1. L'EXPLICATION PAR LES OBJETS Nous ne pouvons penser, ou plus généralement agir, sans nous appuyer sur la considération d'objets, ce terme devant être pris ici dans son acception la plus générale, et désignant aussi bien des objets abstraits par exemple (objets mathématiques, relations), ou même des objets logiques (propositions, opérations logiques, etc.), que des objets soumis plus ou moins immédiatement à notre expérience sensible (faits et choses). Ce sont eux que vise notre besoin d'explication, et en même temps ce sont eux qu'il utilise, qu'il s'agisse de la connaissance la plus vulgaire ou de la iplus évoluée. Chaque objet comme tel possède une individualité significative constituée par l'union de propriétés caractéristiques et douées d'une certaine permanence, par exemple pour les objets matériels la propriété d'être localisés dans telle partie de l'espace. Distinguer un objet, c'est donc à la fois introduire une certaine discontinuité dans le monde extérieur, et affirmer une certaine continuité dans les limites du découpage ainsi effectué; trouver une explication consiste à opérer de nouvelles différenciations à l'intérieur de ce continu, grâce à des comparaisons entre les objets, à le définir comme composant ou composé d'autres objets.
L'EXPLICATION PAR LES OBJETS Nous ne pouvons penser, ou plus généralement agir, sans nous appuyer sur la considération d'objets, ce terme devant être pris ici dans son acception la plus générale, et désignant aussi bien des objets abstraits par exemple (objets mathématiques, relations), ou même des objets logiques (propositions, opérations logiques, etc.), que des objets soumis plus ou moins immédiatement à notre expérience sensible (faits et choses). Ce sont eux que vise notre besoin d'explication, et en même temps ce sont eux qu'il utilise, qu'il s'agisse de la connaissance la plus vulgaire ou de la iplus évoluée. Chaque objet comme tel possède une individualité significative constituée par l'union de propriétés caractéristiques et douées d'une certaine permanence, par exemple pour les objets matériels la propriété d'être localisés dans telle partie de l'espace. Distinguer un objet, c'est donc à la fois introduire une certaine discontinuité dans le monde extérieur, et affirmer une certaine continuité dans les limites du découpage ainsi effectué; trouver une explication consiste à opérer de nouvelles différenciations à l'intérieur de ce continu, grâce à des comparaisons entre les objets, à le définir comme composant ou composé d'autres objets.
La pensée physique - et, jusqu'à un certain point, la pensée mathématique, du moins géométrique - s'est toujours appuyée sur la notion d'espace, comme par exemple le concept de dimension spatiale qui a donné l'idée de grandeur physique mathématisée. Jusqu'à la théorie de la relativité générale, celle-ci comprise, les conceptions des systèmes physiques et des phénomènes dont ils sont le siège ou l'origine ont été tributaires d'une pensée de l'espace, et ces phénomènes et ces systèmes sont, en général, pensés dans l'espace, même s'ils ont contribué à modifier la pensée de l'espace et s'ils ont obligé à reformuler notre «intuition spatiale». La physique quantique a remis en question cette certitude tranquille en mettant la pensée de l'espace et dans l'espace devant le dilemme suivant : ou bien garder le concept d'espace physique dans le sens précédent qui nous semble naturel et renoncer à l'idée que les «systèmes quantiques» pourraient être représentés directement dans cet espace comme des systèmes dotés de propriétés qui leur soient propres ; ou bien admettre que cela a un sens de parler de systèmes quantiques ayant des propriétés et enlever à l'espace son rôle premier dans la représentation de ces systèmes. En prenant ce second point de vue, on est amené à penser la physique autrement que «dans l'espace» au sens habituel ; et cependant, on a toujours, à un moment ou à un autre, à envisager les systèmes physiques quantiques en référence à cet espace, qui est celui des corps macroscopiques et du cosmos dans son état actuel. Se demander comment une telle pensée est possible amène donc en même temps à s'interroger sur le rapport entre le monde quantique et l'espace physique de notre expérience. Cette interrogation passe par un inventaire des modifications du concept d'espace requises par la description physique des systèmes quantiques. On concluera en évoquant l'idée d'une émergence du concept d'espace à partir des phénomènes quantiques, tant du point de vue épistémologique (émergence d'un certain niveau de réalité à partir de niveaux sous-jacents) que du point de vue cosmogénétique (formation et expansion de l'espace physique des objets macroscopiques).
Les théories physiques sont aujourd'hui très mathématisées, et ce que les scientifiques manipulent pour décrire, prédire et contrôler les phénomènes, ce sont (entre autres) des équations, comportant de nombreux symboles mathématiques. Ces objets mathématiques n'ont pas de signification physique en eux-mêmes : ils ne « parlent » pas d'eux-mêmes des phénomènes. Une interprétation est nécessaire. Ce qui nous intéresse dans cet article est ainsi l'interprétation dont une théorie physique doit faire l'objet pour remplir son rôle. Nous commençons par expliciter une distinction traditionnelle : l'interprétation « pauvre » (simple instrument permettant d'assigner aux symboles de la théorie un sens physique strictement limité aux résultats des expériences) diffère de l'interprétation « riche » (laquelle compose une image du monde compatible avec la façon dont la théorie décrit mathématiquement les résultats des expériences). Notre but dans cet article est de montrer que cette distinction doit être amendée. Nous nous appuyons sur l'exemple de la mécanique quantique, mais la distinction se veut valable en général pour toute théorie physique.
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».
Nous examinons les relations possibles entre la relativité générale et la mécanique quantique, du point de vue des représentations qu'elles se font de l'espace et du temps, qui sont différentes. Nous nous rapportons à notre propre compréhension des concepts d'espace et de temps, construits en opposition l'un à l'autre à partir des phénomènes physiques, et non constituant un cadre extérieur a priori. Dans le cadre d'une pensée relationnelle, on ne peut que comparer des phénomènes à d'autres phénomènes, et de cette confrontation naissent les repères d'espace-temps, dessinés par les trajectoires de certains phénomènes considérés arbitrairement de façon privilégiée. C'est dans ce cadre qu'il faut penser la possible association de la relativité générale (qui n'a pas le monopole de l'espace et du temps) et de la mécanique quantique (qui n'a pas le monopole de la quantification, cette dernière devant être comprise par la comparaison de deux classes de phénomènes dans une vision probabiliste). La question générale à se poser est celle d'échanges possibles entre les différents points de vue, appuyés sur les divers phénomènes possibles, c'est-à-dire ceux sur lesquels espace et le temps sont définis, et les autres. Ce ne sont pas l'espace et le temps qui disparaissent, ce sont les points de vue qui s'échangent. Ces échanges sont rendus possibles en représentant espace et temps, comme les autres phénomènes, par une paire de champs (r, t) ; r et t sont des vecteurs dans un espace à trois dimensions (le temps est marqué par la position d'un point mobile dans le même espace que celui qui définit la position des points), en opposition aux paires de champs (f, g) associées aux autres phénomènes (comme l'est la paire des champs électrique et magnétique). On peut in fine envisager une quantification de l'espace et du temps ; on peut envisager encore la définition de temps et espace par la seule mécanique quantique. Un cadre préliminaire et qualitatif est ici présenté comme base de futures recherches quantitatives.
RÉALISME RELATIVISTELe point le plus crucial, à propos de la réalité des objets physiques, consiste sans doute à éclaircir la signification du terme « réel ».Je ne m'y risquerai pas ici.En tentant de ne pas sortir de mon rôle de physicien, j'adopterai plutôt une définition particulière et limitée du terme, qui correspond peu ou prou à ce que Arthur Fine qualifie d'« attitude ontologique naturelle » 1 . L'« humble raisonnement »J'introduirai ici une notion de « réalité » opérante, restreinte car subordonnée à une théorie physique donnée.J'écrirai en revanche le terme Réel (et les termes dérivés) avec une capitale pour désigner une Réalité « ontologique » sur laquelle, en tant que physicien, je ne me prononcerai pas.Ainsi lorsque j'utiliserai le terme sans majuscule, ce sera pour désigner la réalité dans le cadre de telle ou telle théorie.Je soutiens en effet que chaque théorie physique, qu'il s'agisse de la physique newtonienne, de la relativité, de la physique quantique ou de quelque autre, implique assez précisément que les objets qu'elle manipule, et leurs attributs, puissent être qualifiés de « réels », du moins pour certains d'entre eux.En d'autres termes, une théorie physique ne peut être bien construite que si elle définit ses « objets physiques », c'est-à-dire en définitive ce qu'elle considère comme réel, et dans cette perspective, un énoncé de la théorie
Le problème typique du physicien théoricien, tel qu'il peut être décrit dans certains manuels scolaires, consiste à rendre compte de faits expérimentaux et d'observations à l'aide d'un modèle théorique. L'expérimentateur (qui peut être la même personne) quant à lui valide ou invalide le modèle au moyen de nouvelles expériences. Pour le physicien et épistémologiste Thomas S. Kuhn (''La structure des révolutions scientifiques'', 1960), cette vision du progrès scientifique qui suppose, notons le en passant, que l'on ait affaire à des théories réfutables au sens de Popper, est quelque peu naïve. En effet, expérimentateurs et théoriciens sont déjà de connivence pour accepter les mêmes paradigmes au sens de Kuhn, c'est-à-dire en particulier qu'il y a accord, en général tacite, sur les problèmes susceptibles d'être formulés. Ils répondent malgré eux à des questions qu'ils ne se sont pas posés. Notre travail s'inscrit dans le cadre orthodoxe de la théorie quantique. Nous avons cependant tenté de répondre à quelques questions que l'on omet généralement de poser. Ceci aussi bien au niveau des méthodes et des concepts de la chimie théorique qu'au niveau de l'analyse de données expérimentales. Par exemple, dans nos travaux théoriques nous nous sommes demandé si la définition de certains concepts tenus pour fondamentaux était véritablement indépendante de toute approximation ou représentation arbitraire, et inversement si d'autres concepts supposés liés à une approximation particulière, ne pouvaient pas être étendus ou avoir une signification plus profonde que celle qu'on leur accorde habituellement (cas des surfaces de Born-Oppenheimer). Dans nos travaux d'analyse de données nous avons tenté de remonter à des données expérimentales aussi brutes que possible pour éviter les biais que peuvent introduire les traitements qu'elles subissent. Ces traitements sont fonctions des modèles physiques auxquels les données sont supposées se conformer et que nous avons remis en question. Depuis notre thèse, nous nous sommes efforcé de maintenir un équilibre entre une recherche fondamentale tournée vers la théorie et permettant de voir de façon plus synthétique ou plus critique, certains aspects de la chimie quantique, et une recherche tournée vers l'expérience et les applications astrophysiques. La présentation de nos travaux s'articulera donc naturellement sur deux volets. Notons aussi que cette présentation n'est pas exhaustive. En particulier nous n'aborderons pas ici nos travaux sur les hydrocarbones polycycliques aromatiques qui entrent dans une des thématiques traditionnelles de notre laboratoire. Notre exposé se limitera aux principaux projets de recherches dont nous avons eu l'initiative et qui ont donné lieu à des collaborations, (à l'exception de notre travail sur les bases flottantes dont il ne sera pas non plus question dans cette présentation). Ce choix nous a paru conforme à l'esprit de l'habilitation à diriger des recherches.