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Accueil du site > 01 - Livre Un : PHILOSOPHIE > LIVRE UN - Chapitre 02 : Matière à philosopher ? > La philosophie « réaliste » d’Einstein

La philosophie « réaliste » d’Einstein

dimanche 18 décembre 2016, par Robert Paris

« La lune existe même quand on ne la regarde pas. »

Albert Einstein

La philosophie « réaliste » d’Einstein

Einstein, on le sait, a combattu certaines conclusions scientifiques et philosophiques qu’il estimait être tirées abusivement par les premiers pas de la physique quantique : il leur a reproché de renoncer à la causalité, à la continuité, à la localité, au réalisme philosophique et au déterminisme en faveur d’un probabilisme fondamental et à la notion d’objectivité scientifique, de connaissance de la nature indépendante de l’observateur. Il a refusé de remplacer son concept de réalité par une onde de probabilité de présence…

Einstein conclue « L’évolution des idées en physique » par ces mots :

« La théorie des quanta a, à son tour, créé des formes nouvelles et essentielles de notre réalité. La discontinuité a remplacé la continuité. Au lieu de loi régissant des individus, apparurent des lois de probabilité. La réalité créée par la physique moderne est, en effet, très loin de la réalité du début de la science. Mais le but de toute théorie physique reste toujours le même. A l’aide des théories physiques nous cherchons à trouver notre chemin à travers le labyrinthe des faits observés, d’ordonner et de comprendre le monde de nos impressions sensibles. Nous désirons que les faits observés découlent logiquement de notre concept de réalité. Sans la croyance qu’il est possible de saisir la réalité avec nos constructions théoriques, sans la croyance en l’harmonie interne de notre monde, il ne pourrait pas y avoir de science. Cette croyance est et restera toujours le motif fondamental de toute création scientifique. A travers tous nos efforts, dans chaque lutte dramatique entre les conceptions anciennes et les conceptions nouvelles, nous reconnaissons l’éternelle aspiration à comprendre, la croyance toujours ferme en l’harmonie de notre monde, continuellement raffermie par les obstacles qui s’opposent à notre compréhension. »

A quoi s’oppose cette profession de foi scientifique ? Eh bien, au discours d’un grand nombre de physiciens des débuts de la physique quantique, autour de Bohr et d’Heisenberg, ce que l’on a appelé « l’école de Copenhague ».

Citons ainsi F. London et E. Bauer dans leur ouvrage « Exposés de Physique Générale » de 1939 :

« La théorie de l’observation en mécanique quantique

« On sait que la physique théorique s’est transformée depuis le début de ce siècle en une doctrine essentiellement statistique et que c’est la découverte des quanta qui a rendu cette révolution inévitable. L’objet principal de cette étude sera l’interprétation statistique du formalisme de la théorie quantique. Bien que ces questions d’interprétation fussent déjà réglées il y a environ dix ans (par W. Heisenberg, J.V. Neumann et P.A.M. Dirac), on rencontre encore souvent des idées assez vagues sur le sens de l’apparition des probabilités dans la physique moderne. D’après certains, ce caractère statistique serait un symptôme de ce que notre connaissance des lois atomiques est encore incomplète : il resterait à trouver des « paramètres cachés », déterminant les processus que, provisoirement, nous nous contentons de décrire en langage statistique. A les en croire, on pourrait espérer réussir quelque jour à refondre la théorie dans un moule déterministe. D’autres comprennent que c’est « l’action de l’observateur » qui est en jeu. Ils pensent parfois que celle-ci serait une action causale, mais incomplètement connue, parce qu’on ne sait jamais exactement dans quel état se trouve l’observateur. De là résulterait la dispersion statistique des mesures, dont il serait peut-être possible de prévoir les résultats exacts, si l’on pouvait mieux tenir compte de l’intervention de l’observateur. On a dit aussi que la loi de causalité serait peut-être valable mais inapplicable, parce qu’il n’y aurait aucun moyen de reproduire deux fois les conditions identiques. La discussion de ces questions n’est point un objet de spéculation, c’est un problème positif, qu’on doit traiter en appliquant la théorie quantique au processus même de mesure, sur lequel elle fournit des précisions essentielles. On peut se convaincre que les distributions statistiques, telles qu’elles sont données par la mécanique quantique et confirmées par l’expérience, ont une structure telle qu’elles sont données par la mécanique quantique et confirmées par l’expérience, ont une structure telle qu’elles ne peuvent pas être réduites à l’aide de paramètres cachés. Il ne s’agit pas, comme on l’a souvent prétendu, d’une question d’interprétation philosophique : la mécanique quantique devrait être « fausse objectivement », si les processus atomiques étaient déterminés en réalité et seulement connus incomplètement… C’est un trait assez général de la physique moderne que souvent ses conquêtes ne sont obtenues que par le sacrifice de certaines de nos convictions philosophiques traditionnelles… C’est ainsi que la discussion de ce formalisme (de la nouvelle mécanique quantique) nous apprit que le point de départ philosophique apparent de la théorie, l’idée d’un monde observable, totalement indépendant de l’observateur, était une idée vide. Sans avoir eu l’intention d’aborder une théorie de la connaissance, bien qu’ils fussent même guidés par une philosophie assez contestable, les physiciens furent entraînés, pour ainsi dire malgré eux, à découvrir que le formalisme de la mécanique quantique implique déjà une théorie bien définie de la relation entre l’objet et l’observateur, relation bien différente de ce réalisme naïf, qui semblait jusqu’alors une des bases nécessaires de toute science de la nature… L’emploi de conceptions statistiques en physique atomique est beaucoup plus ancien que la mécanique ondulatoire. Le premier pas en ce sens a peut-être été fait au moment où l’on décrivit par des lois de probabilité les décompositions radioactives spontanées. Bien entendu, on a pensé d’abord qu’il s’agissait d’un état de choses provisoire provenant de notre ignorance de ce qui se passe à l’intérieur des noyaux. Mais quand Bohr, évidemment guidé par une analogie avec ces conceptions statistiques, construisit son modèle d’atome avec ses sauts quantiques spontanés, et surtout quand Einstein établit sa démonstration célèbre de la loi fondamentale du rayonnement de Planck en prenant pour base l’idée de probabilités élémentaires de transition spontanée ou forcée (coefficients de probabilité A et B), on eut déjà le sentiment net que ces probabilités devraient être quelque chose de fondamental et d’irréductible. Dans un monde de phénomènes discontinus, l’apparition d’une forme statistique des lois élémentaires semblait presque inévitable. La théorie de Bohr, bien qu’elle ne fournit pas encore un schème mathématique complet et cohérent, permettait déjà de poser les questions principales auxquelles devait répondre plus tard la théorie quantique : dans une physique concernant des grandeurs dont les domaines de variation ne sont pas nécessairement continus ils ‘agit de savoir 1- quelles sont les valeurs possibles d’une grandeur physique ? 2- avec quelles probabilités sont-elles réalisées dans un système et dans des circonstances données ? (…) Déjà dans le mémoire classique (1926) où il posa les premières bases de l’interprétation statistique de la mécanique des quanta, Born remarqua que les probabilités qu’il y introduisait devaient avoir un caractère assez étrange et très différent de ce que l’on entend en général lorsqu’on parle de probabilités. C’est ce qu’il exprima sous une forme un peu paradoxale : « Bien que les mouvements des particules ne soient déterminés que par des probabilités, ces probabilités mêmes évoluent conformément à une loi causale ». Ce qu’il entend ici par « loi causale », c’est une connexion entre des « états » à différents instants, telle que la connaissance d’un état initial à un instant quelconque implique univoquement la connaissance de l’état à tout instant ultérieur. Un « état », d’autre part, c’est une collection bien définie de données relatives au système en question, à un instant donné. Il n’y a naturellement aucun moyen de prévoir a priori si, dans un certain domaine des sciences, il existe des lois causales ainsi définies et quelles sont les données nécessaires et suffisantes pour les constituer. Si l’on n’aboutit pas à des prévisions univoques, si l’on se voit forcé de se contenter de probabilités, cela peut provenir ou bien de ce que notre connaissance de « l’état » n’est pas encore complète, ou encore de ce qu’il n’y a pas de causalité. Mais, par contre, lorsqu’on a réussi à établir des lois causales, cela est évidemment un critérium du fait que l’on a atteint une connaissance complète de l’objet, dont on dispose ainsi, en quelque sorte, d’une description maximum. Or l’équation de Schrödinger présente tous les caractères d’une connexion causale : si la fonction phi est connue à un moment donné, elle est déterminée pour tout instant ultérieur : il semble donc difficile de concevoir que cette fonction contienne néanmoins une collection de statistiques. On pourrait concevoir que la fonction phi a le caractère d’une fonction de probabilités ordinaires telles qu’on en fait usage par exemple pour décrire le mouvement brownien : une fonction de ce type contient certaines prédictions statistiques, que nous pouvons vérifier… Dans ce cas, la fonction phi représenterait donc l’état de notre connaissance partielle de l’objet et non l’état de l’objet lui-même… Supposons que la fonction phi ait un caractère « objectif » comme, par exemple, les fonctions d’onde de l’optique. Elle prétend alors représenter, sous une forme idéalisée et simplifiée, quelque chose de complet, une image maximum de l’état de l’objet. Mais s’il en est ainsi, il semble difficile de comprendre comment cette fonction phi peut impliquer une statistique : si l’on soumet à un contrôle expérimental les prédictions qu’on peut en déduire et si l’on observe lequel est réalisé parmi les cas possibles -, de quel droit pouvons-nous ajouter cette nouvelle connaissance à notre connaissance antérieure prétendue complète ? C’est Heisenberg qui trouva la solution de ce dilemme. Il remarqua que c’est le processus de mesure lui-même qui introduit l’élément d’incertitude sur l’état de l’objet. Ainsi l’élément statistique n’interviendrait qu’à l’occasion d’une mesure et si la fonction phi nous fournit des probabilités, elle ne le fait qu’en vue d’une mesure éventuelle. Ce ne sont donc pour ainsi dire que des probabilités « potentielles » qui entrent seulement en vigueur à l’occasion d’une mesure actuelle. Elles ne touchent pas la précision avec laquelle l’état du système est actuellement connu ; celle-ci est maximum lorsque la fonction phi est donnée. Bien entendu, il peut arriver qu’il existe en outre une incertitude sur l’état du système, c’est-à-dire sur la fonction phi elle-même. Dans ce cas il s’agit de probabilités au sens ordinaire du mot : elles proviennent d’une connaissance incomplète de l’état de l’objet ; il faut les distinguer clairement des probabilités potentielles fournies par les fonction phi… A première vue, il semble qu’en mécanique quantique le concept d’objectivité scientifique soit fortement ébranlé. Depuis la période classique on s’est accoutumé à l’idée que l’objet de la physique est quelque chose de réel, existant en dehors de l’observateur, indépendant de lui, indépendant en particulier du fait qu’il soit soumis ou non à une mesure. Il n’en est plus de même en mécanique quantique. Loin qu’il soit possible d’attribuer à un système, à chaque instant, ses propriétés mesurables, on ne peut pas prétendre que cela ait un sens défini de lui attribuer une fonction d’onde, à moins de se référer explicitement à une mesure effective. En outre, il semble que le résultat d’une observation soit lié intimement à la conscience de celui qui l’a faite et que la mécanique quantique nous entraîne ainsi vers le solipsisme total. Et pourtant, nous savons qu’en réalité les relations des physiciens entre eux n’ont pratiquement pas changé depuis la découverte de la mécanique quantique ; ils ne sont pas enfermés chacun dans un isolement solipsiste, ils se servent des mêmes moyens d’échange scientifique qu’autrefois et sont capables d’étudier en commun le même objet. Il existe donc en fait quelque chose comme une communauté de conscience scientifique, un accord sur ce qui constitue l’objet de la recherche, et c’est ce qu’il faut encore justifier. Tout d’abord, il est facile de se rendre compte que l’acte d’observation, c’est-à-dire le couplage entre l’appareil de mesure et l’observateur, est en vérité une action macroscopique et non pas essentiellement quantique ; on a par conséquent toujours le droit de négliger la réaction sur l’appareil du « regard » de l’observateur ; et, en remontant le cours du temps, on obtiendra des conclusions certaines sur l’appareil (ou de la plaque photographique) et, par suite, de l’objet avant l’observation (mais, bien entendu, après leur couplage). En outre, rien n’empêche un autre observateur de regarder le même appareil et l’on peut prévoir qu’à moins d’erreur, ses observations seront les mêmes. La possibilité de faire abstraction de l’individualité de l’observateur et de créer une conscience scientifique collective ne saurait donc être mise sérieusement en question… Dans la physique actuelle, le concept d’ « objectivité » est en fait un peu plus abstrait que celui qui dérive de la notion classique d’objet matériel. Par sa cohérence interne et par la portée de ses applications, la théorie nouvelle montre qu’il n’est pas vrai que « l’objectivité » d’un objet doive être garantie par la possibilité formelle de lui attribuer ses propriétés mesurables de façon continue aux époques où il n’est pas soumis à une observation. Il suffit évidemment que ses propriétés soient présentes au moment de leur mesure et qu’elles soient prévues par la théorie en accord avec l’expérience. »

L’article historique « Le problème de la mesure en physique » de F. London et E. Bauer (1939)

« La relation réciproque de la théorie de la connaissance et de la science est d’un genre remarquable : elles dépendent l’une de l’autre. La théorie de la connaissance sans contact avec la science n’est qu’un schéma vide. La science sans théorie de la connaissance – pour autant qu’elle est concevable – est primitive et confuse ; mais, dès que le théoricien de la connaissance, dans sa recherche d’un système clair, y est parvenu, il est enclin à interpréter le contenu de pensée de la connaissance dans le sens de son système et à écarter tout ce qui n’y est pas conforme. (...) Il apparaît comme un réaliste dans la mesure où il cherche à se représenter un monde indépendant des actes de perception ; comme un idéaliste dans la mesure où il considère les concepts et les théories comme des libres inventions de l’esprit humain (non dérivables logiquement du donné empirique) ; comme positiviste dans la mesure où il considère ses concepts et théories comme fondés seulement pour autant qu’ils procurent une représentation logique des relations et expériences sensorielles. »

Albert Einstein dans l’article « L’opportunisme du savant », cité par les Œuvres choisies d’Albert Einstein édité par le CNRS (tome 5)

Le physicien Einstein, pour sa part, était persuadé que la démarche de la science n’avait de validité que si elle allait de la particule jusqu’à l’homme, ce que celui-ci perçoit du monde et ce qu’il y fait. Il écrivait ainsi avec Infeld dans « L’évolution des idées en physique » : « La science n’est pas une collection de lois, un catalogue de faits non reliés entre eux. (...) Les théories physiques essaient de former une image de la réalité et de la rattacher au vaste monde des impressions sensibles. Ainsi nos constructions mentales se justifient seulement si (et de quelle façon) nos théories forment un tel lien. »

Il écrivait ainsi à Karl Popper une lettre le 11 septembre 1935 sur le « Statut théorique de la mécanique quantique » dans laquelle il affirmait : « Je n’aime pas du tout cette tendance à la mode qui consiste à coller de façon « positiviste » aux données observables. (…) je pense que la théorie ne peut pas être fabriquée à partir des résultats de l’observation, qu’au contraire elle ne peut être qu’inventée. »

« J’adorerais déchirer ta philosophie positiviste moi-même, mais il y a peu de chances que cela se produise durant nos vies. »

Lettre d’Einstein à Max Born 18 mars 1948

« 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. » écrit Einstein, dans "Remarques préliminaires sur les concepts fondamentaux".

Einstein écrivait : « La philosophie tranquillisante de Heisenberg et Bohr – ou est-ce une religion ? – est si habilement échafaudée qu’elle permet aux vrais croyants de se reposer sur un oreiller si doux qu’il n’est pas facile de les réveiller. »

Einstein en 1955 à propos de la physique quantique :

« J’avoue ne pouvoir attacher qu’une importance transitoire à une telle interprétation. Je crois toujours en la possibilité d’un modèle de réalité, c’est-à-dire en une théorie qui représenterait les choses elles-mêmes et non seulement la probabilité de leur intervention. »

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

« 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 répond :

« 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").

La position d’Einstein en philosophie de la connaissance est assez personnelle : il défend en même temps un réalisme qui fait de la matière une entité indépendante de l’homme et de l’expérience, existant en dehors de nos capacités de l’appréhender et même de l’observer mais il fait aussi des catégories humaines pour connaître le monde une nécessité intellectuelle pour l’homme d’une pensée indépendante de cette réalité matérielle. Et cependant, il considère que les deux domaines ne font qu’un :

« Nous devons en premier lieu faire remarquer qu’il n’est pas possible de faire une distinction entre les impressions sensibles et les représentations, ou, du moins, il n’est pas possible de le faire avec une certitude absolue… Nous considérerons les expériences sensibles comme des expériences psychiques d’un genre spécial. Je crois que le premier pas pour poser « un monde extérieur réel » est la formation du concept d’objet matériel, et même d’objets matériels de diverses espèces. De la multitude de nos expériences sensibles nous prenons, mentalement et arbitrairement, certains complexes d’impressions sensibles qui répètent souvent (en partie en liaison avec des impressions sensibles qui sont interprétées comme signes d’expériences sensibles d’autres personnes), et nous leur associons le concept d’objet corporel. Considéré du point de vue logique, ce concept n’est pas identique à la totalité des impressions sensibles à laquelle il se rapporte ; c’est une création arbitraire de l’esprit humain (ou animal). D’autre part, ce concept doit sa signification et sa justification exclusivement à la totalité des impressions sensibles que nous associons avec lui. Le second pas consiste dans le fait que dans notre pensée (qui détermine notre attente) nous attribuons à ce concept d’objet matériel une signification qui est à un haut degré indépendante des impressions sensibles, qui lui ont originairement donné naissance. C’est ce que nous voulons dire quand nous attribuons à l’objet matériel « une existence réelle ». La justification d’une telle assertion repose exclusivement sur le fait qu’au moyen de tels concepts et des relations mentales établies entre eux, nous sommes capables de nous orienter dans le labyrinthe des impressions sensibles… Le fait même que la totalité de nos expériences sensibles est telle qu’au moyen de la pensée (opération avec des concepts, création et emploi de relations fonctionnelles entre eux, coordination d’expériences sensibles à ces concepts) elle peut être mise en ordre, ce fait, dis-je, ne peut que nous étonner et nous ne le comprendrons jamais. On peut dire que « l’éternel mystère du monde est sa compréhensibilité. » (Einstein dans « Conceptions scientifiques »)

Il écrit également dans « L’évolution des idées en physique » : « Les concepts physiques sont des créations libres de l’esprit humain et ne sont pas, comme on pourrait le croire, uniquement déterminés par le monde extérieur. Dans l’effort que nous faisons pour comprendre le monde, nous ressemblons quelque peu à l’homme qui essaie de comprendre le mécanisme d’une montre fermée. Il voit le cadran et les aiguilles en mouvement, mais il n’a aucun moyen d’ouvrir le boîtier. S’il est ingénieux il pourra se former quelque image du mécanisme, qu’il rendra responsable de tout ce qu’il observe, mais il ne sera jamais sûr que cette image soit la seule capable d’expliquer ses observations. Il ne sera jamais en état de comparer son image avec le mécanisme réel. C’est une des grandes choses accomplies par Kant d’avoir reconnu qu’il n’y aurait pas de sens de poser un monde extérieur réel sans cette compréhensibilité. »

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".

Werner Heisenberg explique que c’est la séparation radicale entre l’« objet » et l’observateur à travers ses appareils de mesure qui est illusoire :

« 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. »

Heisenberg rapporte son débat avec Einstein qui lui dit : « Vous savez que j’ai essayé de suggérer l’idée que l’atome tombe, pour ainsi dire subitement, d’un état d’énergie stationnaire à un autre, en émettant la différence d’énergie sous forme d’un paquet d’énergie ou encore quantum de lumière. Ceci serait un exemple particulièrement frappant de cette discontinuité dont j’ai parlé tout à l’heure. » Il lui répond ainsi : « Peut-être faudrait-il imaginer la transition d’un état stationnaire à un autre à peu près comme le passage d’une image à une autre dans certains films. « Et Einstein répondait : « Si votre théorie est juste, vous devrez me dire un jour ce que fait l’atome lorsqu’il passe d’un état à un autre en émettant de la lumière. » Heisenberg reconnaît ne pas connaître la réponse : « Lorsque l’électron (d’un atome) saute – dans le cas d’émission de rayonnement – d’une orbite à l’autre, nous préférons ne rien dire au sujet de ce saut : est-ce un saut est-ce un saut en longueur, un saut en hauteur ou quoi d’autre ? »

Le physicien Niels Bohr, fondateur de l’école de Copenhague :

« Le point décisif est ici d’avoir reconnu que toute tentative est vouée à l’échec, qui aurait pour but d’analyser à l’aide des méthodes et des concepts de la physique classique « l’individualité » des processus atomiques qui résulte de l’existence du quantum d’action, et cela parce qu’il est impossible de séparer nettement un comportement non perturbé des objets atomiques de leur interaction avec les instruments de mesure indispensables pour cette analyse. » (dans « Physique atomique et connaissance humaine »)

Loin de s’avouer battu, Einstein écrivait en 1949 :

« Les physiciens contemporains sont convaincus qu’il est impossible de rendre compte des traits essentiels des phénomènes quantiques (changements apparemment discontinus et non déterminés dans le temps de l’état d’un système, propriétés à la fois corpusculaires et ondulatoires des entités énergétiques élémentaires) à l’aide d’une théorie qui décrit l’état réel des choses au moyen de fonctions continues soumises à des équations différentielles. [...] Surtout, ils croient que le caractère discontinu apparent des processus élémentaires ne peut être représenté qu’au moyen d’une théorie d’essence statistique, où les modifications discontinues des systèmes seraient prises en compte par des modifications continues des probabilités relatives aux divers états possibles. »

« L’indétermination quantique, ce crédo est-il définitif ? Je crois qu’un sourire vaut mieux qu’une réponse », répondait Einstein…

« D’autres questions sont directement rattachées au problème du temps. L’une est le rôle étrange conféré à l’observateur dans la théorie quantique. Le paradoxe du temps fait de nous les responsables de la brisure de symétrie temporelle observée dans la nature. Mais, plus encore, c’est l’observateur qui serait responsable d’un aspect fondamental de la théorie quantique qu’on appelle la réduction de la fonction d’onde. C’est ce rôle qu’elle attribue à l’observateur qui, nous le verrons, a donné à la mécanique quantique son aspect apparemment subjectiviste et a suscité des controverses interminables. Dans l’interprétation usuelle, la mesure, qui impose une référence à l’observateur en théorie quantique, correspond à une brisure de symétrie temporelle. En revanche, l’introduction de l’instabilité dans la théorie quantique conduit à une brisure de la symétrie du temps. L’observateur quantique perd dès lors son statut singulier ! La solution du paradoxe du temps apporte également une solution au paradoxe quantique, et mène à une formulation réaliste de la théorie. Soulignons que cela ne nous fait pas revenir à l’orthodoxie classique et déterministe ; bien au contraire, cela nous conduit à affirmer encore davantage le caractère statistique de la mécanique quantique. Comme nous l’avons déjà souligné, tant en dynamique classique qu’en physique quantique, les lois fondamentales expriment maintenant des possibilités et non plus des certitudes. Nous avons non seulement des lois mais aussi des événements qui ne sont pas déductibles des lois mais en actualisent les possibilités. »

"La Fin des Certitudes" de Ilya Prigogine

« Si on pose une question de nature ondulatoire à l’électron, par exemple en le faisant diffracter à travers des fentes, sa réponse sera de nature ondulatoire. Si on lui pose une question de nature corpusculaire, par exemple en le détectant avec un écran fluorescent, sa réponse sera de nature corpusculaire. La nature des appareillages détermine donc le type des phénomènes observés. (…) La notion de trajectoire, au sens classique du terme, qui est un concept essentiel de la physique traditionnelle, s’effondre sous nos yeux ébahis. L’aspect corpusculaire de l’électron ne se manifestant que par intermittence, il est impossible d’observer en continu sa trajectoire. (…) Pour l’électron particulier, on ne sait pas à l’avance de façon certaine à quel endroit il va frapper l’écran. Or les électrons sont tous émis dans les mêmes conditions. Voilà donc détruite l’idée classique selon laquelle les conditions initiales suffisent à déterminer le mouvement ultérieur d’une particule. (…) Si l’on veut avoir une localisation pas trop mauvaise de l’électron, il faut utiliser une grande lentille et éclairer l’objet par des ondes de petite longueur d’onde, autrement dit de grande énergie, ce qui perturbe l’impulsion attribuée à l’électron. (…) Ou bien nous diminuons la perturbation apportée à l’impulsion de l’électron en utilisant une lumière de plus grande longueur d’onde (dont les grains sont de moindre énergie), mais nous avons une image très floue. (…) Dans tous les cas, il est impossible de connaitre exactement et simultanément la position et l’impulsion d’un électron. (…) Le concept de particule dotée d’une position et d’une vitesse bien définies n’est donc qu’une représentation de la réalité qui a ses défauts, ses lacunes. D’une façon générale, il ne faut pas confondre une représentation de la réalité avec la réalité elle-même : « Le concept de chien n’aboie pas » remarquait déjà Spinoza. (…) Avant l’irruption de la constante de Planck, la majorité des physiciens, tout comme l’homme de la rue, considérant une particule de matière supposée isolée des autres, n’hésitaient pas à lui attribuer par la pensée des caractéristiques individuelles bien définies telles que position, vitesse ou tout autre propriété interne. (…) La particule, avec toutes ses propriétés, était une « chose » en soi. Elle existait intrinsèquement, comme les pierres ou les arbres. (…) Cela part d’un point de vue réaliste : une réalité existe antérieurement à toute observation. Le but naturel de la physique est alors simplement de décrire le plus exactement possible cette réalité, composée d’objets qui sont supposés indépendants de la manière dont nous les connaissons. (…) La mécanique quantique ne s’accorde pas bien à cette vision des choses. (…) Les orbites des électrons sont difficilement rapportables à un mouvement réel dans l’espace ; la notion de trajectoire semble se dissoudre à l’intérieur de l’atome ; on doit renoncer à explorer le caractère de soudaineté et de discontinuité qu’implique l’idée de saut quantique, l’électron ne semblant pas être localisé de la manière suggérée par cette image (le modèle de l’atome de Bohr). (…) Bohr explique qu’il est impossible d’obtenir une séparation bien nette entre le comportement des objets atomiques et leur interaction avec les appareils de mesure qui définissent leurs conditions d’existence. Cela signifie que la vitesse d’une particule, par exemple, n’est pas une propriété de la particule, mais une propriété partagée entre la particule et l’instrument de mesure. De cela, Bohr déduit que l’on doit bien se garder de tout raisonnement sur la réalité objective non observée. » écrit Etienne Klein dans « Regards sur la matière ».

Dans la conception moderne de la physique quantique existe-t-il encore un moyen de concilier la physique quantique et le réalisme matériel, les phénomènes probabilistes et le déterminisme, la dualité onde/corpuscule et une réalité de créatures de type matériel et indépendantes de l’observateur ?

Selon moi, la réponse à cette question est à chercher aux fondements même de la matière, c’est-à-dire dans la matière dite virtuelle, éphémère, du vide quantique.

« Le niveau de description ultime susceptible de fonder la singularité du vide est la théorie quantique des champs, qui combine les concepts de la relativité restreinte et ceux de la physique quantique. (…) le vide y est le ciment permanent de l’univers, les particules en jaillissent et y replongent comme des poissons volants, non sans servir de monnaie d’échange entre les particules stables et durables qui donnent sa chair au monde, et qui proviennent d’ailleurs elles-mêmes de la pulvérisation du vide primordial. (…) Les particules virtuelles (du vide quantique) sont si fugitives qu’elles sont comme si elles n’étaient pas. Les particules « réelles » et « virtuelles » sont tout aussi existantes les unes que les autres, mais les dernières disparaissent avant même qu’on puisse les observer. (…) Les termes de « fluctuation du vide » et « particules virtuelles » sont équivalents dans la description, le premier appartenant au langage des champs, le second à celui des particules. (…) Les fluctuations électromagnétiques, et donc les photons virtuels qui en sont la contrepartie dans le langage des particules, furent mises en évidence dès 1940, par la mesure du décalage des raies spectrales de l’hydrogène (Lamb shift) dû à un très léger changement des niveaux d’énergie de l’atome correspondant, et par la découverte d’une minuscule attraction entre deux plaques conductrices (effet Casimir). (…) Le vide se peuple d’une invisible engeance. L’inventaire du moindre centimètre cube d’espace frappe de stupeur : les paires électron-positon (+ et -) côtoient toute une faune de quanta. Les paires électron-positon virtuelles, en dépit de leur faible durée de vie, s’orientent dans le champ électrique des charges électriques présentes et modifient leurs effets. Océan de particules virtuelles, on peut s’étonner de voir encore à travers le vide, tant il est poissonneux En lui s’ébattent tous les photons, bosons intermédiaires et gluons nécessaires à la transmission des forces qui charpentent, coordonnent et organisent le monde. Les particules furtives qui émergent du vide et s’y précipitent aussitôt relient entre elles les particules stables et durables de la matière, dites particules réelles (quarks et leptons). (…) Le vide, à la différence de la matière et du rayonnement, est insensible à la dilatation car sa pression est négative. Ceci provient de la relation : pression = opposé de la densité d’énergie qui lui confère son invariance relativiste. La pression négative engendre une répulsion gravitationnelle. De fait, si la gravitation freine l’expansion de l’univers, l’antigravitation ne peut que l’accélérer. Le vide est écarteur d’espace et créateur de matière (…) La création de matière (via la lumière) est le fruit de la transmutation du vide indifférencié en entités physiques distinctes. Il y a là une chaîne physique de la genèse : Vide -> Lumière -> Matière et Antimatière. Le vide est une composante de l’univers, distincte de la matière ordinaire et du rayonnement. Vide, rayonnement et matière diffèrent par leur équation d’état (relation entre densité et pression pour le fluide considéré), laquelle influe sur l’expansion de l’univers et est influencée par elle, par le biais des transitions de phase. (…) Sa rage savonneuse à s’étendre indéfiniment, l’univers la tiendrait du vide. Le vide a enflé sa bulle. (…) Il y a autant de vides que de champs. (…) Chaque restructuration profonde, ou brisure de symétrie, modifie l’état du vide. Inversement, chaque modification de l’état du vide induit une brisure de symétrie. L’évolution de l’univers procède ainsi par brisures de symétrie successives qui se soldent par des transitions de phase, lesquelles bouleversent l’apparence globale du cosmos. »

Michel Cassé dans « Dictionnaire de l’ignorance »

« Le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron. Ce sont des paires virtuelles mais cela va compliquer notre processus d’absorption qui ne demande qu’un temps très bref durant lequel ces paires virtuelles ont bien le temps de se manifester. L’électron, de charge négative, va ainsi attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. « Approchant » de l’électron, le photon va ainsi le « 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. C’est une version quantique de l’effet d’écran. (…) Revenons à notre électron absorbant un photon tout en s’entourant d’un nuage virtuel contenant plus de positrons que d’électrons. Si le transfert augmente, le photon peut « voir » avec plus détail. Il « attrapera » l’électron avec une partie plus faible de ce nuage positif qui l’entoure. Le photon aura l’impression que la charge de l’électron augmente avec le transfert qu’il apporte. (…) L’effet principal peut être conçu comme la transformation de photon en une paire électron-positron, qu’il réabsorbe avant l’interaction. (…) La diversité sort de la structure du vide. (…) Le vide du modèle standard a une structure. Il se comporte d’une façon analogue à un corps supraconducteur. (…) Si le temps d’observation est de dix puissance moins 21 secondes (…) des paires électron-positron peuvent spontanément apparaître. Si le temps d’observation tombe à dix puissance moins 24 secondes, (…) le vide peut bouillonner de pions. Sur un temps de dix puissance moins 26 secondes, une particule Z peut se manifester. (…) Quand on atteint un temps de dix puissance moins 44 secondes, la gravitation devient quantique. »

Maurice Jacob dans « Au cœur de la matière »

Finalement, il convient de préciser que la physique quantique ne nécessite pas l’abandon du déterminisme, ni de la causalité, ni du matérialisme, ni du réalisme, mais seulement le renoncement à leurs anciennes versions. Le « réalisme » d’Einstein a perdu face à la physique quantique mais dans un sens différent. Einstein supposait la séparabilité des particules. Cette hypothèse doit être abandonnée. En effet, la particule n’existe pas indépendamment du vide qui l’entoure avec lequel elle interagit sans cesse. Deux particules qui interagissent ont donc en commun des parties du vide qui les entoure. Elles ne sont pas indépendantes. Cela signifie que la particule est une structure du vide mais pas qu’elle n’a aucune existence. Pour prendre un exemple, ce n’est pas parce que la ville n’est pas un ensemble fixe d’individus qu’elle n’existe pas. C’est une structure dynamique issue du désordre au niveau inférieur. On ne peut pas la considérer comme un objet fixe. Les particules dites élémentaires ne sont pas des objets fixes. Du coup, elles n’ont des caractéristiques numériques qu’en tant que produit de cette dynamique, où interne et externe échangent sans cesse. Cet ordre issu du désordre, s’il donne en moyenne certaines valeurs d’équilibre, n’est nullement un système à l’équilibre. Au contraire, sa dynamique est fondée sur des successions de destructions et de reconstructions. Les particules sont des structures hors équilibre au sens de Prigogine, c’est-à-dire issues d’une dynamique non linéaire. Les quanta dits réels (particules de matière et lumière) sont la négation de la négation des quanta virtuels (êtres fugitifs du vide).

Les particules de matière obéissent aux bizareries quantiques parce qu’elle sont composée d’un grand nombre de particules et d’antiparticules dites virtuelles du vide qui ont la particularité d’apparaître et de disparaître et de ne pas obéir au sens d’écoulement du temps. Mais ces particules et antiparticules obéissent cependant aux principes du réalisme et au matérialisme !

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