La physique quantique (2.2) : l'infiniment petit et la mesure

14 septembre 1987
02m 13s
Réf. 01467

Notice

Résumé :

En 1987, au cours de l'émission" Océaniques des idées" Hubert Reeves et Marc Lachièze Rey expliquent un des paradoxes de la mécanique quantique sur le statut de la réalité physique à partir d'un exemple : la mesure d'un neutrino.

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. Une dimension particulière de la théorie fut particulièrement discutée à partir de 1935. 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 ou principe de superposition.

Alors qu'en physique classique, une particule doit à tout instant se trouver en un endroit précis, en physique quantique, elle se retrouve " suspendue " dans une superposition d'états correspondant à toutes les positions possibles. Chaque position est décrite par un nombre particulier (matrice) appelée fonction d'onde, introduite par Louis de Broglie ; l'évolution de l'ensemble des positions est décrite par une équation déterminée par Erwin Schrödinger (1887-1961) : ce physicien, récompensé en 1933 par le Prix Nobel, jette ainsi les bases de la physique quantique. Ainsi, d'après la théorie quantique, la superposition ne subsiste que tant que l'on ne cherche pas à déterminer la position de la particule. Si on cherche à la connaître, " on force la nature à abandonner son étrangeté quantique ". La particule apparaît bien en un point et en un seul, mais cette apparition ne peut être prévue que de façon probabiliste ou statistique. La mesure de la position d'une particule produit ainsi ce qu'on appelle une " réduction du paquet d'ondes ".

Cette ambiguïté fondamentale, difficilement concevable et critiquée par de nombreux physiciens, dont Schrödinger lui-même, a trouvé récemment une confirmation expérimentale, grâce aux travaux d'Alain Aspect. Une autre confirmation expérimentale est venue en 1987 à l'occasion de l'expérience Super-Kamiokande conduite au Japon. Cette expérience confirme l'existence des neutrinos, particules très petites. Ils sont observés à l'occasion de l'explosion de la supernova 1987A (SN1987A). Les recherches conduites en 1998 au même endroit ont prouvé que ces particules avaient une masse, inférieure à l'électron (et non nulle comme l'indique Marc Lachièze-Rey).

Bibliographie :

Alain Aspect et Philippe Grangier, " De l'article d'Einstein Podolsky et Rosen à l'information quantique : les stupéfiantes propriétés de l'intrication ", in Einstein aujourd'hui, Paris, EDP Sciences/CNRS Editions, pp. 39-86.

Serge Haroche, " Une exploration au coeur du monde quantique ", in Qu'est-ce que l'Univers ?, Université de tous les savoirs, vol. 4, sd Y. Michaud, Paris, Odile Jacob, 2001, pp. 571-588.

François Lurçat, Niels Bohr et la physique quantique, Paris, Le Seuil, collection " Points, 2001.

Site internet :

Article Point Doc " 100 ans après Einstein ", Cité des sciences et de l'industrie

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 autours 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

Marie-Odile Monchicourt
Les neutrons...
Hubert Reeves
Neutrinos.
Marie-Odile Monchicourt
Pardon, les neutrinos s'en vont sous une forme, dit-on, ondulatoire. Quand nous les captons, ça se concrétise et ça devient neutrinos.
Hubert Reeves
Particules.
Marie-Odile Monchicourt
Mais alors, là il y a quelque chose que je ne comprends pas, parce que c'est comme si les mathématiques décrivaient quelque chose d'immatériel... Je voudrais comprendre, là, il y a quelque chose que je ne comprends pas.
Marc Lachièze-Rey
Justement, toute la difficulté de la théorie est là. C'est que, ce qui repré... tant qu'on n'a pas fait de mesures, la réalité est représentée par quelque chose à quoi on peut donner un nom - on peut appeler ça... la fonction d'onde, par exemple. On peut lui donner un nom mais on ne peut pas l'associer aux éléments de réalité tels qu'on a l'habitude de les concevoir. C'est-à-dire ça n'est pas une particule ; on peut l'interpréter à certains moments comme la probabilité de présence d'une particule, mais ça n'est pas quelque chose qui, par exemple, possède une énergie ou une information, comme je l'ai déjà dit. C'est vrai que c'est quelque chose qu'on ne peut pas concevoir - c'est ça qui est difficile. C'est que la réalité, pour autant que on puisse définir ce mot, la réalité est supportée par quelque chose qu'on n'arrive pas à concevoir. Pour faire le passage de cet être abstrait qu'on n'arrive pas à concevoir jusqu'à quelque chose qui est visible, qui peut, par exemple, être, se matérialiser comme la présence d'un neutrino, il faut faire ce qu'on appelle une mesure. A ce moment-là, il y a ce qu'on appelle cette réduction, réduction de l'onde, de l'onde immatérielle, en quelque chose qui a un gros avantage pour nous, c'est que ça devient matériel : c'est le neutrino, qui, à la limite... Avant qu'on fasse l'expérience, le neutrino n'existait pas ; il n'était pas nulle part ; il n'était pas à la fois partout, il n'était pas à en endroit défini, ni même à un endroit indéfini ; il n'existait pas. Donc toutes les difficultés viennent à partir du moment où on essaie de forcer notre pensée pour dire : le neutrino, avant qu'on l'ait détecté, il devait déjà exister, il devait être quelque part. En fait, ça n'est pas vrai, il n'existait pas. Le neutrino, ça n'est finalement que quelque chose de subjectif, ça n'est que la manière dont on matérialise cette onde en faisant une expérience.

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