La métaphysique des particules

Sven Ortoli, Jean-Pierre Pharabod

En 1984, Sven Ortoli et Jean-Pierre Pharabod publiaient aux Éditions La Découverte Le Cantique des quantiques, un livre salué à l’époque comme l’un des meilleurs ouvrages de vulgarisation sur le difficile sujet de la mécanique quantique, vendu à 85 000 exemplaires et traduit en six langues. Mais, depuis plus d’une trentaine d’années, le paysage a radicalement changé : la manipulation et l’observation d’éléments quantiques uniques (un électron, un photon, un ion, un atome, une molécule…), engagées dans les années 1960, sont devenues faciles et presque banales. Des idées autrefois invraisemblables sont désormais testables et des expériences jusque-là impossibles ont été réalisées : leurs résultats sont venus confirmer et amplifier les aspects les plus déroutants de la théorie des quanta, ouvrant la porte à des applications techniques révolutionnaires, comme l’ordinateur quantique. Fables éclairantes et schémas à l’appui, les auteurs dessinent ici dans un langage clair, drôle et rigoureux, les nouveaux contours de cet étrange monde quantique sans lequel nous n’aurions ni Internet, ni ordinateurs, ni téléphones portables, ni… rien de ce qui a permis la société de la communication. Un monde hors de l’espace-temps, où les particules savent se téléporter et vraisemblablement remonter le temps… Un monde dont les nouvelles frontières, théoriques et expérimentales, plongeront le lecteur dans un inexorable mais délicieux vertige métaphysique.

John Horgan

Daniel Roussin

Notre thèse est une analyse philosophique dont le but est de spécifier la métaphysique de la mécanique quantique et d'en déterminer les fondements logiques. Depuis le début de sa formulation, des problèmes d'interprétation ont surgi en mécanique quantique. La cause principale de ces problèmes est, d'après nous, le choix d'une métaphysique, entendue comme positionnement par rapport à l'existence des entités théoriques étudiées par la mécanique quantique. D'autre part, il existe en philosophie des sciences un débat entre le réalisme scientifique et ses opposants antiréalistes. En philosophie analytique, Dummett a déplacé les débats métaphysiques du terrain de l'ontologie vers le terrain logico-sémantique. En effet, selon son analyse, les débats métaphysiques sont des débats à propos du choix d'une logique. Selon Dummett, une métaphysique réaliste a pour fondement la logique classique et une métaphysique antiréaliste a pour fondement une logique non classique. Par contre, le choix d'une logique doit être justifié par une théorie sémantique qui doit elle-même être justifiée par un modèle de la signification. L'approche logico-algébrique de la mécanique quantique a donné naissance à la logique quantique comme champ de recherche. Ce champ de recherche tente de déterminer la structure logique de la mécanique quantique par des structures d'ordre ou algébriques. Par exemple, la logique classique est interprétée par une algèbre de Boole tandis que la logique quantique standard est interprétée par la structure de treillis orthomodulaire. Nos hypothèses sont que la métaphysique de la mécanique quantique est antiréaliste et que la structure formelle de la logique quantique est une algèbre booléenne partielle transitive. Nous faisons l'hypothèse additionnelle que la logique quantique que nous défendons possède une assignation de valeurs de vérité probabilitaire conditionnelle dans laquelle la valeur de vérité d'un énoncé quantique est identifiée à la probabilité que lui attribue la théorie quantique et est conditionnelle à l'état du système quantique. Pour la détermination de la métaphysique de la mécanique quantique, la méthode utilisée est l'application de l'analyse dummettienne des débats métaphysiques à la classe des énoncés de la mécanique quantique. Pour la détermination de la logique quantique, nous nous inscrivons dans l'approche logico-algébrique de la mécanique quantique. Le choix de la structure algébrique ainsi que celui de l'assignation de valeurs de vérité sont justifiés par des contraintes sémantiques provenant de la théorie sémantique quantique et du modèle de la signification. L'analyse dummettienne appliquée à la classe des énoncés quantiques soutient un antiréalisme radical puisque, pour cette classe, la bivalence est inacceptable et le modèle de signification est le modèle justificationniste. En montrant que les conjonctions et disjonctions d'énoncés quantiques portant sur des observables incompatibles n'ont pas de signification, le modèle justificationniste de la signification justifie la structure algébrique que nous proposons. La signification des énoncés quantiques revient à une signification expérimentale. De plus, la signification des énoncés quantiques revient à une signification expérimentale. De plus, la théorie sémantique quantique que nous avons construite dont l'assignation probabilitaire fait partie, est justifiée également par le modèle justificationniste de la signification. L'originalité majeure de notre recherche est sa méthode, c'est-à-dire le fait de combiner une analyse dummettienne de la métaphysique de la mécanique quantique et une exploration des logiques quantiques existantes. Autant pour la spécification de la métaphysique que pour la détermination de la logique quantique, les justifications sont issues, en fin de compte, du modèle de la signification qui s'applique à la classe des énoncés quantiques. Un autre point important et original de notre thèse est la construction de la théorie sémantique quantique qui permet d'expliquer la compositionnalité des énoncés quantiques. Grâce à la théorie sémantique quantique, la logique quantique que nous proposons, en l'occurrence la logique quantique booléenne partielle, est vérifonctionnelle. Plutôt que de nous servir des arguments habituels que nous rencontrons en sciences et en philosophie des sciences pour prendre position dans le débat opposant le réalisme et l'antiréalisme qui a lieu en mécanique quantique, nous nous servons d'une thèse que Dummett a développée en philosophie analytique pour y parvenir. Notre recherche vient appuyer, par le biais de la philosophie analytique, tout un courant de pensée antiréaliste à propos de la mécanique quantique qui existe en physique et en philosophie des sciences. Notre contribution se situe sur le plan de l'interprétation logique et métaphysique de la mécanique quantique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Philosophie de la physique, Mécanique quantique, Métaphysique, Dummett, Logique quantique, Structures algébriques et d'ordre.

Louis de Broglie

Le présent mémoire est consacré à l'examen des raisonnements qui ont conduit à nier la possibilité de mettre en évidence le moment magnétique propre d'une particule de spin 1/2 (électron) par des expériences où les conceptions de la Mécanique ponctuelle sont valables. Le raisonnement de M. Bohr qui s'appuie sur les relations d'incertitude est entièrement valable pour les particules de vitesse faible, mais il paraît échouer pour des particules de vitesse comparable à celle de la lumière dans le vide. Le raisonnement dû à M. Pauli, qui effectue le passage des équations d'onde de Dirac à la Mécanique ponctuelle par l'approximation de l'optique géométrique, parvient à la conclusion que la Mécanique ponctuelle des particules à spin serait identique à celle des particules sans spin. De là découlerait l'impossibilité de mettre en évidence, dans le domaine de la Mécanique ponctuelle, l'action du gradient d'un champ magnétique sur le moment magnétique propre de la particule. En réexaminant ce passage à l'approximation de l'optique géométrique, on arrive ici à des conclusions différentes. En accord avec des travaux récents de M. Jan Weyssenhoff, la Mécanique ponctuelle de la particule de spin 1/2 est une mécanique à masse propre variable qui dépend du moment magnétique propre. Il n'y aurait donc pas d'impossibilité théorique a priori de mettre ce moment en évidence dans des expériences où la Mécanique ponctuelle est valable. Néanmoins il paraît difficile de trouver pour la masse, la charge et la vitesse de la particule des valeurs permettant d'effectuer une telle expérience, mais la difficulté serait d'ordre expérimental et ne dériverait pas d'une raison théorique a priori.

Jean-Louis Destouches