Ce travail a pour but l'étude des conséquences de l'hypothèse de l'indiscernabilité pour les corpuscules de même espèce en vue d'une construction plus intuitive des théories atomiques; cette construction sera conduite de façon à ce que la constante de Planck n'intervienne que dans les parties purement quantiques et soit éliminée chaque fois qu'elle ne joue pas un rôle essentiel. C'est ainsi qu'habituellement l'indiscernabilité des corpuscules de même espèce est présentée comme une conséquence de la Mécanique ondulatoire, alors qu'on peut la considérer comme indépendante des considérations quantiques. En premier lieu sont examinés les principes de l'Atomisme, puis une définition précise des notions de discernabilité et d'indiscernabilité est donnée ; on étudie alors la liaison entre ces notions et d'une part les principes de l'atomisme, d'autre part la notion d'ordre. On est ainsi conduit à énoncer un principe dit « principe de Dalton renforcé » d'après lequel les corpuscules de même espèce sont indiscernables. Ce point de vue est comparé avec celui que préconise M. Langevin. Dans une seconde partie est étudié le caractère objectif de l'indiscernabilité. Après avoir précisé les éléments essentiels d'une théorie physique, on definit ce qu'est un changement de théorie et l'on démontre qu'une théorie supposant l'indiscernabilité n'est pas réductible à une théorie supposant la discernabilité. Enfin, dans une troisième partie, il est démontré qu'une mécanique ponctuelle exige la discernabilité.
Ce travail a pour but l'étude des conséquences de l'hypothèse de l'indiscernabilité pour les corpuscules de même espèce en vue d'une construction plus intuitive des théories atomiques; cette construction sera conduite de façon à ce que la constante de Planck n'intervienne que dans les parties purement quantiques et soit éliminée chaque fois qu'elle ne joue pas un rôle essentiel. C'est ainsi qu'habituellement l'indiscernabilité des corpuscules de même espèce est présentée comme une conséquence de la Mécanique ondulatoire, alors qu'on peut la considérer comme indépendante des considérations quantiques. En premier lieu sont examinés les principes de l'Atomisme, puis une définition précise des notions de discernabilité et d'indiscernabilité est donnée ; on étudie alors la liaison entre ces notions et d'une part les principes de l'atomisme, d'autre part la notion d'ordre. On est ainsi conduit à énoncer un principe dit « principe de Dalton renforcé » d'après lequel les corpuscules de même espèce sont indiscernables. Ce point de vue est comparé avec celui que préconise M. Langevin. Dans une seconde partie est étudié le caractère objectif de l'indiscernabilité. Après avoir précisé les éléments essentiels d'une théorie physique, on definit ce qu'est un changement de théorie et l'on démontre qu'une théorie supposant l'indiscernabilité n'est pas réductible à une théorie supposant la discernabilité. Enfin, dans une troisième partie, il est démontré qu'une mécanique ponctuelle exige la discernabilité.
L'indiscernabilité des corpuscules de mème espèce étant adoptée comme principe fondamental indépendamment de toute considération quantique, on en étudie les conséquences. On définit d'une manière précise déterminisme et indéterminisme pour les positions et pour les quantités de mouvement. On étudie ensuite les possibilités de mesures simultanées des positions et des quantités de mouvement; on établit alors que la mesure simultanée des quantités de mouvement et des positions des corpuscules indiscernables appartenant à un système S est impossible, ce qui entraîne l'indéterminisme mécanique pour un système contenant des corpuscules indiscernables. Puis on démontre que ce résultat s'étend au cas d'un corpuscule unique et d'un système quelconque. Ainsi l'indiscernabilité entraîne l'indéterminisme. On montre ensuite que l'impossibilité de mesures simultanées nécessite une modification des propriétés du produit logique et par conséquent l'utilisation d'une nouvelle logique. L'indéterminisme qui résulte de l'hypothèse d'indiscernabilité permet d'écrire des relations d'incertitude. Celles-ci ne contiennent pas la constante h puisqu'on n'a pas fait appel à des considérations quantiques ; les relations obtenues sont plus faibles que celles de Heisenberg. La constante de Planck ne peut être introduite que par un postulat. Enfin, on indique les grandes lignes d'une géométrie cinématique en accord avec l'indéterminisme, qui s'appuie sur la nouvelle logique envisagée auparavant.
L'indiscernabilité des corpuscules de même espèce entraînant l'indéterminisme, on en étudie les répercussions sur les lois générales de prévisions. Une condition générale est obtenue. En adjoignant le principe des interférences et le principe de linéarité de l'opérateur hamiltonien, on est conduit à diviser les corpuscules en deux classes : ceux pour lesquels les fonctions d'onde sont symétriques et ceux pour lesquels les fonctions d'onde sont antisymétriques. On retrouve ainsi un résultat de la mécanique ondulatoire sans avoir fait intervenir de conditions quantiques. Puis le passage à la mécanique macroscopique est examiné ; celui-ci ne se présente pas de la même façon qu'en mécanique quantique, car la constante de Planck n'intervient pas. On montre qu'à l'échelle macroscopique les localisations sont telles que l'indiscernabilité n'a plus lieu.
Avant-proposLa mécanique quantique est une théorie étonnante dans tous les sens du terme.C'est un lieu commun que de faire remarquer qu'elle est peu intuitive, souvent contraire à toute représentation des phénomènes physiques issue de notre expérience journalière.Mais elle est également étonnante par le contraste qu'elle présente entre ses triomphes et ses difficultés.D'une part, de toutes les théories scientifiques, la mécanique quantique est probablement l'une des plus couronnées de succès.Inventée initialement dans le cadre de la physique atomique, elle a rapidement débordé dans de très nombreux domaines, permettant de concevoir et de réaliser maintes expériences en optique, en physique du solide, des liquides, en astrophysique, etc. Plus qu'une simple théorie, elle est ainsi devenue une méthode générale, un cadre qui a permis de développer la théorie des fluides et des solides, celle des champs, celle des particules élémentaires et l'unification des interactions en physique.Elle a ainsi très largement dépassé les objectifs initiaux de ses inventeurs sans qu'il soit nécessaire, ce qui est vraiment remarquable, de modifier les principes généraux de la théorie qu'ils avaient élaborée.Ses applications sont multiples, peuplant notre environnement au XXI e siècle de multiples dispositifs qui auraient été inimaginables il y a 50 ans.D'autre part, cependant, cette théorie reste relativement fragile du fait des difficultés conceptuelles et d'interprétation qu'elle présente, sans d'ailleurs que cela affecte son efficacité.Ce n'est pas que les physiciens aient voulu ignorer ou occulter ces difficultés, bien au contraire !En témoigne le nombre important d'interprétations de la théorie qui ont été proposées au cours des décennies, mettant en jeu des méthodes d'approche et des techniques mathématiques souvent très diverses.C'est une situation rare dans l'histoire des sciences : un consensus général se dégage concernant une approche des phénomènes et des méthodes de calcul, dont la puissance prédictive est extraordinaire ; et cependant, presque un siècle après l'introduction de ces méthodes, le même consensus est loin d'être obtenu en ce qui concerne l'interprétation de la théorie, sa base en quelque sorte.On retrouve l'image du colosse d'airain aux pieds d'argile.L'essentiel des difficultés fondamentales de la mécanique quantique tient au vecteur d'état |Ψ qu'elle utilise pour décrire les systèmes physiques.Alors
Certaines théories scientifiques admettent plusieurs interprétations, c'est-à-dire qu'elles sont compatibles avec plusieurs images du monde. J'étudie ici le cas de la mécanique quantique contemporaine comme exemple d'une théorie admettant des interprétations variées. Parmi les interprétations les plus célèbres de la mécanique quantique, on peut citer l'interprétation orthodoxe de Copenhague, celle de la mécanique de Bohm ou celle des mondes multiples d'Everett. Actuellement, il n'existe pas de consensus vis-à-vis de l'interprétation correcte de la mécanique quantique, que ce soit parmi les physiciens ou parmi les philosophes. Cette thèse étudie les enjeux liés à l'existence d'une telle pluralité d'interprétations, à travers plusieurs points de vue méthodologiques. Le premier s'attache à analyser formellement ce que sont les interprétations quantiques et en quel sens ce sont les interprétations d'une même théorie, c'est-à-dire qu'elles restent empiriquement équivalentes. Dans une deuxième partie, je m'intéresse aux rôles que jouent les diverses interprétations quantiques dans la pratique scientifique. J'étudie l'unité qui prévaut dans la recherche en mécanique quantique, en dépit de la diversité des interprétations utilisées. Je propose une notion d'unité fondée sur la réutilisation des travaux scientifiques, lorsque des interprétations différentes sont employées. Dans une troisième partie, je me penche sur les aspects normatifs de la pluralité d'interprétations. Je cherche à savoir sous quelles conditions une telle pluralité peut être bonne pour le fonctionnement de la recherche et le progrès épistémique. Je propose pour cela un modèle de théorie des jeux.
Avant-proposLa mécanique quantique est une théorie étonnante dans tous les sens du terme.C'est un lieu commun que de faire remarquer qu'elle est peu intuitive, souvent contraire à toute représentation des phénomènes physiques issue de notre expérience journalière.Mais elle est également étonnante par le contraste qu'elle présente entre ses triomphes et ses difficultés.D'une part, de toutes les théories scientifiques, la mécanique quantique est probablement l'une des plus couronnées de succès.Inventée initialement dans le cadre de la physique atomique, elle a rapidement débordé dans de très nombreux domaines, permettant de concevoir et de réaliser maintes expériences en optique, en physique du solide, des liquides, en astrophysique, etc. Plus qu'une simple théorie, c'est ainsi devenu une méthode générale, un cadre qui a permis de développer la théorie des fluides et des solides, celle des champs, celle des particules élémentaires et l'unification des interactions en physique.Elle a ainsi très largement dépassé les objectifs initiaux de ses inventeurs sans qu'il soit nécessaire, ce qui est vraiment remarquable, de modifier les principes généraux de la théorie qu'ils avaient élaborée.Ses applications sont multiples, peuplant notre environnement au XXI e siècle de multiples dispositifs qui auraient été inimaginables il y a 50 ans.D'autre part, cependant, cette théorie reste relativement fragile du fait des difficultés conceptuelles et d'interprétation qu'elle présente, sans d'ailleurs que cela n'affecte son efficacité.Ce n'est pas que les physiciens aient voulu ignorer ou occulter ces difficultés, bien au contraire !En témoigne le nombre important d'interprétations de la théorie qui ont été proposées au cours des décennies, mettant en jeu des méthodes d'approche et des techniques mathématiques souvent très diverses.C'est une situation rare dans l'histoire des sciences : un consensus général se dégage concernant une approche des phénomènes et des méthodes de calcul, dont la puissance prédictive est extraordinaire ; et cependant, presque un siècle après l'introduction de ces méthodes, le même consensus est loin d'être obtenu en ce qui concerne l'interprétation de la théorie, sa base en quelque sorte.On retrouve l'image du colosse d'airain aux pieds d'argile.L'essentiel des difficultés fondamentales de la mécanique quantique tient au vecteur d'état |Ψ qu'elle utilise pour décrire les systèmes physiques.Alors qu'en mécanique classique un système est décrit de façon directe par des
Le débat sur l'interprétation de la mécanique quantique est, aujourd'hui, sensiblement différent de ce qu'il était dans la période de «fondation» de cette théorie. Cette modification tient à deux causes : l'ancrage des conceptions quantiques dans la pensée des physiciens, favorisé par l'utilisation systématique et fructueuse de la théorie quantique en physique atomique et subatomique, d'une part et, d'autre part, les développements théoriques et expérimentaux survenus au cours des vingt dernières années, qui ont amené à considérer comme des faits physiques des énoncés qui paraissaient naguère relever davantage de l'interprétation, avec liberté d'options, voire de la spéculation. Quelle est la signification des énoncés et des concepts théoriques de la physique quantique ? et comment celle-ci s'est-elle modifiée ? Qu'entend-on par «interprétation» ? Telles sont les questions qui servent de guide à ce travail. Nous nous proposons de clarifier ce qui, dans les questions de signification, relève respectivement de la physique (essentiellement les contenus conceptuels et théoriques), et de perspectives philosophiques. Cette distinction est plus nette aujourd'hui qu'elle ne l'était au moment de l'établissement de la mécanique quantique, ce qui permet d'approfondir notre compréhension de chacun de ces deux aspects, qui s'enrichissent mutuellement de cette clarification. Nous nous interrogeons, pour terminer, sur ce que peut être une conception réaliste en termes d'un «monde d'objets quantiques».