Les origines de la physique quantique remontent à Einstein et à ses réflexions sur la lumière. Au-delà de la question du repère des équations de Maxwell, deux autres phénomènes troublaient les physiciens. Il s’agissait de l’effet photoélectrique, la propriété que les métaux éclairés ont d’éjecter des électrons d’une part, et du spectre du rayonnement des corps chauffés d’autre part. L’énergie des photoélectrons était indépendante de l’intensité lumineuse et ne dépendait que de la longueur d’...
Les origines de la physique quantique remontent à Einstein et à ses réflexions sur la lumière. Au-delà de la question du repère des équations de Maxwell, deux autres phénomènes troublaient les physiciens. Il s’agissait de l’effet photoélectrique, la propriété que les métaux éclairés ont d’éjecter des électrons d’une part, et du spectre du rayonnement des corps chauffés d’autre part. L’énergie des photoélectrons était indépendante de l’intensité lumineuse et ne dépendait que de la longueur d’...
Au cours du 19e siècle avec Young et Fresnel, puis par la suite avec Maxwell et sa théorie électromagnétique, une théorie moderne, ondulatoire permet de bien expliquer les phénomènes d'optique. Seuls le phénomène photoélectrique et la radiation du corps noir avec la catastrophe ultraviolette posaient encore quelques problèmes. En 1900, afin d'éliminer la catastrophe ultraviolette, Planck introduit l'idée que les radiations thermiques ne puissent être émises ou absorbées que sous forme de quanta discrets [1]. En 1905, parmi les quatre papiers révolutionnaires publiés par Einstein, l'un d'entre eux [2] pose véritablement les bases de la révolution de la mécanique quantique, la théorie qui décrit ce qu'il se passe au niveau des particules. Reprenant l'idée de Planck, Einstein explique que les corpuscules ou quanta de lumière ne découlent pas seulement d'astuces théoriques, mais que ces quanta représentent la lumière même. Il donne une explication complète de l'effet photoélectrique, ce qui lui vaudra le prix Nobel en 1921. En 1924, les quanta de lumière sont détectées directement pour la première fois par effet Compton (prix Nobel en 1927). En 1926, un chimiste, du nom de Lewis, introduit le nom « photon » pour qualifier les quanta de lumière...
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).
La physique d'aujourd'hui se fonde à la fois sur la physique quantique et sur la relativité générale. Or, véritables systèmes de pensée, ces deux théories suggèrent deux manières différentes de voir le monde. Si notre physique ne convient pas, il faut en construire une nouvelle. Et ce par une voie essentiellement géométrique. Des hypothèses audacieuses sous-tendent les nouvelles théories : supersymétrie, cordes et supercordes, gravité et cosmologie quantiques, géométrie non commutative..., qui renouvellent les conceptions mêmes de l'espace et du temps, de la matière et de l'univers.
La physique newtonienne introduit un espace et un temps continus, mais considère la matière, décrite en termes corpusculaires, comme discontinue. Les théories de la relativité représentent aussi l'espace-temps comme un continuum. La nature de la lumière a été source de discussions depuis avant le XVIIème siècle : est-elle constituée de particules, comme le suggérait Newton, ou bien d'ondes ? Cette dernière conception impliquait cependant l'existence d'un éther électromagnétique, dont les propriétés restaient indéterminées. Telle était la version électromagnétique du débat continu / discontinu. Au début du XIXème siècle, l'interférométrie suggéra de considérer la lumière comme une onde, plus précisément une onde électromagnétique : une victoire de la vision continue. Mais au début du XIXème siècle, la révolution quantique introduisit une vision entièrement nouvelle, qui rendit caduque les descriptions de la lumière en termes d'ondes [classiques] ou de particules. Il fallait la décrire par de nouvelles entités, fonctions d'onde ou champs quantiques. Il apparut ensuite que l'on devait décrire la matière de la même manière. Dans un sens, le débat continu / discontinu était résolu : les deux aspects étaient présents dans la matière ou dans le rayonnement, tous deux quantifiés. Du point de vue mathématique, la situation peut être décrite géométriquement, sous forme de la géométrie non commutative, ou bien algébriquement, par l'emploi d'opérateurs. L'histoire ne se termine pas là. Différents arguments suggèrent que notre description actuelle de la nature n'est pas satisfaisante, et que nous devons chercher une théorie physique plus complète et plus unifiée. La plupart des physiciens estiment qu'elle doit impliquer une quantification de la gravitation, sous une forme ou sous une autre. Celle-ci pourrait se présenter comme une quantification de la géométrie elle-même. Ceci motive une grande part de la recherche actuelle en physique fondamentale, qui considère différentes approches : géométrie quantique, gravité en boucles, réseaux de spin ou réseaux causaux, triangulation dynamiques ... Chacune introduit de nouvelles conceptions de l'espace et du temps, ou ces entités géométriques apparaissent quantifiées ; comme la matière dans la théorie quantique originale, elles incorporent des caractéristiques continues et discontinues. Nous ne savons pas si l'une de ces théories se révélera adéquate. Les travaux continuent.
La naissance de la mécanique quantique a souvent été comparée à celle de la relativité, initialement introduite en 1905 par Albert Einstein.La force du raisonnement d'Einstein a été de partir d'idées physiques fondées sur l'invariance de la vitesse de la lumière, d'en déduire un principe de symétrie très général (équivalence de tous les référentiels inertiels), puis de traduire ces idées en équations, pour enfin construire une théorie conséquence nécessaire de ces équations.Il est ainsi arrivé à la relativité, sous sa forme dite spéciale (ou restreinte).Cette construction déductive a donné aux théories de la relativité, tant spéciale que générale (elle aussi basée sur un principe physique, le principe d'équivalence), un caractère particulièrement convaincant.Par opposition en quelque sorte, la découverte de la mécanique quantique n'est pas issue d'un tel superbe raisonnement abstrait, mais plutôt d'une collection de mystères expérimentaux : comment calculer le rayonnement du corps noir, les spectres atomiques, ou l'effet photoélectrique ?
Cet article s'interroge sur la légitimité des liens que certains courants de pensée établissent entre la spiritualité et la physique quantique, liens fondés sur l'idée que l'un et l'autre reposeraient sur des dimensions échappant aux contraintes de l'espace et du temps. Il propose que de tels rapprochements, rejetés pour la plupart par la communauté scientifique, pourraient cependant venir d'une juste intuition : celle d'une dimension fondamentale commune se manifestant selon deux apparences : le spirituel et le matériel. Il se réfère pour l'expliquer à la théorie du Vide vivant, dont la spécificité est de décrire un principe fondateur d'essence physique, à partir duquel une telle dimension a pu advenir. L'article expose comment cette dimension fondamentale éclaire ce qui fonde la réputation d'impénétrabilité de la physique quantique, et la rend accessible aux non-physiciens. Il montre enfin comment cette lecture mène à un paradigme élargi à l'intégralité du réel, avec notamment une compréhension inédite de la nature du temps. Les pouvoirs de la pensée y trouvent leur juste mesure.