physicien expérimenté qu’au novice. Même les experts ne le comprennent pas de la façon dont ils le voudraient et c’est parfaitement normal qu’il en soit ainsi, puisque toute expérience humaine directe, et toute intuition humaine s’appliquent à de grands objets. Nous savons ce que font les grands objets mais à petite échelle les choses ne font rien de la même façon. C’est pourquoi nous ne pouvons rien apprendre d’elles par notre expérience immédiate, mais seulement en faisant appel à l’abstraction et à l’imagination…. Nous ne pouvons pas faire disparaître le mystère en « expliquant » pourquoi les choses sont ainsi. Nous vous dirons seulement « comment » les choses se passent. Et, en vous le disant, nous vous aurons donné les particularités fondamentales de toute la mécanique quantique…

Résumons les explications suivantes de Feynman. Suit la description de l’expérience de la source qui émet en direction de deux fentes avec, à l’arrivée, un écran qui capte les électrons ou le photons émis par la source et ayant franchi les fentes. C’est la fameuse expérience de Young. Feynman s’en sert pour montrer le caractère à la fois onde et corpuscule de la matière et de la lumière. Pour cela, on remarque que la probabilité d’un impact sur l’écran n’est pas la même pour des vaguelettes d’eau (imageant les ondes) et pour des balles (imageant les corpuscules). On remarque ensuite que la probabilité est la même pour de la matière ou de la lumière et que ce n’est ni des ondes ni des corpuscules. Apparemment, c’est parfois l’un et parfois l’autre. C’est comme des ondes si on ne cherche pas à savoir si le parcours s’est fait par une ou l’autre des fentes. Il y a alors interférences sur l’écran. C’est comme des particules, si on cherche à savoir par quelle fente le parcours s’est fait, par exemple en plaçant un dispositif de détection lumineux sur une des fentes. Mais, s’il y a des interférences sur l’écran, il n’empêche qu’elles sont formées par un grand nombre d’arrivées sur l’écran, arrivées qui, elles, sont ponctuelles comme pour des corpuscules.

Tout cela est tout à fait mystérieux. Et plus on y pense et plus cela paraît mystérieux. Beaucoup d’idées ont été élucubrées pour essayer d’expliquer la probabilité en termes de chemins compliqués qu’emprunteraient les électrons (ou les photons) pour passer à travers les trous….

Nous concluons ainsi : les électrons (ou les photons) arrivent en paquets, comme des particules, et la probabilité d’arrivée de ces paquets est distribuée comme l’intensité d’une onde. C’est dans ce sens que les électrons (comme les photons) se comportent « quelquefois comme des particules et quelquefois comme des ondes ».

Dès que nous avons réussi à observer par quel trou chaque électron (ou photon) passait, nous n’obtenons plus l’ancienne courbe d’interférence. Si nous éteignons la lumière (pour détecter le passage), la courbe d’interférence est restaurée…

On aimerait encore demander : « comment cela marche-t-il ? Quel mécanisme y a-t-il derrière cette loi ? » Personne n’a jamais trouvé de mécanisme derrière la loi. Personne ne peut « expliquer » plus que nous n’avons « expliqué ». Personne ne vous donnera une description plus profonde de la situation. Nous n’avons pas la moindre idée d’un mécanisme plus fondamental dont on pourrait déduire les résultats précédents.

Implications philosophiques

Nous allons discuter brièvement quelques-unes des implications philosophiques de la mécanique quantique. Comme toujours, il y a deux aspects du problème : d’une part les implications philosophiques de la physique, et d’autre part l’extrapolation de sujets philosophiques dans d’autres domaines. Lorsque des idées philosophiques associées avec la science sont appliquées à d’autres domaines, elles sont d’habitude complètement distordues. Nous allons, autant que possible, limiter nos remarques à la physique.

Tout d’abord, l’idée la plus intéressante est celle du principe d’incertitude ; faire une observation affecte un phénomène. On a toujours su que faire des observations affectait les phénomènes, mais le point important est que cet effet ne peut pas être négligé ou minimisé ou rendu arbitrairement petit en arrangeant l’appareil. Lorsque nous observons un certain phénomène, il n’y a rien à faire pour éviter de perturber le système ; il y a une perturbation minimum et « elle est nécessaire à la cohérence de l’interprétation ».

L’observateur était quelquefois important en physique préquantique, mais seulement d’une façon triviale. On a soulevé la question : si un arbre tombe au milieu d’une forêt et s’il n’y a personne pour l’entendre tomber, fait-il du bruit ? Un « véritable » arbre tombant dans une « véritable » forêt fait évidemment du bruit même si personne n’est présent. Même si personne n’est là pour l’entendre, il y a d’autres traces qui restent. Le son aura secoué quelques feuilles, et si nous étions suffisamment attentifs nous pourrions trouver que quelque épine a frotté contre une feuille et a fait une petite rayure qui ne pourrait pas être expliquée, sauf si nous supposions que la feuille vibrait. Il nous faudrait donc admettre, en un certain sens, qu’il y a eu un son de produit. Nous pourrions demander : y eut-il une « sensation » de son ? Non, car les sensations ont à faire avec la conscience, probablement. Et nous ne savons pas si les fourmis sont conscientes, et s’il y avait des fourmis dans la forêt ou encore si l’arbre était conscient. Laissons le problème à ce point.

Une autre chose sur laquelle les gens ont beaucoup insisté depuis que la mécanique quantique a été développée est l’idée que nous ne devrions pas parler de choses que nous ne pouvons pas mesurer. En fait la théorie de la relativité dit aussi cela. Une chose n’a aucune place dans la théorie, sauf si elle peut être définie par une mesure. Et, comme on ne peut pas définir par la mesure une valeur précise de l’impulsion d’une particule localisée, l’impulsion n’a par conséquent aucune place dans la théorie. L’idée que c’était là ce qui n’allait pas dans la théorie classique est une idée fausse, qui vient d’une analyse grossière de la situation. Ce n’est pas parce que nous ne pouvons pas mesurer l’impulsion et la position simultanément que, a priori, nous ne pouvons pas en parler. Cela signifie seulement que nous n’avons pas besoin d’en parler.

Dans les sciences, la situation est la suivante : un concept ou une idée qui ne peuvent pas être mesurés ou qui ne peuvent pas être reliés directement à l’expérience peuvent être utiles ou ne pas l’être. Ils ne sont pas nécessaires dans la théorie. En d’autres termes, supposons que nous comparions la théorie classique du Monde avec la théorie quantique du Monde et supposons qu’il soit vrai expérimentalement que nous ne puissions mesurer l’impulsion et la position qu’approximativement. La question qui se pose est de savoir si les idées de position exacte et d’impulsion exacte d’une particule sont valides ou non. La théorie classique admet les idées, la théorie quantique ne les admet pas. Ceci ne veut pas dire, en soi, que la théorie classique était fausse. Lorsque la nouvelle mécanique quantique fut découverte, les physiciens classiques – ce qui incluait tout le monde sauf Heisenberg, Schrödinger et Born – dirent « écoutez, votre théorie n’est bonne à rien puisque vous ne pouvez pas répondre à des questions comme : quelle est la position exacte de la particule ? par quel trou passe-t-elle ? et quelques autres. « La réponse de Heisenberg fut : « je n’ai pas besoin de répondre à de telles questions parce que vous ne pouvez pas les poser expérimentalement. » Nous n’avons pas à nous les poser.

Considérons deux théories (a) et (b) ; (a) contient une idée qui ne peut pas être vérifiée directement mais qui est utilisée dans l’analyse, et l’autre (b) ne contient pas cette idée. Si elles sont en désaccord dans leurs prédictions on ne peut pas prétendre que (b) est fausse du fait qu’elle ne peut pas expliquer l’idée de (a) puisque cette idée est l’une des choses qui ne peut pas être vérifiées directement. Il est toujours bon de connaître les idées qui ne peuvent pas être vérifiées directement, et il n’est pas nécessaire de les supprimer. Il n’est pas vrai que nous puissions faire avancer la science en n’utilisant que les concepts qui sont directement sujets à l’expérience.

Dans la mécanique quantique elle-même, il y a une amplitude de probabilité, et il y a beaucoup d’autres concepts que nous ne pouvons pas mesurer directement. Le fondement de la science est sa capacité à prédire. Prédire signifie dire ce qui se produira dans une expérience qui n’a encore jamais été faite. Comment pouvons-nous faire cela ? En supposant que nous savons ce qui est là, indépendamment de l’expérience. Nous devons extrapoler les expériences dans une région où elles n’ont jamais été faites auparavant. Nous devons prendre nos concepts et les étendre à des domaines où ils n’ont encore jamais été vérifiés. Si nous ne faisons pas cela, nous ne pouvons pas prédire. Il était donc parfaitement raisonnable pour le physicien classique de continuer gaiement son chemin et de supposer que la position – qui de toute évidence a une signification pour une balle – a aussi une signification pour l’électron. Ce n’était pas de la stupidité. C’était une façon raisonnable de procéder. Aujourd’hui, nous disons que la relativité est vraie à toutes les énergies, mais, un de ces jours, quelqu’un peut très bien arriver et nous montrer combien nous étions stupides. Ce n’est qu’en prenant nos responsabilités que nous pouvons savoir que nous sommes « stupides », si bien que toute l’idée est de prendre nos responsabilités. Et la seule façon de nous apercevoir que nous sommes dans l’erreur est de découvrir d’abord « quelles » sont nos prédictions. Il est absolument nécessaire d’échafauder des constructions de l’esprit.

Nous avons déjà quelques remarques sur l’indéterminisme de la mécanique quantique. Plus précisément sur le fait que nous sommes incapables de prédire ce qui arrivera dans des conditions physiques données, définies aussi soigneusement que possible. Si nous prenons un atome qui est dans un état excité et qui est sur le point d’émettre un photon, nous ne pouvons pas dire « quand » il émettra le photon. Il a une certaine amplitude pour émettre le photon à n’importe quel instant et nous pouvons seulement prédire la probabilité d’émission ; nous ne pouvons pas prédire le futur exactement. Ceci a donné lieu à toutes sortes de non-sens et de questions sur la signification du libre arbitre, et sur l’idée que le monde est incertain.

Il nous faut donc bien insister sur le fait que la physique classique est aussi non déterministe, en un certain sens. On considère d’habitude que cet indéterminisme, le fait que nous ne pouvons pas prédire le futur, est une caractéristique importante de la mécanique quantique et on dit aussi que cela explique le comportement de l’esprit humain, le sentiment de libre arbitre, etc. Mais si le monde « était » classique, - si les lois de la mécanique étaient classiques – il n’est pas évident que l’esprit humain s’en trouverait changé. Il est vrai classiquement que si nous connaissions la position et la vitesse de chaque particule dans le monde, ou dans une boite pleine de gaz, nous pourrions prédire exactement ce qui arrivera. Et par conséquent le monde classique est déterministe. Supposons cependant, que nous ne disposions que d’une précision limitée et que nous ne sachions pas exactement où est cet atome à mieux que, disons, un milliardième près. Alors, lorsque cet atome se déplace, il bouscule d’autres atomes, et comme nous ne connaissions pas sa position à mieux d’un milliardième, nous trouvons une erreur sur la position encore plus grande après la collision. Et bien entendu, celle-ci est amplifiée par la collision suivante si bien que, si nous partons avec seulement une très petite erreur, celle-ci est rapidement magnifiée et devient une très grande incertitude. Pour donner un exemple : lorsque de l’eau tombe du haut d’une digue, elle éclabousse. Si nous nous tenons tout près, une goutte atterrira sur notre nez de temps à autre. Cela semble complètement aléatoire et cependant un tel comportement serait prédictible par des lois purement classiques. La position exacte de toutes les gouttes dépend du mouvement précis de l’eau avant qu’elle n’atteigne la digue. Comment ? Les plus petites irrégularités sont amplifiées en tombant, si bien que nous obtenons une distribution complètement au hasard. Manifestement, nous ne pouvons pas réellement prédire la position des gouttes sauf si nous connaissons le mouvement de l’eau avec une « exactitude absolue ».

Pour être plus précis, étant donné une précision arbitraire, et aussi grande soit-elle, on peut trouver un intervalle de temps assez grand pour que nous ne puissions pas faire de prédictions valides après un tel intervalle.

Maintenant, le point important est que cet intervalle de temps n’est pas très grand. Ce n’est pas un million d’années si la précision est d’un milliardième. Le temps ne croît en fait que logarithmiquement avec la précision, et il se trouve que nous perdons toute notre information en un temps très, très petit. Si la précision est choisie de l’ordre de un milliardième de milliardième de milliardième – et quelque soit le nombre de milliards que nous prenions – tant que nous nous arrêtons quelque part – nous trouvons un temps plus court que le temps qu’il nous a fallu pour énoncer la précision – après quoi nous ne pouvons plus prédire ce qui se passera. Par conséquent, il n’est pas juste de dire que nous aurions dû réaliser plus tôt que le déterminisme classique ne permettait même pas d’espérer comprendre l’apparente liberté et l’indéterminisme de l’esprit humain, pas plus qu’il n’est juste d’accueillir la mécanique comme nous délivrant d’un univers « complètement mécanique ». Car, d’un point de vue pratique, il y avait déjà indéterminisme en mécanique classique….

Ce qui est habituellement appelé mécanique quantique est tout à fait simple. Les mathématiques qui sont requises sont particulièrement simples ; elles ne comprennent que de simples opérations algébriques et pas d’équations différentielles ou, tout au plus, quelques-unes parmi les plus simples. Le seul problème est que c’est un grand pas que de renoncer à décrire « en détail » le comportement des particules dans l’espace…

Bien entendu, la difficulté en la matière vient de ce que le comportement des choses en mécanique quantique est tout à fait étrange. Personne n’a une expérience quotidienne sur laquelle s’appuyer pour obtenir une idée grossière et intuitive de ce qui peut se passer. »

Notre article a pour but de souligner que, contrairement à l’époque où Feynman écrivait, on peut tout à fait admettre les principes de la physique quantique sans renoncer définitivement à « décrire en détails » ce qui se passe quand… Il ne s’agit pas de revenir pourtant à la physique classique mais de montrer que les électrons et les photons ne sont pas classiques car ce ne sont pas des objets mais des propriétés qui sautent d’un objet à un autre et que les objets sont issus du vide quantique qui entoure les corpuscules et qui les fondent…

Mais remarquons d’abord que, tout en donnant un développement d’idées philosophiques tirées de ses connaissances en physique, Feynman est très réticent vis-à-vis des philosophies et des philosophes. Et pourtant il clame : « Il est absolument nécessaire d’échafauder des constructions de l’esprit. » !!!!

Remarquons également qu’en refusant d’étudier les philosophes, tout en voulant philosopher sur les résultats des sciences, il agit comme s’il voulait faire avancer la physique en ne cherchant pas à connaître les connaissances en physique de ses prédécesseurs. Gageons qu’il n’irait pas bien loin en agissant ainsi…

Remarquons enfin que, si les Einstein, Schrödinger, Planck, Poincaré ou Bohr avaient de solides connaissances philosophiques, Feynman et les physiciens contemporains prétendent souvent s’en passer, ce qui ne peut que les affaiblir dans leurs raisonnements philosophiques, raisonnements pourtant indispensables. Le fait que Feynman, dans un cours de physique pour l’université, se sente obligé de faire tout un chapitre de philosophie en témoigne suffisamment.

Les explications philosophiques de Feynman, un des plus grands physiciens contemporains et spécialiste de la physique quantique, peuvent étonner par leur caractère assez laborieux. Ses connaissances physiques sont indiscutables et ses raisonnements sur ce terrain très éclairants mais il n’a, de manière évidente, que peu de connaissances philosophiques. Sa discussion sur l’existence de la réalité en l’absence d’une conscience humaine est tout à fait étonnante et montre à quel point en sont arrivés en philosophie un certain nombre de physiciens quantiques. Ils avaient constaté que l’action du physicien modifiait les résultats de l’expérience et ils en ont parfois déduit que c’était la conscience humaine qui décidait de ce que faisait la nature ! Il faut dire que Feynman ne veut absolument pas se référer à des philosophies. Un peu comme s’il voulait faire de la physique sans se référer aux physiques précédentes : il n’irait pas bien loin en physique ! Et il ne va pas bien loin en philosophie ! Rappelons que les physiciens actuels, pour la plupart n’ont pas eu une grande formation en philosophie et sont resté très frileux par rapport à la philosophie même, comme on vient de le constater, si leur matière les contraint à philosopher par eux-mêmes. Si les Einstein, Planck ou Bohr avaient de fortes références philosophiques et s’en revendiquaient ouvertement, ce n’est plus le cas et la plupart des scientifiques se piquent de ne pas philosopher sur la science ou seulement d’admettre qu’on puisse étudier l’histoire de la connaissance scientifique mais pas la science elle-même sous l’angle philosophique. Comme chacun sait, notre site combat cette thèse intellectuellement barbare et retardataire.

Lisons intégralement Feynman dans « Leçons sur la Physique »

La Physique de Feynman

Voilà donc ce qu’était le point de vue de Feynman, c’est-à-dire un point de vue qui précède, en grande partie, les derniers développements de la physique du vide quantique, même si Feynman a été l’initiateur de ces développements.

La physique quantique nous condamne-t-elle à ne pas décrire du tout la réalité sous-jacente aux lois de la physique ? C’est du moins ce qu’on a longtemps affirmé. Voir ici : L’interprétation de Copenhague

Et la physique est souvent devenue purement mathématique, se contentant d’équations et refusant de se reposer des questions du type « qu’est-ce qui se passe quand… » : voir ici

Mais des physiciens ne s’en contentent pas…

Le physicien Léon Léderman se révolte : « Si l’électron est un point, où se trouve la masse, où se trouve la charge ? Comment savons-nous que l’électron est un point ? Peut-on me rembourser ? »

Ainsi, Jean-Claude Auffray répliquait dans « L’atome » :

« On ne peut en rester à parler de dualité, de complémentarité et d’incertitude quantique. (....) rappeler que la physique quantique ne correspond pas au bon sens, qu’elle est probabiliste et non descriptive, ou encore qu’elle ne permet que des calculs et non des interprétations. Pour s’en convaincre, il suffit de remarquer que les termes d’onde et de corpuscule continuent d’être employés sans avoir été remplacés par des notions plus adéquates, alors que l’on sait depuis longtemps qu’il n’existe ni onde ni corpuscule…. Certains continuent même à parler d’énergie (ou de quantité de mouvement) pour l’élémentarité (de la lumière ou de la matière), alors que l’on sait depuis longtemps que l’élémentarité, que l’élément commun de la matière et de la lumière (et aussi du vide) dans tous leurs états, ne peut être qu’une action, c’est-à-dire un moment cinétique (produit d’une énergie et d’un temps ou d’une distance par une quantité de mouvement)… Le passage du quantum d’action au quantum d’énergie constitue, selon moi, une regrettable erreur d’aiguillage… Richard Feynman demandait à son fils : « Lorsqu’un atome fait une transition d’un état à un autre, il émet un photon. D’où vient le photon ? » (…) Dans la terminologie de Feynman, le quantum est un photon virtuel. »

Faire appel au virtuel, c’est expliquer matière et lumière par la description de ce qui se passe dans le vide quantique.

Qu’est-ce que le virtuel ?

Le chercheur en physique Christophe Schiller écrivait ainsi dans son article « Le vide diffère-t-il de la matière ? » dans l’ouvrage collectif dirigé par Edgard Gunzig intitulé « Le vide » :

« La matière et le vide se mêlent aux dimensions de Planck. (...) ce que l’on appelle matière et vide sont deux aspects différents d’une même ’’soupe’’ de constituants. »

Qu’est-ce que le vide ?

Lire encore sur le vide

Mais d’abord, pourquoi le vide contiendrait-il quelque chose qui expliquerait matière et lumière ?

Le réel n’est pas la succession temporelle, linéaire, logique et graduelle des états actuels

La matière, émergence de structure au sein du vide

Lumière et matière obéissent à des lois issues du vide : voir ici

Elle affirme que nous n’avons pas affaire, en physique, à des objets qui se déplacent sur un fond indifférent : voir ici

Des structures émergentes au lieu d’objets fixes ? Comment est-ce concevable ? voir ici

« Cette description des particules, entremêlant les propriétés des ondes et celles des corpuscules, est révolutionnaire. Elle met en relation des images que notre esprit isole dans des catégories distinctes, voire opposées. L’étrangeté de la chose vient de ce que toutes les particules, qu’elles soient de lumière ou de matière, nous appariassent soit comme des ondes (elles peuvent interférer – l’interférence est une addition qui est inhibitrice) soit comme des corpuscules (elles semblent ponctuelles quand on détecte leur position), mais elles ne sont ni des ondes ni des corpuscules. (…) Puisque les concepts d’onde et de corpuscule apparaissent mutuellement exclusifs en même temps qu’indissociables, il n’existe aucune possibilité de définir leur sens au moyen, d’une seule expérience. On ne peut pas les combiner en une seule image. Néanmoins, ils sont nécessaires l’un à l’autre pour épuiser tous les types d’information que nous pouvons obtenir sur un objet quantique à l’aide des divers appareils de mesure. (…) Dans la bouche de Niels Bohr, le mot complémentarité n’est pas à prendre dans son sens usuel. La complémentarité ne signifie nullement pour lui quelque chose comme « collaboration » ou « association ». La dualité n’est pas un duo, l’association de l’onde et du corpuscule n’est pas une synthèse. Elle incluse toujours au contraire l’exclusion mutuelle et la disjonction des éléments qu’elle met en vis-à-vis. Il faut la voir comme une sorte de paradoxe irréductible qui lie un concept à sa négation. (…) Comme nous dit John Bell, dans la bouche de Niels Bohr, (…) la complémentarité est proche du concept de contradiction (…) Contradiction est le mot fétiche de Bohr, comme l’ont fait remarquer Wootters et Zurek dans un article de 1979. » écrit Etienne Klein dans « Dictionnaire de l’ignorance »

La nature a longtemps été prise pour un ensemble d’objets fixes pouvant être mis en mouvement, modifiés ou cassés par une force externe. Cette image statique, stable, sans dynamique interne, est morte. Dans tous les domaines, elle fait place à une image dynamique. Au lieu de "choses" fixes, on fait appel à des structures issues de l’agitation sous-jacente. La structure n’est qu’un mode selon lequel l’ensemble est globalement stable bien qu’en continuel changement. Les molécules du nuage changent, bougent, échangent de l’énergie, et cela même quand l’apparence extérieure du nuage reste inchangée. La stabilité de température n’est pas fondée sur l’absence d’agitation mais sur une agitation moyenne. Les éléments composants changent eux-même sans cesse, comme c’est le cas des cellules d’un être vivants, ou encore de ses molécules formant ses composants biochimiques. Il n’y a pas si longtemps, on voyait encore la matière comme une construction basée sur des objets fixes. Avec des atomes, on fabriquait des molécules. Avec des électrons et des noyaux, on fabriquait des atomes. Avec des neutrons et des protons, on fabriquait des noyaux atomiques. Les particules élémentaires semblaient des objets fixes, capables seulement de se déplacer, de s’attirer, de se repousser, de se rapprocher ou de se choquer. L’électron était un individu auquel arrivait des rencontres comme à n’importe quel individu, rencontres au travers desquelles il restait lui-même. On se demandait seulement si l’électron était élémentaire ou composite. Les caractéristiques de l’électron (masse, charge, vitesse, énergie, etc... ) semblaient être la preuve de la conservation d’un même objet au cours du temps.

Aujourd’hui, il en va tout autrement. L’électron n’est plus du tout vu comme un objet individuel, existant de manière stable à une seule échelle, mais comme un phénomène, une propriété qui se déplace, qui saut d’une particule à une autre au sein d’un nuage de points. C’est l’agitation du vide qui permet l’existence de l’électron comme des autres particules, agitation qui se manifeste par des apparitions et des disparitions de couples particule/antiparticule. Le noyau de l’atome lui-même n’existe que du fait d’une incroyable agitation formée non seulement par le vide mais par des myriades de particules éphémères et par des multiples échanges entre protons et neutrons et non par une fixité des neutrons et des protons.

Il apparaît donc aujourd’hui que la nature, à toutes les échelles, est formée de structures et non d’objets, des structures dissipatives donc fondées sur une agitation et tirant leur énergie du désordre sous-jacent, ces structures, espèces de membranes entourant des domaines, étant les seuils entre des désordres à plusieurs niveaux. Les désordres sont eux-mêmes le produit du combat permanent des forces contradictoires, des tendances opposées qui l’emportent ou s’inhibent mutuellement alternativement. Les constantes ne sont rien d’autre que les seuils entre deux désordres.

Le nuage, la ville, l’homme, le noyau atomique, l’électron, la plante, la bactérie sont de telles structures dissipatives qui ne peuvent nullement être décrits comme des objets indépendants, individuels et fixes mais, au contraire, comme des produits d’une agitation extérieure permanente. Sans l’agitation du vide, pas de matière. Sans agitation des molécules, pas de structures des cristaux. Sans agitation des échanges commerciaux et de la production, pas de villes.

Voici se qu’écrit James Trefil de l’Université George Mason de Virginie : "Bien qu’on se représente habituellement le noyau comme un ensemble statique de protons et de neutrons, il est en réalité un lieu essentiellement dynamique. Des particules de toutes sortes s’y déplacent en tous sens et à toute allure, se percutant les une les autres, subissant créations et destructions selon que leur énergies sont converties en masse ou leurs masses en énergie. (...) Depuis les années cinquante, plus de deux cents de ces particules ont été découvertes à l’intérieur du noyau."

Dans cette dynamique, la notion d’individu isolé ou d’équilibre statique n’a pas de sens. Il n’y a pas plus de noyau fixe ou de proton fixe que d’électron fixe, envisageable en tant qu’individu égal à lui-même. L’individu particule n’existe pas plus que l’étoile isolée, sans galaxie et amas de galaxie. Pas plus que l’homme isolé de son univers humain, social, culturel et matériel.

Donnons un exemple de l’interprétation de la physique de la matière qui découle de cette vision de la matière-vide :

La matière dite réelle est, rappelons-le, de la matière virtuelle qui a reçu un boson de Higgs, c’est-à-dire une énergie. Le vide est formé de quantons de matière virtuelle. Les particules réelles échangent des photons en séparant les eux pôles du photon : les deux quantons virtuels (électron et positron virtuels).

Le spin d’une particule pourrait être lié au vide quantique de la manière suivante : il représenterait non une rotation de la particule mais une rotation du vide (constitué de particules et d’antiparticules virtuelles) autour de la particule. Ces quantons virtuels repoussés par la particule auraient un tel mouvement de rotation soit dans un sens soit dans l’autre, ce qui donnerait les spins up et down.

Le spin signifie que chaque électron peut être considéré comme un minuscule aimant. Bizarre quand on sait qu’une seule charge électrique ne peut pas être considérée comme un aimant. Mais, en fait, chaque électron de matière est entouré de quanta virtuels, les plus proches étant d’électricité opposée, ont tendance à se coupler avec l’électron de matière, créant ce fameux dipôle qui donne un champ magnétique et donc un spin de rotation. Et, en même temps, le couplage entre l’électron de matière et un positron virtuel produisent un photon qui est émis. En se liant à l’électron de matière, le positron virtuel a relâché un électron virtuel avec lequel il était couplé et qui reçoit l’énergie de l’émission du photon, ce qui lui permet de devenir, lui, l’électron de matière, alors que l’ancien électron de matière est, lui, devenu électron virtuel. Nous avons là une description de la formation des aimants de matière qui forment le spin mais également l’explication des sauts de l’électron. Il ne s’agit pas de sauts en tant que mouvement mais de sauts de la propriété « de matière » d’une particule à une autre.

Tentons de donner cette fameuse « description de ce qui se passe quand », celle par exemple de la fameuse expérience des fentes de Young, qui interroge tellement les physiciens quantiques.

Supposons que la particule dite réelle (comme électron ou proton) soit un nuage de particules virtuelles (et d’antiparticules) issues du vide (et aussi de couples particule/antiparticule que sont les bosons), nuage qui aurait la particularité que l’une de ces particules virtuelle a reçu un boson de Higgs. Eh bien, au bout d’un temps très court, elle transmet son boson à une particule virtuelle proche, le virtuel devient réel et inversement. La particule semble avoir fait un saut… Comme ce temps est bien plus court que les temps observables avec nos appareils (y compris l’appareil observateur humain), nous ne pouvons pas dire exactement où est la particule et nous ne pouvons pas la suivre le long d’une trajectoire continue puisque la propriété liée au Higgs (la masse) a sauté d’une particule à une autre. Nous remarquons également qu’il n’y a pas eu, à proprement parler, de mouvement d’un point à un autre, passant par les points intermédiaires. Nous remarquons enfin que la position et le « mouvement » de la propriété que nous a appelons « particule dite réelle » n’est pas liée à un seul et même objet mais à tout un essaim appelé « nuage de polarisation » et qu’il y a un lien entre la position et le mouvement apparent de cette particule réelle. Plus nous voulons connaître précisément la position, plus nous faisons la mesure dans un temps court et plus ce que nous mesurons est la grande agitation des particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent dans le vide quantique. C’est ce que nous appelons l’ « incertitude d’Heisenberg ».

Basarab Nicolescu écrit dans “Nous, la particule et le Monde” :

« Le Vide quantique - un vide “plein” : (...) Quand nous pénétrons dans une région de plus en plus petite de l’espace nous découvrons une activité de plus en plus grande, signe d’un perpétuel mouvement. La clef de la compréhension de cette situation paradoxale est fournie à nouveau par le principe d’incertitude de Heisenberg. Une toute petite région de l’espace correspond, par définition, à un temps très court et donc, conformément au principe de Heisenberg, à un spectre très large d’énergies. Par conséquent, pour des intervalles de temps très courts, la loi de conservation d’énergie peut être violée : tout se passe comme si les quantas de matière sont créées à partir de rien. Plus précisément, les “fluctuations quantiques” du vide déterminent l’apparition soudaine de paires particules-antiparticules “virtuelles” qui s’annihilent ensuite réciproquement, ce processus ayant lieu dans des intervalles de temps très courts. »

Est-ce que nous pouvons montrer le lien entre une telle description et des expériences pour lesquelles la physique quantique a dit ne pas disposer de description ?

Prenons ainsi l’expérience des fentes de Young par lesquelles on envoie des photons ou des électrons.

Le photon ou l’électron ne sont pas de simples corpuscules "nus". On dit qu’ils sont "habillés", c’est-à-dire entourés de leur nuage de particules et antiparticules virtuelles qui le guident. Le corpuscule passe par une seule des deux fentes mais celles-ci étant très proches l’une de l’autre, le nuage vurtuel, lui, passe par les deux et il guide à l’extérieur le corpuscule en fonction d’une interférence entre les deux parties du nuage de polarisation, parties qui sont passées par chacune des fentes.

Dans un premier temps, Young n’a démontré qu’une chose : la lumière est une onde puisqu’en passant par deux fentes, elle se recompose en formant des interférences comme le feraient des ondes dans l’eau passant par deux fentes. Dans un deuxième temps, Taylor a diminué la puissance de la lumière en la descendant au minimum, en fait en descendant au niveau d’un quanta de lumière. Résultat : il ne passe qu’un seul photon qui passe dans les deux fentes et reconstitue les interférences si on continue à faire passer pendant des heures des photons un par un. Cela signifie que les interférences ne sont pas celles d’une même onde matérielle mais des figures constituées statistiquement et que les interférences ont lieu en même temps que les impacts individuels, discrets et donc manifestations de corpuscules. La réalité est donc à la fois de type corpusculaire et ondulatoire, ce qui est pourtant contradictoire car ces deux images sont contraires. A moins de construire une image à un niveau hiérarchique inférieur de la réalité : celle du vide, de décrire la manifestation corpusculaire et la manifestation ondulatoire, tous les deux à partir des réalités du vide... A ce moment-là, on va remarquer que la particule habituelle est formée d’un nuage de particules inhabituelles (celles du vide, éphémères, et dites pour cela virtuelles car leur temps de vie est trop court pour être capté par des expériences à notre échelle) et que l’onde est formée également par ce nuage de particules et antiparticules virtuelles. Et on va pouvoir expliquer ce qui se passe : le corpuscule ne passe que par une fente mais le nuage virtuel passe par les deux et il guide le corpuscule à la sortie des fentes. J’essaie de décrire brièvement malgré la complexité. Comment le corpuscule et l’onde peuvent tous deux être des produits du nuage virtuel ?

Le corpuscule parce que celui-ci n’est pas un objet fixe mais une propriété de masse qui passe d’une particule virtuelle à une autre via le boson de Higgs.

L’onde parce qu’elle est issue des mouvements des particules virtuelles autour du corpuscule.

Quand la particule interfère avec elle-même comme dans l’expérience des fentes de Young, la seule interprétation possible est qu’elle a à la fois traversé les deux fentes. ce n’est pas le corpuscule mais le nuage qui traverse les deux et qui interfère avec lui-même en modifiant ainsi les probabilités de présence.

Quand la particule est à la fois onde et corpuscule, c’est-à-dire avant mesure ou observation, c’est parce qu’elle est un corpuscule habillé. Quand il y a "réduction du paquet d’ondes", cela signifie que la disparition du corpuscule (mesure par un écran par exemple ou par un compteru de particules) entraîne insatnatanément celle du nuage. Quand une charge "sent" la charge e de l’électron, c’est le produit de l’action de l’ensemble des charges virtuelles du nuage car il y a dans le nuage des particules et des antiparticules virtuelles chargées électriquement qui se positionnent en couches autour de la particule et "écrantent" celle-ci.

Quand deux particules de charges opposées ne tombent pas l’une sur l’autre, cela provient encore une fois de la dynamique que représente le corpuscule et son nuage.

Quand une particule passe dans un trou suffisamment petit, elle perd momentanément son nuage et du coup son orientation. C’est la diffraction.

Quand la particule passe dans un "tunnel", elle se déplace quasi instantanément car elle perd momentanément son nuage. C’est son nuage qui freine la particule, définissant ainsi sa masse et sa vitesse.

etc, etc....

Concluons avec Maurice Jacob dans "Au coeur de la matière" :

« En physique quantique, il faut renoncer à considérer une particule comme parfaitement localisable. (...) Ce flou quantique peut heurter l’intuition naturelle (...) ne peut-on envisager l’observation d’un électron pendant un temps très court durant lequel il ne pourrait parcourir qu’une petite partie de la distance associée à ce flou quantique ? C’est possible mais on ne peut plus distinguer dans ce cas l’électron des multiples autres particules (paires d’électrons et de positrons fugitifs du vide) qui peuvent être librement émises et réabsorbées durant ce temps très court. (...) Le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron (le positron est l’antiparticule de l’électron). Ce sont des paires virtuelles (...) L’électron de charge négative va attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. En approchant de l’électron, le photon va se voir entouré d’un "nuage" de charge positive dû aux positrons virtuels attirés. Il aura l’impression que la charge de l’électron est plus faible que celle annoncée. (...) la masse des particules vient de la structure du vide qui s’est figé au début de l’évolution de l’Univers (...) La diversité de la matière sort de la structure du vide. (...) le vide bouillonne d’activité, il peut même exister sous plusieurs formes et manifester une structure. (...) Ce bouillonnement d’activité est de nature quantique. »

Matière et mouvement

Puis un exposé du problème que nous pose le « flou quantique »

Peut-on comprendre la théorie quantique ?

Une manière de nous interroger sur ce que nous apprend la physique quantique

Comment interpréter la physique quantique, d’après Etienne Klein

Comprenons-nous vraiment la mécanique quantique ?

Sources et évolution de la physique quantique

Nous, la particule et le monde

La physique et l’énigme du réel

Les indispensables de la mécanique quantique

Expliquer simplement la physique quantique

Un exposé sur la physique quantique

Un deuxième exposé de physique quantique

Les paradoxes de la physique

Les "mystères" de la physique ne peuvent être interprétés que comme des manifestations de la discontinuité du vide quantique, milieu qui, loin d’être vide, est le véritable siège de la matière

Quelle est la structure de la matière et du vide - ou comment la matière est virtuelle et le virtuel est matière

Une hypothèse sur l’origine quantique virtuelle de la gravitation entre particules de masse inerte

Quel lien entre espace, temps, matière, lumière et vide quantique ?

Peut-on décrire ce qui se passe dans une expérience de type quantique comme celle des fentes de Young ?

Mille et une interprétations des inégalités d’Heisenberg de la physique quantique

Pourquoi la physique quantique nous pose autant de problèmes philosophiques ?

Qu’est-ce que la physique quantique ?

Le monde matériel existe-t-il objectivement, en dehors de nos pensées ?

Les contradictions des quanta

Pourquoi la matière échappe à l’intuition et au bon sens

Mille et une interprétations des inégalités d’Heisenberg de la physique quantique

Matière et lumière dans le vide

Qu’est-ce que l’atome ? Qu’est-ce que la particule ? Qu’est-ce que l’électron ?

Qu’est-ce qui nous étonne, nous choque, nous bouleverse, renverse nos convictions habituelles quand on étudie la matière ? Qu’est-ce qui change notre philosophie ?

Et pourquoi cela exige de nous de la dialectique ?

Pourquoi Bohr et Heisenberg rejettent la dialectique des contradictions ?

6 Messages de forum

  • La thèse peut se résumer ainsi :

    « Les particules n’accèdent à l’existence dans le monde ordinaire que grâce à un processus de création-annihilation dans ce plein qu’est le vide. »

    Victor Weisskopf dans « La révolution des quanta »

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  • Qu’est-ce qui vous fait penser que le corpuscule et l’onde coexistent et interagissent dans la matière comme dans la lumière ?

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  • Un exemple qui montre que les images « corpuscule » et « onde » ne sont présentes alternativement et séparément mais simultanément.

    « Tout ce qui se déplace possède certains aspects d’une onde et certains aspects d’une particule… Un aspect ondulatoire de la lumière est sa fréquence, le nombre de fois par seconde où elle oscille. Un aspect corpusculaire de la lumière est son énergie ; chaque particule de lumière transporte une certaine quantité d’énergie. En mécanique quantique, l’énergie dans la représentation corpusculaire est toujours proportionnelle à la fréquence dans la représentation ondulatoire. »

    Lee Smolin dans « La renaissance du temps »

    Rajoutons que la relation fondamentale de la physique quantique, énergie E=h fois la fréquence, relie énergie corpusculaire et fréquence, pour tous les quanta de matière comme de lumière.

    L’équation de Schrödinger également est une relation entre corpuscule et onde.

    L’inégalité d’Heisenberg, elle aussi, relie des paramètres ondulatoires et des paramètres corpusculaires.

    Cela montre que l’onde et le corpuscule ne sont pas mondes séparés, qui n’interagiraient pas, comme le pensait Bohr, pas plus que le monde classique et le monde quantique.

    Lee Smolin explique ainsi dans « La renaissance du temps » :

    « Einstein mit en lumière il y a longtemps que la mécanique quantique est incomplète parce qu’elle échoue à donner une description de ce qui se passe dans une expérience individuelle. Que fait au juste l’électron lorsqu’il saute d’un état d’énergie à un autre ? Comment des particules trop éloignées l’une de l’autre parviennent-elles à communiquer instantanément ? Comment semblent-elles apparaître en deux endroits à la fois ? La mécanique quantique ne fournit pas de réponse… La mécanique quantique est une théorie problématique pour trois raisons étroitement liées. La première est son échec à donner une image physique de ce qui se passe dans un processus ou une éxpérience individuels : contrairement aux théories physiques précédentes, le formalisme que nous utilisons en mécanique quantique ne peut pas être lu comme nous montrant ce qui se passe à chaque instant. Deuxièmement, dans la plupart des cas elle échoue à prédire le résultat précis d’une expérience ; plutôt que de nous dire ce qui va se passer, elle ne nouus donne que des probabilités pour les différentes choses susceptibles de se produire. La troisième et plus problématique caractéristique de la mécanique quantique est que les notions de mesure, d’observation ou d’information sont nécessaires pour exprimer la théorie. Elles peuvent être vues comme des notions primitives ; elles ne peuvent pas être expliquées en termes de processus quantiques fondamentaux… Si vous voulez décrire complètement un système en physique classique, vous répondez à toutes les questions, et ceci vous donne toutes les propriétés. Mais en physique quantique, le dispositif dont vous avez besoin pour poser une question peut vous empêcher de répondre aux autres questions. Par exemple, vous pouvez demander ce qu’est la position d’une particule, ou vous pouvez demander ce qu’est le moment, mais vous ne pouvez pas poser ces deux questions à la fois. C’est ce que Niels Bohr a appelé la complémentarité, et c’est aussi ce que les physiciens signifient lorsqu’ils parlent de « variables non-commutatives »… Il est une tradition – commençant avec Niels Bohr – d’affirmer que l’échec de la théorie quantique à donner une image de ce qui se passe au cours d’une expérience individuelle est l’une de ses vertus et non pas un défaut. Bohr a argumenté avec talent que le but de la physique n’est pas de fournir une telle image mais plutôt de créer un langage grâce auquel nous pouvons parler entre nous de notre préparation des expériences sur des systèmes atomiques et de ce que les résultats nous ont donné. Je trouve les écrits de Bohr fascinants mais peu convaincants. Je ressens la même chose à propos de certains théoriciens contemporains, qui disent que la mécanique quantique ne porte pas « sur » le monde physique, mais sur l’ « information » que nous avons sur le monde physique. Ces théoriciens avancent que l’état quantique ne correspond à aucune réalité physique ; il ne fait que coder l’information que nous, observateurs, avons sur un système… Après tout, quelque chose se passe lors d’une expérience individuelle. Quelque chose, et seulement ce quelque chose, est la réalité que nous dénommons électron ou photon. Ne devrions-nous pas être capables de saisir l’essence de l’électron individuel dans un langage conceptuel et un cadre mathématique ? … Alors je me range aux côtés d’Einstein. Je crois qu’il existe une réalité physique objective et que quelque chose qu’on peut décrire se produit quand un électron saute d’un état d’énergie dans un autre. Et je cherche une théorie qui en donne cette description. »

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  • Ce qui empêche les particules de tomber les unes sur les autres malgré des « forces » qui les attirent (par exemple, l’électromagnétisme qui attire les particules d’électricités opposées plus et moins), c’est qu’autour de chaque particule réelle existe un nuage de particules virtuelles et que celles-ci, du fait des attractions (deux signes opposés s’attirent) et des répulsions (deux signes identiques se repoussent), ont tendance à constituer des couches autour de la particule de masse, couches successivement positives et négatives (on dit qu’elles « écrantent » la charge électrique). Cela signifie que la charge électrique est partiellement masquée à proximité. Si ce n’était pas le cas, elle aurait une énergie d’interaction infinie avec son environnement. Et, si elle s’approche trop, une particule porteuse d’une charge finit par être repoussée. Du coup, une particule de masse qui s’approche ne peut pas tomber sur une autre particule. Il y a d’autres aspects de cette stabilité. Notamment le fait que la matière ne se touche pas. Deux particules ne peuvent être dans une même position et dans un même état. Elles ne pourraient pas disposer au tour d’elles chacune de son nuage de polarisation, les deux nuages empêchent les deux particules de se trouver dans un même état. Les particules ne vont jamais se toucher ou rebondir les une sur les autres comme des balles de ping-pong, comme on l’imaginait. Pour se déplacer la propriété « matière » va sauter d’une particule virtuelle à une autre. Pour interagir deux matières vont échanger des photons (c’est-à-dire de la lumière ou, plus généralement, on dira que des fermions échangent des bosons). Mais ce n’est pas une transmission au sens classique puisque le photon se décompose et se recompose avec la particule en donnant une nouvelle particule et un nouveau photon. En effet, un photon n’est rien d’autre qu’un dipôle de deux particules virtuelles (une particule et son antiparticule) qui sont si rapprochées que l’on ne les distingue que lors de l’absorption. A proximité de la particule, le photon se polarise en grains positifs et négatifs et l’un d’entre eux s’attache à la particule pour donner un nouveau photon. Dans le vide les pôles opposés du photon, rencontrent rapidement les pôles virtuels du vide, s’éloignent qui se recomposent et ainsi de suite, de façon périodique et définit ainsi un battement. Le photon électromagnétique n’est donc pas un objet mais un processus dynamique fondé sur des contradictions dépassées puis recomposées. Et ce n’est qu’un exemple. Il en va de même des autres « particules d’interaction » comme le gluon. Le photon régit l’interaction des particules comme l’électron, le proton ou l’atome. Le gluon commande les interactions des quarks (chromodynamique quantique).

    Une matière qui absorbe un photon se couple avec le pôle d’électricité opposée, pour former un nouveau photon) et relâche l’autre pôle qui devient une particule. Tel est la procédure des émissions/absorptions de photons par la matière. Là encore, le virtuel est le niveau de la dynamique.

    Il en résulte que le monde dit « réel » a besoin pour exister réellement du monde dit « virtuel », qu’il est une simple déformation locale du monde virtuel, déformation qui n’est d’ailleurs sensible qu’à une certaine échelle. Dans le monde virtuel, des quanta apparaissent et disparaissent dans un temps donné, parce que le temps lui-même est agité en tous sens. Là encore, on est loin de nos conceptions usuelles. Notre monde, à l’échelle macroscopique, semble se modifier au sein d’un espace-temps qui sert de toile de fond, mais, au niveau quantique – tout particulièrement pour le vide quantique -, on s’aperçoit qu’il n’en est rien. Le virtuel n’a pas d’écoulement régulier du temps et ne connaît pas la flèche du temps (vers l’augmentation de l’entropie).

    Le champ, c’est la déformation géométrique des positions des particules et antiparticules virtuelles du vide quantique.

    Le quantum d’action est le médiateur de la force électromagnétique dans l’atome.

    Dans la terminologie de Feynman, le quantum d’action est un « photon virtuel ». Richard Feynman a décomposé tout ce qui peut arriver à un électron dans l’atome et qui détermine son mouvement ou sa transformation. Ce ne sont que des processus discontinus :

    a) Un électron absorbe un quantum provenant d’une source extérieure et change de direction dans l’espace

    b) Un électron émet un quantum qu’il réabsorbe aussitôt

    c) Un électron émet un quantum qu’il réabsorbe après avoir fait un demi-tour dans le temps

    d) Un électron apparaît subitement dans le vide, fait marche arrière dans le temps et disparaît, laissant le vide dans l’état premier. Entre temps, cependant, en « polarisant » le vide, cet électron a influencé son entourage.

    « Il y a de nombreux états du vide qui seraient difficilement interprétables en concevant l’espace comme « vide ». Un champ quantique a toujours une énergie de base résiduelle non nulle (…) activité résiduelle qui se maintient en l’absence d’excitations du vide sous formes de quanta, activité qui se manifeste dans les expériences. Si nous considérons le champ électromagnétique, par exemple, alors les fluctuations de celui-ci peuvent être interprétées comme des créations et annihilations spontanées de photons virtuels, ou de couples virtuels de particule/antiparticule (polarisation du vide). Quand le champ électromagnétique est en interaction, disons avec un électron (ou avec toute particule ou champ), la polarisation du vide peut produire des changements observables, comme ceux de la structure hyperfine de l’hydrogène (dédoublement des raies appelé effet Lamb shift). Dans la physique des particules, la notion d’état du vide joue un rôle croissant. Il y a plusieurs états du vide, avec notamment les notions de « faux vide », d’effet tunnel d’un état du vide à un autre (Coleman, 1977), d’états particuliers du vide (Emch, 1972), etc. (…) Mon opinion est que ces états du vide qui sont des niveaux de base se fondent sur une sorte de structure de niveau inférieur qui joue un rôle dans la structure inertielle de l’espace-temps (…) Ce qui apparaît du vide pour un observateur peut apparaître comme de la matière pour un observateur accéléré. » écrit B. J. Hiley dans « La philosophie du vide » (ouvrage collectif dirigé par Saunders et Brown).

    « Aujourd’hui, le vide est reconnu comme un milieu physique riche, sujet de transitions de phase, et dont la symétrie brisée par les fluctuations du vide qui ne s’éteignent pas sont à la base des propriétés de magnétisme qui sous-tendent l’émission, la propagation et l’absorption des particules. » écrit David Finkelstein dans « La philosophie du vide » (ouvrage collectif dirigé par Saunders et Brown).

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  • « En exergue de son livre An Introduction to the Meaning and Structure of Physics, Léon Cooper écrit, en français dans le texte : « S’il est vrai qu’on construit des cathédrales aujourd’hui dans la Science, il est bien dommage que les gens n’y puissent entrer, ne puissent pas toucher les pierres elles-mêmes ». »

    « Mécanique quantique » de Jean-Louis Basdevant et Jean Dalibard

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  • L’expérience des fentes de Young comme la dualité onde/corpuscule et toute la physique quantique ne peut pas être comprise sans comprendre que les "objets" quantiques ne sont pas véritablement des objets indépendants, individuels, mais des formations issues du vie quantique qui apparaissent et disparaissent successivement.

    « Les particules ne sont pas des objets identifiables. (...) elles pourraient être considérées comme des événements de nature explosive (...) On ne peut pas arriver – ni dans le cas de la lumière ni dans celui des rayons cathodiques - à comprendre ces phénomènes au moyen du concept de corpuscule isolé, individuel doué d’une existence permanente. »écrivait le physicien Erwin Schrödinger, dans « Physique quantique et représentation du monde ».

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