RESUME. — La notion de Complémentarité proposée par Bohr en 1927, au moment de la première discussion publique de la nouvelle « mécanique quantique », est presque toujours présentée comme la solution mal définie et superficielle de difficultés fondamentales, qu'elle contribuerait à éluder. L'objet de cet article est de montrer, au contraire, que l'Interprétation de Copenhague, pour laquelle la Complémentarité est un concept central, posait dans toute sa complexité le problème de la relation du langage naturel aux objets de la physique, désignés par le terme de « phénomènes atomiques ». C'est ce problème qui donne lieu à un paradoxe, qui à son tour engendre une distinction entre deux notions de réalité physique, qu'il faut définir soigneusement. Dans ce contexte, la complémentarité devient une sorte de garantie, imparfaite mais nécessaire, de la cohérence du discours ordinaire (non formalisé) de la physique. Elle compense l'impossibilité de trouver un langage quantique adéquat à des objets qui ne se présentent plus comme des choses du monde ordinaire.
RESUME. — La notion de Complémentarité proposée par Bohr en 1927, au moment de la première discussion publique de la nouvelle « mécanique quantique », est presque toujours présentée comme la solution mal définie et superficielle de difficultés fondamentales, qu'elle contribuerait à éluder. L'objet de cet article est de montrer, au contraire, que l'Interprétation de Copenhague, pour laquelle la Complémentarité est un concept central, posait dans toute sa complexité le problème de la relation du langage naturel aux objets de la physique, désignés par le terme de « phénomènes atomiques ». C'est ce problème qui donne lieu à un paradoxe, qui à son tour engendre une distinction entre deux notions de réalité physique, qu'il faut définir soigneusement. Dans ce contexte, la complémentarité devient une sorte de garantie, imparfaite mais nécessaire, de la cohérence du discours ordinaire (non formalisé) de la physique. Elle compense l'impossibilité de trouver un langage quantique adéquat à des objets qui ne se présentent plus comme des choses du monde ordinaire.
Les aspects théoriques les plus fondamentaux de la notion de complémentarité sont successivement étudiés. Dans la première partie la notion de complémentarité de Bohr est précisée et on montre de quelle façon cette notion est venue profoundément modifier les conceptions physiques. Dans une seconde partie la théorie générale des prévisions est résumée et ses principaux résultats sont énoncés pour permettre de mener ? une façon précise une discussion sur la notion de complémentarité: le problème des prévisions est ? abord posé, puis décomposé en trois problèmes successifs grâce àľ introduction des eAléments initiaux et des eAléments de prévision.LCaron; opérateur ?évolution est ensuite défini. Puis on montre de quelle manière le calcul des prévisions conduit à une généralisation de la décomposition spectrale. II intervient alors une certaine fonction f dont la forme est déterminée. La notion de grandeur ?état est alors définie; lorsqu'il existe une telle grandeur le formalisme du calcul des prévisions se simplifle et se ramène au schèma ? un point en mouvement dans un espace de phases. Une théorie dans laquelle il existe une grandeur ?état est appelée théorie objectiviste. Par opposition une théorie telle qu'il n'existe pas de grandeur ?état est appelée théorie subjeetiviste. La fonction f a la forme |x|k; la constante k dans une théorie subjectiviste a une valeur unique et il est montré que k = 2: on établit ainsi comme un théorème le principe de décomposition spectrale, et cela pour toute théorie subjectiviste. On définit ensuite les grandeurs neutres, puis on fait la distinction entre les propriétés qui ont lieu en fait et celles qui ont lieu en droit. Les notions de déterminisme et dcaron; indéterminisme sont définies et il est montré qu'il n'y a que deux types de théories physiques: les théories objectivistes qui sont déterministes, et les théories subjectivistes qui sont essentiellement indéterministes. Dans la troisième partie la notion de complémentarité est diseutée en utilisant les résultats de la théorie générale des prévisions. On montre qu'il n'y a pas de complémentarités dans une théorie objectiviste et qu'au contraire il y en a nécessairement dans une théorie subjectiviste. Deux types de complémentarités peuvent se présenter: une complémentarité effective et une complèmentarité idéate, mais en fait il y a toujours des complémentarités effectives. Ensuite on examine les observations successives et les conditions qui se présentent suivant les complémentarités; on précise ce qu'on doit entendre par grandeurs complémentaires. La quatrième partie est consacrée à une interprétation du quantum ? action. Les différents aspects de la notion de quantification sont examinés (d'abord ceux dans lesquels la constante de Planck n'intervient pas), puis la constante de Planck est introduite au moyen de la notion de spin et au moyen du principe ? homomorphisme. Ľ origine de la subjectivité est examinée; un principe de subjectivité est énoncé et doit ètre mis à la base des théories de la microphysique; au contraire un principe ? objectivité doit ètre mis à la base de la physique macroscopique. La cinquième partie concerne les rapports entre les notions de complémentarité et ? indiscernabilité. Enfin la complémentarité de Bohr apparaît sous un aspect dialectique quand on ľ envisage comme provenant de ľ unification de deux théories qui s'opposaient au moyen ? un dépassement (Aufhebung). – J.-L. D.
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».
Je me propose dans ce travail de comparer la fonction épistémologique que Cassirer assigne à l'intuition sensible dans la physique quantique à celle qui lui est attribuée par Bohr. Je montrerai que tous deux coïncident sur l'impossibilité de considérer les représentations spatio-temporelles comme des exhibitions directes d'objets et de processus atomiques dans l?intuition. En ce sens, tout autant Cassirer que Bohr considèrent que notre connaissance du domaine quantique est une connaissance symbolique. Cependant, alors que pour Cassirer ceci implique que les images spatio-temporelles ne jouent aucun rôle dans la physique quantique, Bohr soutient que ce sont ces images qui apportent une référence physique au formalisme mathématique de la théorie. Au lieu de se réjouir comme Cassirer d'un soi-disant abandon des représentations sensibles en physique atomique, Bohr soutient que celles-ci doivent être conservées pour que les objets et les processus quantiques soient exhibés indirectement dans l'intuition. Je montrerai qu'avec cette position, Bohr adopte un concept de symbole plus proche de celui de Kant que celui que propose le néokantien Cassirer dont les caractéristiques sont, dans un certain sens, plutôt leibniziennes. À la lumière de cette analyse, nous verrons que, pour Cassirer, ce n'est qu'à travers un renoncement complet aux représentations sensibles en physique quantique qu'il est possible d'atteindre une systématicité dans la connaissance physique. Je soutiendrai que Bohr, au contraire, est capable de rendre compte aussi bien de la référence empirique de la théorie quantique, que de sa relation systématique avec la physique classique.
Depuis le congrès Solvay de 1927, le point de vue de Bohr, Born, Pauli et d’Heisenberg s’est imposé à toute la science contemporaine contre celui d’Einstein, de Broglie et de Schrödinger : il faudrait dorénavant renoncer au déterminisme et à l’existence d’une réalité objective, mais aussi à la possibilité d’une compréhension du monde physique.L’objectif principal de ce livre est de faire connaître l’onde pilote de Broglie-Bohm, une interprétation alternative qui conserve déterminisme et réalisme et qui faisait dire à John Bell : « Pourquoi l’image de l’onde pilote est-elle ignorée dans les cours ? Ne devrait-elle pas être enseignée, non pas comme l’unique solution, mais comme un antidote à l’autosatisfaction dominante ? Pour montrer que le flou, la subjectivité, et l’indéterminisme, ne nous sont pas imposés de force par les faits expérimentaux, mais proviennent d’un choix théorique délibéré ? »Ce livre étudie les limites de l’onde pilote de Broglie-Bohm et en cherche un dépassement. La « théorie de la double préparation » que proposée par Michel et Alexandre Gondran dépend des conditions de préparation du système quantique et correspond à une réponse à la « théorie de la double solution » que de Broglie a recherchée toute sa vie. Elle permet de mieux comprendre les points de vue d’Einstein, de Broglie et de Schrödinger.Enfin, les auteurs montrent qu’il existe des interprétations de la relativité générale compatibles avec la théorie de la double préparation. Elles permettent une vision commune entre mécanique classique, mécanique quantique et relativité générale dans un espace à quatre dimensions.
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.
Cet ouvrage est une contribution à la question : comment faut-il comprendre la mécanique quantique ? La réponse que défend l'auteur est qu'il ne faut pas chercher à l'interpréter mais qu'il faut au contraire prendre au sérieux ce qu'elle dit explicitement, sans intermédiaire ni reformulation. Cette perspective est défendue à partir de l'analyse d'un argument qui mobilise la mécanique quantique en faveur de la thèse émergentiste contre le réductionnisme. Sans chercher à arbitrer cette querelle de façon générale, l'auteur s'attache à montrer que cet argument est d'emblée biaisé par l'utilisation d'un langage qui ne convient pas à la mécanique quantique. Seule une attention soutenue aux concepts propres à la mécanique quantique et à son langage peut nous permettre de saisir ce qu'elle nous invite à faire : revoir une bonne partie de notre système conceptuel et penser différemment.