Cette thèse propose une justification pragmatiste de la mécanique quantique. Celle-ci consiste d'abord à dégager les fonctions que doit remplir toute théorie pour permettre aux physiciens de mener à bien leur activité de recherche en microphysique, puis à démontrer que la mécanique quantique est la seule théorie qui remplit exactement ces fonctions. L'approche pragmatiste défendue nous conduit en outre à resituer la description de la mesure dans le contexte de la pratique des physiciens et à mettre ainsi en évidence une rupture entre la phase de la prédiction théorique et celle du constat du résultat de mesure, laquelle délimite les domaines du possible et de l'actuel. Cette approche présente l'avantage de dissoudre le problème de la mesure, sans modifier le formalisme quantique et sans soulever de nouveaux problèmes.
Cette thèse propose une justification pragmatiste de la mécanique quantique. Celle-ci consiste d'abord à dégager les fonctions que doit remplir toute théorie pour permettre aux physiciens de mener à bien leur activité de recherche en microphysique, puis à démontrer que la mécanique quantique est la seule théorie qui remplit exactement ces fonctions. L'approche pragmatiste défendue nous conduit en outre à resituer la description de la mesure dans le contexte de la pratique des physiciens et à mettre ainsi en évidence une rupture entre la phase de la prédiction théorique et celle du constat du résultat de mesure, laquelle délimite les domaines du possible et de l'actuel. Cette approche présente l'avantage de dissoudre le problème de la mesure, sans modifier le formalisme quantique et sans soulever de nouveaux problèmes.
Cette thèse propose une justification pragmatiste de la mécanique quantique. Celle-ci consiste d'abord à dégager les fonctions que doit remplir toute théorie pour permettre aux physiciens de mener à bien leur activité de recherche en microphysique, puis à démontrer que la mécanique quantique est la seule théorie qui remplit exactement ces fonctions. L'approche pragmatiste défendue nous conduit en outre à resituer la description de la mesure dans le contexte de la pratique des physiciens et à mettre ainsi en évidence une rupture entre la phase de la prédiction théorique et celle du constat du résultat de mesure, laquelle délimite les domaines du possible et de l'actuel. Cette approche présente l'avantage de dissoudre le problème de la mesure, sans modifier le formalisme quantique et sans soulever de nouveaux problèmes.
« Sauver les phenomenes » est et reste le but fondamental de toute recherche scientifique. Sous sa forme cartesienne classique, ce but a ete poursuivi avec succes en physique ou theories et experiences ont progressivement abouti a un pouvoir previsionnel de plus en plus pousse. Ceci jusqu'a ce que ces developpements debouchent sur une situation inattendue, leur objet manifestant des proprietes qui semblaient etranges et incomprehensibles dans le cadre de la pensee classique. Deja, des la fin du siecle dernier, les travaux de mathematiciens tels que H. Poincare, J. Hadamard, P. Painleve, J. Boussinesq, J. Chazy1 mettaient en evidence la possibilite formelle d'une indetermination dans l'evolution d'un systeme mecanique. Plus tard, en microphysique, on rencontrait un indeterminisme essentiel qu'aucun resultat decisif n'a encore pu actuellement eliminer de la mecanique quantique. D'autre part, l'impossibilite theorique d'analyser certains resultats de mesures en microphysique est a rapprocher de l'impossibilite experimentale qui interdit d'augmenter indefiniment la precision de toute mesure. On peut essayer de mettre en evidence ces proprietes si contraires aux conceptions auxquelles nous avait habitues la science classique,
La mécanique quantique est désormais une discipline scientifique de base, enseignée dans toutes les universités.Elle permet de rendre compte du comportement du monde microscopique avec une précision impressionnante, et en particulier du fonctionnement de tous les objets techniques (ordinateurs, téléphones mobiles, disques laser, etc.) que nous utilisons dans notre vie courante.Une pratique quotidienne de cette discipline permet au physicien d'acquérir une certaine maîtrise dans le maniement du formalisme quantique, une certaine intuition des erreurs qu'il ne faut pas commettre, de la démarche qu'il faut suivre pour parvenir au résultat correct.Cependant, lequel d'entre nous n'a pas ressenti, au moins une fois dans son parcours scientifique, un certain trouble concernant les fondements de la théorie quantique, l'impression qu'une formulation convaincante et satisfaisante de cette théorie restait encore à élaborer.Un grand nombre d'ouvrages d'enseignement de la mécanique quantique sont désormais disponibles, qui présentent en détail le formalisme quantique traditionnel et la manière dont il permet de rendre compte des propriétés des atomes et molécules, des corps solides et liquides, des interactions matière-rayonnement, et plus généralement du monde physique qui nous entoure.D'autres livres retracent l'histoire de l'élaboration de cette discipline, et décrivent les diverses étapes qui ont conduit à sa formulation moderne.Rares sont cependant ceux qui présentent, d'une part une revue des difficultés conceptuelles de la théorie, et d'autre part un panorama complet de toutes les tentatives de reformulation de la mécanique quantique ayant pour but de résoudre, au moins partiellement, ces difficultés.L'ouvrage présent de Franck Laloë répond à ces deux objectifs.Il introduit et discute en détail un certain nombre de résultats et de notions, comme le théorème d'Einstein-Podolsky-Rosen, le théorème de Bell, l'intrication quantique, qui illustrent clairement le caractère étrange du comportement quantique.Au cours des dernières décennies, des progrès expérimentaux importants ont été réalisés.Par exemple, il est devenu possible de suivre l'évolution en temps réel d'un atome unique.De nombreuses expériences, considérées comme des "expériences de pensée" par les pères fondateurs de
La mécanique quantique a modifié notre façon d'interpréter ce que jadis l'on appelait communément "réalité physique". A titre d'exemple, selon l'interprétation standard de la mécanique quantique (dite interprétation probabiliste de Copenhague) les propriétés d’un objet quantique n'ont pas de réalité physique, du moins, pas avant que l’observateur ne les mesure. De plus, tout semble se passer comme s'il y avait un indéterminisme intrinsèque à la dynamique quantique qui ne permettrait pas de prédire avec certitude le résultat d'une mesure. Dès lors, plusieurs interprétations physiques et philosophiques ont vu naissance afin de décrire (notre connaissance de) cette réalité.C'est au cours de la conférence de Solvay en 1927 que Louis de Broglie, un opposant à l'interprétation probabiliste, proposa une solution alternative qui permettait d'une part de restaurer le déterminisme (ainsi que le réalisme) et d'autre part de remettre au premier plan la notion de trajectoire. Par la suite cette théorie fut redécouverte et complétée par David Bohm pour donner naissance à la théorie connue aujourd'hui sous l'appellation de théorie de l'onde pilote. John Bell a dit à propos de cette interprétation : " En 1952, l'impossible a été rendu possible. C'était dans l'article de David Bohm. Bohm a montré explicitement comment une description indéterministe pouvait être transformée en théorie déterministe."Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse s'inscrivent dans la continuité de la vision de de Broglie et consistent en deux parties, chacune d'elles ayant pour but de répondre à une problématique particulière. Dans la première, on considère deux formalismes du type onde pilote, une version déterministe (dynamique de de Broglie-Bohm chapitre 2) ainsi qu'une de ses extensions stochastiques (dynamique de Bohm-Hiley-Nelson chapitre 3). On s'attardera notamment sur l’émergence de la probabilité quantique à partir de ces dynamiques dans l’approche dite du "Quantum Non-Equilibrium". Cette approche permet entre autres de s'affranchir du statut axiomatique de la distribution de probabilité mais aussi de la justifier par des arguments similaires à ceux que l'on retrouve en mécanique statistique. Parmi ces arguments on retrouvera à titre d’exemple la notion d’ergodicité, de chaos, de mixing ainsi que d’autres propriétés qui feront l’objet d’une étude approfondie (chapitre 4). En particulier, l’émergence de l’équilibre s'accompagne d'un processus de relaxation que nous allons caractériser dans chacune de ces dynamiques (dans le chapitre 3 nous dériverons un théorème H qui décrit quantitativement ce processus dans le cas stochastique). Par ailleurs, nous nous efforcerons, dans une approche phénoménologique, d’appliquer ces théories quantiques d'onde pilote à la dynamique macroscopique des gouttes d'huile rebondissantes dans un bain (chapitre 5).La deuxième problématique quant à elle, repose sur une hypothétique généralisation non-linéaire de la mécanique quantique. En particulier, nous considérerons l'équation de Schrodinger Newton comme une première proposition a cette généralisation. Cette équation non-linéaire découle d’une approximation semi-classique de la gravité et a été entre autres proposée par Roger Penrose pour expliquer le collapse de la fonction d’onde. Nous montrerons dans un premier temps comment le programme de la double solution de Louis de Broglie se développe dans ce contexte (chapitre 6). Par la suite nous verrons comment tester cette généralisation non-linéaire par deux propositions expérimentales (chapitre 7). En particulier, l’une de ces propositions nous conduira à étudier des effets de décohérence lors du refroidissement laser (Doppler cooling, chapitre 8). Pour cela on utilisera le modèle de Ghirardi–Rimini–Weber (GRW) comme modèle de décohérence. Ce qui nous permettra par la suite de généraliser les résultats obtenus auparavant par GRW dans leur modèle.
Cette thèse est consacrée à l’étude des trajectoires quantiques issues de la théorie desmesures continues en mécanique quantique non relativiste. On y présente de nouveaux résultatsthéoriques ainsi que des exemples d’applications. Sur le front théorique, on étudie principalementla limite de mesure «forte» dans laquelle on met en évidence l’émergence de sauts quantiques etd’échardes quantiques, deux phénomènes dont on précise la statistique. Hors de la limite forte, onpropose une méthode d’extraction optimale d’information pour un registre de qubits. Sur le frontdes applications, on introduit une méthode originale de contrôle utilisant l’intensité de la mesurecomme unique variable et on explique la transition balistique-diffusif dans les marches aléatoiresquantiques ouvertes; deux sous produits de l’étude théorique préalable des situations de mesureforte. On s’intéresse aussi au problème de la gravité semi-classique et montre que la théorie desmesures continues peut permettre d’en construire un modèle cohérent à la limite newtonienne. Onsuggère enfin quelques extensions possibles de la théorie à l’estimation a posteriori et d’éventuellesgénéralisations des résultats théoriques à des situations de mesures répétées discrètes. Dans laprésentation des résultats, l’accent est mis davantage sur l’explicitation des liens entre les multiplespoints de vue possibles sur les trajectoires quantiques (parallèles avec la théorie classique du filtrageet les modèles de collapse objectif utilisés dans les fondements) que sur la rigueur mathématique.
Donner un sens à la mécanique quantique exige de remonter à l'origine de la connaissance. Cela exige de revenir tout près de l'expérience incertaine, limitée et fugace à partir de laquelle nous cherchons à évaluer les possibilités futures. En ces commencements, rien ne doit être considéré comme allant de soi, pas même que des choses stables existent ou que des événements sont réellement arrivés. Dès que ces deux « évidences » du sens commun ont été mises à l'épreuve, la plupart des paradoxes quantiques se dissolvent. C'est le cas des énigmes de la non-localité, ou du paradoxe du chat de Schrödinger mi-mort mi-vif. L'idée même d'une « pluralité de mondes », souvent invoquée dans l'interprétation de la mécanique quantique, est reconduite aux situations élémentaires de la vie humaine où s'opposent l'actualité collectivement reconnue et les possibilités intellectuellement envisagées.