La physique quantique (1) : causalité et ontologie

Contexte historique

"Le développement de la physique quantique, au XXe siècle, est l'une des aventures intellectuelles les plus extraordinaires de l'humanité ", écrivent Alain Aspect et Philippe Grangier, physiciens qui ont contribué à valider, par leurs expériences, cette théorie. La théorie quantique fut établie et discutée entre 1913 et 1935. Elle découle de l'étude de l'échelle atomique et des particularités des lois physiques à cette échelle de la réalité physique. C'est d'abord à Albert Einstein qu'il est revenu l'idée de la quantification du rayonnement lumineux (1905) : selon lui, la lumière serait composée de grains d'énergie quantifiables.

C'est le physicien Niels Bohr (1885-1962) qui fut le principal promoteur de la rupture avec la physique classique et des principes novateurs de la physique quantique. Ce physicien propose en 1913 un premier modèle de l'atome, composé d'un noyau et d'électrons. Après les travaux de Louis de Broglie sur la lumière qui formule la dualité onde-particule de la lumière (cf. Le microscope atomique), plusieurs physiciens proposent une nouvelle formulation mathématique pour la représentation de la réalité physique de l'infiniment petit. De cette nouvelle formulation mathématique, c'est en particulier Bohr qui synthétise les avancées physiques dans la connaissance de l'infiniment petit. Il postule le principe de complémentarité : à l'échelle de l'infiniment petit, un objet physique peut être décrit comme une onde ou comme une particule, mais on ne peut observer les phénomènes simultanément. Le second principe est énoncé au terme d'une longue discussion qu'il entretient avec Albert Einstein, peu convaincu de la validité de la théorie quantique.

Un article de 1935, cosigné par Einstein, Podolsky et Rosen, " La description quantique de la réalité physique peut-elle être considérée comme complète ? ", montre que le formalisme quantique prédit l'existence d'états particuliers de deux particules caractérisés par de très fortes corrélations à la fois des vitesses et des positions. Ainsi, pour connaître l'état d'une des particules, il suffirait de connaître l'état de l'autre, même si elles sont très éloignées l'une de l'autre. C'est le paradoxe EPR, acronyme du nom des auteurs signataires. Bohr en fait un principe : le principe de superposition. Depuis ces discussions théoriques, des expérimentations ont été conduites qui confirment ces principes et valident expérimentalement la théorie quantique.

Éclairage média

L'émission "Océaniques des idées " est un programme grand public diffusé sur FR3 entre 1987 et 1990, dont l'objet est de présenter les grands thèmes de l'histoire des idées contemporaines dans tous les domaines du savoir. L'émission dont est extrait le document a choisi d'explorer le thème de " L'infiniment petit ", titre de l'émission, et ainsi de présenter les grandes idées de la physique quantique. Sous la forme d'un plateau, deux physiciens spécialistes d'astrophysique, Marc Lachièze-Rey et Hubert Reeves, familiers des émissions de vulgarisation sont autour d'une table ronde.

Dans le public, des journalistes et des personnalités invités pour l'occasion posent des questions préparées. Ainsi Jean-Claude Carrière, acteur, et Marie-Odile Monchicourt, journaliste scientifique, sont amenées à interroger les physiciens. On peut noter toutefois l'apparent manque de préparation dans l'imprécision de la description faite par Marie-Odile Monchicourt, dont la présentation est corrigée en voix off par Hubert Reeves. Tout en détournant formellement le cours, c'est pourtant le rapport professeur-élève qui est conservé dans cette émission de vulgarisation. Quelques artifices de présentation - insertions d'écrans dessinés - permettent d'illustrer et d'alléger le propos didactique des intervenants.