Comprenons-nous vraiment la mécanique quantique ?

Note de Jean Bricmont

Comprenons-nous vraiment la mécanique quantique ?
Franck Laloë, Préface de Claude Cohen-Tanoudji
EDP Sciences, CNRS Éditions, 2e éd. révisée et augmentée, 2017, 594 pages, 69 €

Il ne manque pas de physiciens éminents, y compris des prix Nobel comme Murray Gell-Mann, Gerard’t Hooft et Steven Weinberg, pour répondre « non » ou « pas encore » ou « pas complètement » à la question posée par le titre de ce livre.
Bien sûr, la majorité des physiciens adhèrent à l’« interprétation de Copenhague », orthodoxe, de la mécanique quantique (MQ), nommée ainsi en l’honneur du physicien danois Niels Bohr.
Mais si on les interroge sur ce que signifie cette interprétation, les réponses varient d’une personne à l’autre et aucune n’est très claire.

La MQ soulève trois questions fondamentales concernant notre vision du monde :

  1. Elle semble donner un rôle fondamental à l’observateur. Celui-ci est-il nécessairement un sujet humain ? Est-ce que cela signifie qu’il existe (après tout) une action de la conscience sur le monde ?
  2. Elle semble radicalement indéterministe. Y a-t-il réellement des effets sans cause dans la nature ?
  3. Elle suggère l’existence d’actions instantanées à distance ou non locales.

La structure de l’espace-temps serait-elle radicalement différente de notre intuition, basée sur des actions se propageant de proche en proche ? Et qu’est-ce que cela implique concernant la théorie de la relativité qui semble interdire tout ce qui se propagerait plus vite que la lumière ?

Le fait que l’observateur ait un rôle vient de ce que, dans le formalisme quantique, ce qui représente l’état d’un système physique évolue différemment en dehors des mesures ou des observations et pendant celles-ci. Mais rien ne spécifie ce qu’est une mesure comme processus physique, d’où le rôle de deus ex machina que joue la mesure ou l’observation. La théorie ne prédit que de façon statistique les résultats de mesure et rien ne semble déterminer ceux-ci dans un cas particulier, ce qui implique l’indéterminisme. La non-localité provient du fait qu’une mesure faite en un endroit peut affecter le résultat d’une mesure faite à un autre endroit arbitrairement éloigné du premier.

Une façon de comprendre l’interprétation « de Copenhague » consiste à déclarer que les appareils de mesure sont classiques et ne sont pas soumis aux lois quantiques, ce qui est en contradiction avec le fait que ces appareils sont constitués de particules obéissant à ces lois. C’est pour souligner cela que le physicien autrichien Erwin Schrödinger a inventé son fameux chat qui, si on lui applique les lois quantiques dans une certaine expérience de pensée, doit être, avant qu’on ne le « regarde », dans un état « à la fois vivant et mort », ce qui n’a aucun sens. Par une ironie de l’histoire, un certain nombre de gens pensent que « la science » a démontré qu’un chat pourrait être dans un tel état, alors que Schrödinger appelait cette situation burlesque et y voyait une réduction à l’absurde de l’interprétation « de Copenhague ».

Franck Laloë passe en revue de façon quasi-exhaustive toutes ces questions, ainsi que les multiples solutions qui ont été proposées. Ce livre, bien que très clair, n’est pas un ouvrage de vulgarisation ; il s’adresse à des lecteurs ayant un certain bagage scientifique. Le grand mérite de ce livre est d’ouvrir le débat dans un pays où l’orthodoxie quantique domine encore plus qu’ailleurs, bien que ce soit en France que les bases de la mécanique quantique moderne furent jetées en 1924 par Louis de Broglie, qui fut longtemps un critique lucide de cette orthodoxie.

Mis en ligne le 4 juillet 2018
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