À plusieurs reprises, j’ai fait ici allusion à un proche bouleversement de la science, appelé le « troisième grand orage de la physique », par l’un de ses plus éminents représentants, M. Olivier Costa de Beauregard1.
Il est plus facile d’y faire allusion que de l’expliquer, comme me le demandent souvent des lecteurs. La physique a depuis longtemps franchi les frontières du représentable. Il faut d’abord bien se convaincre de ceci : que (comme les mystiques), les physiciens sont seuls à savoir exactement de quoi ils parlent.
Le premier grand orage de la physique, ce fut, en 1900, l’introduction des quanta par Planck. Les quanta sont une idée qui aurait paru incohérente et donc impossible et illusoire à un physicien du siècle précédent, et à plus forte raison à Descartes ou Galilée. Un phénomène est quantique quand il se propage comme une onde mais se manifeste comme corpuscule, dès qu’on l’observe. Sa relation avec l’appareil est celle d’un corpuscule. Son devenir quand il n’entre en relation avec rien est celui d’une onde.
Une expérience classique – et rigoureusement impossible à décrire logiquement – est celle des fentes d’Young. Le « quelque chose » qui traverse les fentes est une onde, dont il a toutes les propriétés. Mais quand ce quelque chose arrive sur l’écran (après avoir traversé les fentes), c’est un corpuscule. Cette double nature a été excessivement vulgarisée, elle a donné lieu dans le jargon pseudo-scientifique à l’expression de « réalités complémentaires », qui maintenant sert même dans les discours politiques et les interviews d’idoles, sans parler de la philosophie2.
Mais il n’y a pas de « réalités complémentaires » ! En fait, et cela seuls les physiciens le savent encore, il n’y a qu’une énigme, complète, impénétrable, l’énigme numéro un, même, selon le prix Nobel de physique Feynman, qui y a comme beaucoup d’autres réfléchi toute sa vie et en a peut-être dit ce qui a été dit de plus clair et de plus frappant (a)3.
Il est tellement impossible de comprendre ce qui se passe réellement dans un phénomène quantique qu’un jeune théoricien américain, Thomas Bearden, propose de renoncer à la logique pour traiter convenablement ce problème, et d’admettre qu’une chose peut à la fois être et ne pas être ! Ce qui, naturellement, revient à se jeter au feu pour ne pas se noyer, et n’a donc guère convaincu les physiciens : ils préfèrent se résigner provisoirement à l’énigme.
Pourquoi ? Parce que, toute incompréhensible qu’elle est, la physique quantique marche admirablement. Depuis soixante-dix-sept ans, elle a permis un nombre immense de découvertes, et pas une fois n’a été prise en défaut.
Je crois que pour Costa de Beauregard, le 2e orage, c’est la relativité. Mais finalement, face à la réflexion philosophique, je me demande si ce qu’on a appelé l’« interprétation de Copenhague » n’est pas une tempête bien plus épouvantable que la relativité. Certes, il est dur de se faire à l’idée que le mot « maintenant » perd sa signification pour deux observateurs éloignés, que la simultanéité à distance n’existe pas, que la masse d’un corps varie avec sa vitesse, et autres joyeusetés. Mais quand on regarde de près comment on en arrive là, on ne voit qu’une logique bien unie. À aucun moment du chemin il ne faut franchir de gouffre, les yeux fermés.
Pour les fentes d’Young, le gouffre est, je l’ai dit, impénétrable. L’« interprétation de Copenhague » est le gouffre des gouffres. Telle qu’elle est sortie de l’esprit audacieux de Niels Bohr et de Heisenberg (et telle que l’expérience, depuis, ne cesse de la vérifier), cette « interprétation » des quanta postule que les impossibilités logiques qu’on y voit, loin de traduire simplement l’insuffisance de nos moyens d’observation, sont réelles, elles sont dans la nature elle-même.
Ici, il est difficile de faire comprendre exactement, sans jargonner un peu, ce qu’ont prouvé expérimentalement et théoriquement les physiciens. Mais on peut proposer des analogies.
Supposons que l’on vous dise de fermer les yeux, puis qu’on lance en l’air un objet. Tant que vous n’ouvrez pas les yeux, l’objet, pensez-vous, suit sa trajectoire dans la pièce, mais vous ne savez pas quelle trajectoire. Puis vous ouvrez les yeux, et vous constatez que le vase de Chine que j’ai expédié à travers la salle à manger est sur le point de s’écraser sur le mur d’en face.
Fort bien. Donc, tant que vos yeux sont fermés, le vase de Chine peut se trouver n’importe où, partout, en l’air dans la pièce, mais enfin, il se trouve quelque part, cela est sûr. Depuis Niels Bohr et Heisenberg, on affirme ceci, très simplement : que le vase n’est réellement pas plus ici que là tant que vous n’ouvrez pas les yeux.
– Mais alors, objecterez-vous, c’est le fait d’ouvrir les yeux qui crée le vase à l’endroit où je le vois ?
– Objection rejetée, vous répond-on de Copenhague, car ce qui existe, ce n’est pas le vase, c’est une probabilité de vase. Renoncez au plus tôt à la superstition que le monde est fait d’objets existant là où ils sont ! Il n’existe que des probabilités, et quand vous repérez un objet quelque part, 1) il n’existait pas là avant que vous le repériez, seules existaient des probabilités, et 2) il cesse d’exister là dès que vous l’avez repéré.
Les lecteurs de cette chronique qui, mon courrier me le prouve, réfléchissent beaucoup et ont énormément d’idées, vont peut-être se mettre à réfléchir sur l’absurde vase de Chine qui n’existe pas tant qu’on ne le voit pas et cesse d’exister dès qu’on l’a vu. Il me faut, hélas, les décourager : il y a bientôt un demi-siècle que les esprits les plus pénétrants du monde essaient en vain de ramener cet agaçant vase de Chine à la raison. On a fait des milliers d’expériences de toutes sortes dans tous les laboratoires du monde. Elles donnent toutes raison à l’interprétation de Copenhague. Le Dieu-sait-quoi qui se propage en forme d’onde n’existe sous forme de corpuscule que quand il interfère avec un appareil. Mais alors il cesse d’exister (b).
Il ne faudrait pas croire cependant que les physiciens se sont résignés à ignorer ce qu’est le Dieu-sait-quoi qui se propage, et ce qui se passe quand le Dieu-sait-quoi se manifeste sous la forme d’un corpuscule, événement connu sous le nom de « collapse de l’onde Psi », ou « collapse de Psi » (Psi est la lettre grecque choisie par Schrödinger pour désigner la fonction mathématique correspondant à cette onde).
Au cours des dernières années, ce problème est même devenu l’obsession de la physique théorique, le sujet de réflexion et de discussion numéro un. La difficulté (exprimée par les fameuses relations de Heisenberg) est qu’il semble à jamais impossible de le savoir directement. Il faut imaginer des expériences sur le modèle : « si les choses se passent de telle façon là où l’on ne peut rien voir, alors, là où l’on voit, on doit constater ceci ». Au cours des ans, on est arrivé à plusieurs familles d’hypothèses sur la nature du Dieu-sait-quoi.
Première hypothèse (développée par Louis de Broglie, puis David Böhm) : « Certes, on ne peut rien voir ; cependant, il existe de vrais phénomènes calculables, qui sont seulement cachés » : c’est l’hypothèse dite des « variables cachées ». Mais ni Böhm ni ses disciples n’ont réussi à imaginer une façon même théorique ou détournée de savoir ce que sont les « variables cachées ». D’ailleurs ce qu’imagine Böhm est littéralement fantastique : le Dieu-sait-quoi » est non local c’est-à-dire, en gros, qu’il est hors du temps et de l’espace4. C’est, pour ainsi dire, le Dieu matériel de Spinoza !
Une autre interprétation, fondée sur une géométrisation complète du problème, et dont les principaux adeptes sont Wheeler, Everett5 et Bell (tous américains6) aboutit à des conclusions assez semblables. Hélas, pour l’instant on ne sait pas davantage comment vérifier (c).
Enfin, le physicien français Olivier Costa de Beauregard, s’abstenant pourtant de spéculations aussi radicales que les précédentes, a prévu depuis 1953 et semble bien prouver en ce moment par l’expérience, que du « Dieu-sait-quoi » en question sortent dans certains cas ce qu’il appelle des « ondes avancées », c’est-à-dire des phénomènes se déroulant à l’envers par rapport au temps ! Ses expériences, réalisées à Orsay, semblent bien montrer la réalité de ce phénomène fantastique7.
De toute façon, le troisième grand orage, c’est cela. Que Wheeler, que Böhm, ou que Costa de Beauregard aient approché le plus la vérité, c’est cela. Le mot « fantastique » revient plusieurs fois dans cette chronique : c’est un mot faible. M. Costa de Beauregard, lui, dit « monstrueux ». Nous sommes devant la boîte à Pandore de la physique, et peut-être bien que déjà quelques-uns de nos savants sont en train d’en crocheter la serrure…
Aimé MICHEL
(a) Richard Feynman : la Nature des lois physiques (chez Laffont).
(b) Évidemment, je prends le cas limite où le vase disparaît entièrement. Mais dans les autres cas, le problème est le même : après l’observation, il reste une onde moins énergétique, que vous pouvez observer sous la forme d’un plus petit vase de Chine, etc.
(c) J. A. Wheeler : Geometrodynamics, New York Academy Press, 1962.
Chronique n° 285 parue dans F.C.-E. – N° 1592 – 17 juin 1977. Reproduite dans La clarté au cœur du labyrinthe, Aldane, Cointrin, 2008 (www.aldane.com), pp. 46-49.
Notes de Jean-Pierre ROSPARS du 20 janvier 2014
- L’expression « troisième orage du XXe siècle » se trouve notamment dans une lettre de Costa de Beauregard présentée par Aimé Michel et publiée dans F.C. du 3 octobre 1975. Nous la mettrons en ligne prochainement.
- C’est le grand physicien Niels Bohr (1885-1962), l’un des principaux fondateurs de la physique quantique et l’artisan principal de son interprétation courante (dite interprétation de Copenhague) qui proposa le terme de « complémentarité » en 1927 pour désigner l’incompatibilité qui existe entre certains termes dits complémentaires. Par exemple, un même « objet » quantique (un électron, un photon) sera observé comme une onde ou comme une particule selon les conditions expérimentales et ces deux descriptions sont mutuellement incompatibles. De même, on ne peut mesurer la position dans l’espace et la vitesse de cette « particule » à un instant donné que dans les limites imposées par les relations d’indétermination de Heisenberg : si on déterminer sa position avec une précision croissante alors on rend de plus en plus grande l’erreur portant sur sa vitesse. À la limite, une localisation parfaite de la « particule » correspondrait donc à une vitesse complètement indéterminée, et réciproquement (voir la chronique n° 119, Heisenberg ou le non représentable, 19.06.2010).
L’étude de ces situations conduisit Bohr à l’idée que les aspects mutuellement exclusifs que présentent les phénomènes quantiques doit servir de cadre fondamental à la nouvelle physique. Il adopta le terme de « complémentarité » bien qu’il n’en fut jamais satisfait. Il étendit par la suite l’idée de complémentarité à d’autres domaines pour éclairer les points de vue apparemment contradictoires que l’on trouve en biologie (mécanisme et finalisme), en psychologie (pensée et émotion, instinct et raison) et en anthropologie (relation entre cultures). Ces réflexions sur la complémentarité sont au cœur de son livre Physique atomique et connaissance humaine (Folio essais n° 157) qui est un recueil de sept de ses articles publiés entre 1933 et 1958.
Si certains auteurs ont poursuivi cette réflexion philosophique sur le principe de complémentarité, par exemple Menas Kafatos et Robert Nadeau (The conscious universe. Part and whole in modern physical theory, Springer-Verlag, New York, 1990), d’autres n’en parlent qu’en passant ou, comme Aimé Michel, n’y attachent aucun intérêt. C’est le cas en particulier du physicien Bernard d’Espagnat. Voici ce qu’il en dit dans son Traité de physique et de philosophie (Fayard, Paris, 2008, pp. 117-118) :
« La principale difficulté, en ce domaine, tient au fait que Bohr n’a jamais fourni “noir sur blanc” une définition explicite de la complémentarité. Mais ce qui, de toute façon, est indéniable, c’est que le mot “complémentarité”, quand il apparaît sous la plume de Bohr, n’est pas à prendre au sens usuel. Quand dans la vie courante, nous parlons de deux descriptions complémentaires d’un même objet, nous voulons dire que ces descriptions sont partielles mais nullement antagonistes. Qu’elles sont comme deux photographies prises de l’objet, l’une de face, l’autre de profil, de sorte qu’il est possible de les combiner et que, tout naturellement, cela procure une connaissance plus détaillée de l’objet. Or (…) ce n’est pas cette idée banale que Bohr donne pour référent au mot en question. » Certes, on peut utiliser des concepts classiques compatibles entre eux pour construire une représentation du réel quantique mais cette représentation n’est valable que dans le cadre de conditions expérimentales déterminées. « Elle est incompatible – contradictoire – avec celle que, sous certaines autres conditions expérimentales, il conviendrait de se faire du même réel. Impossible autrement dit, de combiner ces deux images aux fins d’obtenir une description plus détaillée que celle offerte par chacune d’elles séparément. (…) La “réalité physique” à laquelle pense Bohr ne peut donc en aucune manière être assimilée à une réalité “indépendante de l’homme” ou “en soi”. Il s’agit indéniablement d’une réalité empirique ou contextuelle, autrement dit, d’une représentation du réel qui a en elle beaucoup d’humain. (…) Il en résulte qu’au sein de la communauté physicienne la notion de complémentarité n’a, en définitive, reçu qu’un accueil assez mitigé. Souvent saluée de manière formelle, elle n’a été que rarement utilisée et, en particulier, les théoriciens qui se sont intéressés au problème de la mesure n’y ont quasiment jamais eu recours. »
- Sur la présentation par Richard Feynman de l’expérience des fentes d’Young voir la chronique n° 293, L’homme-caillou – Une Révélation ne peut pas être de nature scientifique, 14.10.2013.
- Cette conclusion que « le Dieu-sait-quoi » est non local c’est-à-dire, en gros, (…) hors du temps et de l’espace » mérite qu’on s’y arrête encore une fois tant elle est surprenante et lourde de conséquence. Aimé Michel l’avait déjà dit dans une chronique précédente (n° 282, Le quark piégé – Une nouvelle physique sans espace, ni temps, mise en ligne le 27.05.2013) : « que dit la nouvelle physique ? Si John A. Wheeler, son prophète, a raison, que (…) dans la réalité subquantique (qui supporte tous les autres mécanismes de l’univers), il n’y a “ni espace-temps, ni temps, ni avant, ni maintenant, ni après”. » (J’avais donné quelques compléments à ce sujet en note 5 de cette chronique). La grande différence entre 1977 et aujourd’hui (2014) est que cette conception, alors défendue par des théoriciens clairvoyants, n’était pas encore directement confirmée par l’expérience. Aujourd’hui elle l’est et la non localité est devenu un acquis capital de la physique.
Que non-localité (également appelée non-séparabilité) signifie bien hors du temps et de l’espace ne fait guère de doute. Bernard d’Espagnat l’exprime sans ambiguïté dans son livre cité plus haut. Faut-il concevoir la « réalité indépendante » comme « immergée dans l’espace et le temps » ? Non, répond-il, « on peut parfaitement écarter cette restriction qui, cela est entièrement vrai, n’est plus tenable. Par exemple, un trait essentiel de la conception du réel voilé est justement que le dit “réel” y est conçu comme étant premier par rapport à l’espace-temps. Qu’il est, non pas un réel au sens d’une chose que l’on peut toucher, mais, tout à fait à l’autre extrémité du spectre, un réel au sens de l’être. Un réel pour lequel, on le sait, je ne rejette pas l’appellation de “surréel”. » (p. 504) Et un peu plus loin : « en raison de la non-séparabilité, ce “réel” ne peut pas être considéré comme constitué d’éléments localisés immergés dans l’espace-temps » (p. 518) Conception véritablement bouleversante qui implique une révision profonde de notre vision courante du monde.
- Aimé Michel cite en note le livre Geometrodynamics de John A. Wheeler (1911-2008) qui visait à réduire la gravitation et l’électromagnétisme aux propriétés géométriques d’un espace-temps courbe. Wheeler l’abandonna au début des années 70 quand il apparut qu’elle ne pouvait expliquer ni les fermions ni les singularités gravitationnelles.
Contrairement à ce qu’Aimé Michel semble laisser entendre, cette théorie « géométrodynamique » est fort différente de celle de Hugh Everett III (1930-1982). Ce physicien américain fut le premier a proposer l’interprétation de la physique quantique dite des mondes multiples, mais qu’il appelait « théorie de la relativité des états ». Cette théorie, expérimentalement irréfutable, prend le formalisme quantique au pied de la lettre et suppose que lors de chaque mesure (et dans d’autres circonstances impliquant le collapse de la fonction d’onde) l’univers entier se dédouble (ou plus exactement se démultiplie) en autant de branches distinctes qu’il existe d’états distincts possibles !
Everett était ingénieur chimiste de formation. Il obtint une bourse pour continuer ses études à Princeton où il s’intéressa à la théorie des jeux puis à la physique quantique en suivant les cours de Robert Dicke et Eugene Wigner. Il prit John A. Wheeler comme directeur de thèse en 1955. Il acheva un long manuscrit intitulé Mécanique ondulatoire sans probabilité l’année suivante et soutint sa thèse sur les « mondes multiples » au printemps 1957. Il en tira un article court (mais qui ne le satisfit pas), presque identique à sa thèse, qui fut publié en juillet 1957 dans Reviews of Modern Physics avec un commentaire favorable de Wheeler. En avril 1959, à la demande de ce dernier, il visita Copenhague pendant les vacances pour rencontrer Niels Bohr. Ce fut un désastre : Everett se révéla incapable de faire comprendre son idée que l’univers pouvait être décrit par une fonction d’onde sans réduction (collapse) de l’onde. Léon Rosenfeld le jugea même « stupide et incapable de comprendre les choses les plus simples en mécanique quantique ».
En fait, dès 1956, découragé dit-on par les moqueries que suscitaient sa théorie, Everett avait rejoint un groupe d’évaluation des systèmes d’armes dépendant du Pentagone et ne revint jamais à la physique théorique. Toutefois, il eut une reconnaissance tardive quand, en 1970, Bryce DeWitt écrivit un article favorable à sa théorie dans Physics Today, puis en 1973 quand il publia une anthologie des principaux articles sur le sujet, y compris le long article d’Everett de 1956 qui n’avait jamais été publié. En 1977, Everett fut invité à une conférence organisé par Wheeler à Austin. Il y rencontra DeWitt pour la première et dernière fois. Sa conférence fut bien reçue et influença nombre de physiciens dont David Deutsch, un étudiant de Wheeler qui s’est fait connaître depuis (voir la chronique n° 33, Un biologiste imprudent en physique, 25.01.2010).
Everett mourut d’un arrêt du cœur à l’âge de 51 ans en raison de son obésité, de sa consommation de cigarettes et d’alcool, de son manque d’exercice et de sa méfiance à l’égard de la médecine. Athée convaincu, il demanda que ses cendres soient jetées aux ordures, ce qui fut fait par son épouse quelques années plus tard.
- Sauf John Bell, qui est Britannique. Aimé Michel a beaucoup insisté sur l’importance du célèbre théorème de John Bell. Nous aurons donc l’occasion d’en reparler.
- Aimé Michel écrit ces lignes en 1977. Le résultat des expériences d’Orsay, conduites par Alain Aspect et ses collaborateurs, aujourd’hui célèbres, seront publiées en 1981 et 1982. Ce sont elles qui ont établi de matière définitive la surprenante propriété de non localité (voir note 4).
