Une question embarrassante.
Qu'en est-il de l'interprétation de la mécanique quantique, notamment celle de l'effondrement de la fonction d'onde ?
Voilà une bien embarrassante question qui a agité le petit monde de la théorie quantique du début du 19ème siècle (1920-1930) . En effet c'est un problème crucial posé spécifiquement par la théorie quantique, Pourquoi ?
A cause du problème de son interprétation ? Pourquoi donc faut-il interpréter une théorie physique . ? quand on sait que Galilée , en faisant tomber divers objets de la tour de Pise ne s'est pas préoccupé de la question de son interprétation . Il essaie de décrire le mouvement de ces objets. Son but était donc de fournir une description en terme objectif , plus précisément une modélisation de la réalité physique qu'il observait avec ses yeux, Pourquoi ? Lorsque nous faisons de la mécanique NON quantique, il n'y a pas lieu pour nous de se livrer à une tentative d'interprétation, les choses sont comme elles sont, des équations sont écrites, nous prenons soin de les résoudre sans nous tromper bien sûr et ensuite nous voyons si ça marche par rapport aux résultats obtenus par ces équations et ainsi le problème est résolu !. Mais en THEORIE QUANTIQUE, NON ! Çà NE MARCHE PAS DU TOUT de cette façon !, pour une raison simple et profonde à la fois qui dit que la théorie quantique est une théorie qui est révolutionnaire au sens où elle repose sur des concepts incompatibles avec les concepts forgés par la mécanique classique au cours des siècles, la mécanique classique les avait même érigés en dogme , parce que ces concepts étaient issus pour la plus part des lois du « Sacro Saint » Isaac ! çà marchait trop bien !. L'exemple le plus célèbre est le lancer d'un objet (galet, bille etc..) dans l'espace. C'est évident de voir cet objet évoluer dans l'espace, il décrit une certaine trajectoire (parabolique dans ce cas). L'objectif du physicien à ce moment là est d'écrire la vitesse de l'objet, sa position dans l'espace, tout cela se fait très bien sans aucune difficulté. Tandis que LA THEORIE QUANTIQUE vous dit NON ! la TRAJECTOIRE N'EXISTE PAS ! C'est quelque chose d'ahurissant, tout de même ! pour un physicien rompu à la mécanique classique (ou newtonnienne) ! Parce que précisément la notion de trajectoire était un dogme ? Qu'on puisse la calculer , la modéliser relèvait jusqu'alors de la difficulté technique. Mais sur le plan des concepts, nul ne pouvait douter de la non existence de la trajectoire ! on la voyait, non !, elle existe donc ! En théorie quantique NIET ! Il n'y a pas de trajectoire ! C'est en partie en cela que la théorie quantique est révolutionnaire ! car elle met à bas la physique classique, physique utile pour notre univers macroscopique, mais inopérante pour la physique des particules, celle des atomes et en deçà ! La théorie quantique décrit bien la physique des petits objets atomiques et subatomiques (electrons, protons, neutrons, quarks). On a besoin d'elle quand la mécanique classique est mise à défaut, car incapable d'expliquer certains phénomènes ( comme la stabilité de la matière par exemple...), mais cette nouvelle théorie ignore la notion de trajectoire, c'est en cela, encore une fois, qu'elle est révolutionnaire ! On peut la contester comme çà a été le cas au début de la mécanique quantique dans toutes les premières années. Mais il y a une chose qu'aucun physicien ne doit oublier c'est qu’ à l’époque de sa naissance, cette théorie a permis de remettre en question pas mal de problèmes non résolus par la mécanique classique, sans elle la physique s’effondrait. C’est à dire que tout ce qu’on observait au niveau de l’atome était en contradiction violente avec la pensée classique, il fallait donc construire une nouvelle théorie. Les physiciens admirables comme Heisenberg, Schrödinger, Born, Dirac, y ont beaucoup contribué. Ils ont construit cette théorie qui est effectivement révolutionnaire. La question était de savoir, à l'époque, si cette théorie était validée par l'expérience. En effet en dernier ressort toute théorie physique doit passer devant "le juge de paix" qu'est l'expérience. Seul l'expérience peut valider une théorie physique ! Il y eut pas mal d'expériences de pensée qui ont été suggérées notamment par le trio Einstein-Podolsky et Rosen, qui furent l'objet d'un débat acharné entre Niels Bohr et Albert Einstein, jusqu'à la mort de ce dernier (1955).
La question était donc de savoir si cette théorie quantique était validée par l’expérience. Les expériences faites après vont dire si cette théorie a raison ou au contraire si elle est farfelue. Un peu moins de trente ans (en 1983) après la mort d’Einstein, une expérience capitale fut faite par Alain Aspect et son équipe, prouvant qu'Albert Einstein avait tord et que Niels Bohr avait raison dans le débat qui l’opposait à Einstein. La théorie quantique est donc une théorie validée par l’expérience et elle est irréfutable ! Se pose donc maintenant encore le problème de son interprétation. C’est un sujet immense ! il y eut depuis Heisenberg (1925) un très grand nombre d'interprétations. On trouve des interprétations relevant de la philosophie et même d’ordre idéologique ! Pourquoi ? parce que la théorie quantique pose la question du qu’est-ce que la réalité physique ?.
Les plus grands physiciens comme Einstein, par exemple , se sont frottés à ce problème et se sont précisément trompés . C’est un problème d’une très grande complexité ! Autrement dit, quand on aborde les différentes interprétations, comme on dit, de la théorie quantique., il y a toujours des présupposés philosophiques qui ne sont pas toujours explicitement mentionnés, à tel point qu’on a du mal à s’y retrouver ! C’est pour vous dire à quel point ce problème a été vivace !
Où en est-on aujourd’hui ?
Aujourd’hui la plupart des physiciens admettent les analyses de la mécanique quantique, comme une des théories les plus extraordinaires qui soit ! au sens où elle permet de comprendre presque tout (mis à part la gravité) , depuis la stabilité de la matière, la stabilité de l’univers jusqu’aux phénomènes les plus fins. Le formalisme mathématique sous-jacent élaboré surtout par Von Neumann, Born et Dirac permet de décrire avec précision des résultats en accord avec l’expérience. Donc rien ne permet d’invalider la mécanique quantique ! Le vieux problème, à propos duquel Einstein, Podolsky et Rosen se sont trompés en 1935 fut tranché par l’expérience d’Alain Aspect.
Einstein Podolsky et Rosen avaient posé une définition de la réalité physique à tel point quand vous lisez leur article, vous vous dites que çà ne peut-être que çà, une fois qu’on admet leur définition de cette réalité physique. Ils ont une argumentation qui est logiquement irréfutable donc ils arrivent à une conclusion. Cependant il faut dire qu’il était impossible à cette époque de faire une expérience en laboratoire confirmant les expériences de pensées de ce trio E.P.R. pour des raisons de pure technologie. Alain Aspect, lui, en 1983, bénéficiant d'une technologie de pointe, a su faire cette expérience et a clos définitivement ce débat E.P.R. Il a démontré que la théorie quantique jusque dans ses descriptions les plus extravagantes avait raison. Nous voyons que çà peut créer une sorte d’inconfort intellectuel tant qu’on avait pas à arriver à se débarrasser, c’était très difficile, de notions qu’on a héritées du passé dans la pensée classique.
Quant à ce qu’on appelle l’effondrement de la fonction d’onde ou du «collapse» de la fonction d’onde ou encore de la réduction du paquet d’ondes, çà c’est quelque chose qui est au sens propre incompréhensible. Richard Feynman disait à ses étudiants à ce propos «ne me dites pas que ce que je vous dis est absurde, parce que c’est la nature qui est absurde !» En ce qui concerne ce même collapse de la fonction d’onde Erwin Schrödinger disait «C’est de la magie !». Pourtant Schrödinger n’était pas un magicien ! C’est pour vous dire.
Aussi inconfortable intellectuellement que ce postulat (parce que c’en est un) peut paraître, il est cependant indispensable ! car on n’est dans l’altercation suivante :
1- Ou bien vous admettez cette théorie quantique parce qu’elle est validée par l’expérience, mais alors le prix à payer c’est la réduction du paquet d’ondes avec tout ce que cela a d’extravagant.
2- Ou bien vous récusez la théorie quantique parce que pour des raisons de cohérence interne elle a besoin de ce postulat, à ce moment là vous rejetez en bloc la théorie et donc vous n’avez plus de théorie pour expliquer pourquoi la table tient debout, pourquoi il existe des étoiles à neutrons et aussi toutes les implications technologiques comme la microélectronique, présente partout dans le GPS, les smartphones etc...
En conclusion La théorie quantique est révolutionnaire, elle contient des prévisions difficiles à comprendre, elle oblige pour des raisons de cohérence interne à admettre des affirmations, des postulats, qui sont intuitivement incompréhensibles tout simplement.
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