La physique quantique (1) : causalité et ontologie

14 septembre 1987
04m 05s
Réf. 01465

Notice

Résumé :

En 1987, l'émission "Océaniques des idées" propose une introduction à la physique quantique et décide d'en présenter les deux principes qui marquent la rupture avec la physique classique : la causalité probabiliste et l'importance de l'expérience.

Type de média :
Date de diffusion :
14 septembre 1987
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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.

Christelle Rabier

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.

Christelle Rabier

Transcription

Hubert Reeves
Mais c'est pas ça qui choquait le plus Einstein ; c'était la question de la réalité elle-même. Ce pauvre Einstein a perdu 25 ans de sa vie... remarquez qu'après 1920, il ne fait plus rien - alors qu'il domine la scène jusque dans les années 1920, après il ne fait plus rien. Il ne fait plus rien parce qu'il ne peut pas, on dirait, il y a comme un blocage mental, affectif à cette idée de la physique quantique. Et c'est ce qui faisait... que, dans une autre conversation célèbre, parce que tout le début du XXe siècle est marqué par ces conversations amicales entre Einstein et Bohr. Dans une autre conversation célèbre, Einstein un jour, impatienté, dit à Niels Bohr : Mais, dites-moi, vous n'allez pas me dire que le Lune n'existe pas quand je ne la regarde pas ? Et Niels Bohr... on ne rapporte pas la réponse de Niels Bohr... je pense qu'il aurait répondu à cette question : Comment voulez-vous que je le sache ? Quel est le sens de votre question ? Qu'est-ce que ça veut dire exister ? Comment est-ce que je peux répondre à votre question puisque je ne la regarde pas ? Et là se pose la question du mot existence. Tous ces mots sont remis en question. Et là, ce que dit fondamentalement... ce que nous apprend la physique quantique fondamentalement, c'est que la réalité est quelque chose de bien plus mystérieuse que ce que nous avons toujours pensé, et que ce qu'on a appelé pendant tout le XIXe siècle le postulat de l'objectivité absolue - voilà les mots qu'on employait - ça veut dire quoi ? ça veut dire que la réalité elle est là, et que vous la regardiez ou que vous la regardiez pas, elle se comporte exactement de la même façon. Vous êtes un espèce de spectateur, d'observateur impartial, qui va voir ce qui se passe dans la réalité, mais la réalité, elle est là indépendamment de votre observation. Ce que dit la physique quantique, c'est que ça, en tout cas, c'est partiellement faux. Alors, comment peut-on le remplacer ? Eh bien, j'aime bien l'image du cinéma et du théâtre. Vous savez que si vous êtes au cinéma, par exemple, le film se passe sur l'écran de la même façon qu'il y ait des spectateurs dans la salle ou non. Si c'est drôle, si les acteurs sont drôles, ça ne change absolument rien qu'il y ait des spectateurs ou non. Mais au théâtre, c'est pas du tout la même chose. Devant une salle vide - notre ami Jean-Claude Carrière, ici présent, doit connaître très bien cette expérience - devant une salle vide, les acteurs ne jouent pas du tout de la même façon que devant une salle sympathique délirante, ou une salle qui est antipathique. De sorte que demander qu'est-ce qu'est... comment est la pièce de théâtre quand il y a personne dans la salle pour la regarder, ça n'a pas de sens. Vous pouvez pas demander cette question : la pièce de théâtre est influencée... C'est une comparaison, elle vaut ce qu'elle vaut, mais je pense qu'elle représente un peu la réalité, c'est-à-dire ce que l'homme de théâtre connaît, c'est comment la pièce se passe quand les gens réagissent. Ce que le physicien connaît, c'est comment la réalité se comporte quand il l'interroge. Et l'interroger, ça n'est pas quelque chose d'abstrait, ça veut dire : la réalité est faite d'atomes ; pour l'interroger, vous faites intervenir des atomes qui la changent, qui la modifient d'une façon imprévisible. Donc, voilà les deux aspects fondamentaux, les deux apports fondamentaux à la pensée profonde de l'humanité. C'est, d'une part, le fait d'avoir à quitter la causalité absolue, et être dans un cas de causalité statistique, c'est-à-dire la réalité n'est que partiellement déterminée, elle reste partiellement indéterminée - ce qui est à l'origine évidemment de l'aléatoire et à la limite de la liberté, de la nouveauté, de la créativité, bien sûr. Et en même temps, l'autre aspect, c'est : le statut réel de la réalité, est-ce que nous le connaissons ? Eh bien, non, nous ne connaissons pas le statut réel de la réalité. Tout ce que nous connaissons, c'est comment elle réagit quand nous entrons en conversation avec elle. Les lois de la physique, disait bien Bohr, sont les lois de comment la... la réalité nous répond quand nous la questionnons.

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