Souvenirs protoquantiquesFin 1955, Roland Omnes et moi, frais émoulus de nos agrégations, étions installés dans le bâtiment central de Saclay ; de l'autre côté du majestueux couloir, on trouvait deux chercheurs théoriciens : Claude Bloch et Albert Messiah.Nous ne savions rien.Ils savaient tout (ou presque) -et en plus ils étaient disposés à nous l'enseigner... J'ai plus particulièrement gardé le souvenir de deux cours à Saclay : celui d'Abragam en résonance nucléaire, et celui de Messiah -d'où est issue la première version du présent livre.A l'époque, on n'entendait guère parler de mécanique quantique à l'université ; j'avais, en 1952, fui rapidement les enseignements formels développés autour de Louis de Broglie ; lu les livres américains (Schiff, un peu de Morse et Feshbach) ; appris la liaison chimique avec E. Bauer ; les électrons en milieu périodique avec P. Aigrain ; les intégrales sur les chemins dans Feynman.Mais il y avait d'immenses zones d'ombre -la théorie des moments angulaires, les collisions, ... Enfin Malherbe vint, avec le nom (approprié) de Messiah : l'unité du thème, la rigueur et la beauté du poème, tout cela apparaissait enfin.Je me rappelle bien notre professeur juvénile, arrivant dans sa 2 CV (qu'il parvenait à conduire tout en lisant son journal) ; toujours disposé à discuter avec son troupeau ; parfois navré de découvrir notre ignorance -je me souviens encore d'une « interrogation écrite » (qui était plutôt un sondage), dont les résultats lamentables l'avaient consterné ; mais constamment enthousiaste, pour reconstruire devant nous, pierre à pierre, les sept piliers de la sagesse.Que veut dire un physicien quand il décide que tel argument a un sens physique ?ou un biologiste à propos du sens biologique ?etc. La réponse me paraît claire : nous attribuons du sens physique à un raisonnement si (et seulement si) il s'appuie sur quelque chose que nous avons appris jeunes, dans les années d'éclosion.Le cours et le traité de Messiah ont participé ainsi tout naturellement à notre façon de comprendre (un peu) le monde.Et le message était suffisamment épuré, universalisé, pour rester ensuite applicable aux générations suivantes -d'où l'utilité de cette nouvelle version.Notre génération doit tant à ces pionniers qui, pendant ou après les vicissitudes de la guerre, avaient su s'instruire à l'étranger, et revenir (malgré les séductions des pays riches) pour (entre autres) nous enseigner.Merci à eux tous, et en particulier à Albert Messiah, pour leur patience et pour leur flamme.
Souvenirs protoquantiquesFin 1955, Roland Omnes et moi, frais émoulus de nos agrégations, étions installés dans le bâtiment central de Saclay ; de l'autre côté du majestueux couloir, on trouvait deux chercheurs théoriciens : Claude Bloch et Albert Messiah.Nous ne savions rien.Ils savaient tout (ou presque) -et en plus ils étaient disposés à nous l'enseigner... J'ai plus particulièrement gardé le souvenir de deux cours à Saclay : celui d'Abragam en résonance nucléaire, et celui de Messiah -d'où est issue la première version du présent livre.A l'époque, on n'entendait guère parler de mécanique quantique à l'université ; j'avais, en 1952, fui rapidement les enseignements formels développés autour de Louis de Broglie ; lu les livres américains (Schiff, un peu de Morse et Feshbach) ; appris la liaison chimique avec E. Bauer ; les électrons en milieu périodique avec P. Aigrain ; les intégrales sur les chemins dans Feynman.Mais il y avait d'immenses zones d'ombre -la théorie des moments angulaires, les collisions, ... Enfin Malherbe vint, avec le nom (approprié) de Messiah : l'unité du thème, la rigueur et la beauté du poème, tout cela apparaissait enfin.Je me rappelle bien notre professeur juvénile, arrivant dans sa 2 CV (qu'il parvenait à conduire tout en lisant son journal) ; toujours disposé à discuter avec son troupeau ; parfois navré de découvrir notre ignorance -je me souviens encore d'une « interrogation écrite » (qui était plutôt un sondage), dont les résultats lamentables l'avaient consterné ; mais constamment enthousiaste, pour reconstruire devant nous, pierre à pierre, les sept piliers de la sagesse.Que veut dire un physicien quand il décide que tel argument a un sens physique ?ou un biologiste à propos du sens biologique ?etc. La réponse me paraît claire : nous attribuons du sens physique à un raisonnement si (et seulement si) il s'appuie sur quelque chose que nous avons appris jeunes, dans les années d'éclosion.Le cours et le traité de Messiah ont participé ainsi tout naturellement à notre façon de comprendre (un peu) le monde.Et le message était suffisamment épuré, universalisé, pour rester ensuite applicable aux générations suivantes -d'où l'utilité de cette nouvelle version.Notre génération doit tant à ces pionniers qui, pendant ou après les vicissitudes de la guerre, avaient su s'instruire à l'étranger, et revenir (malgré les séductions des pays riches) pour (entre autres) nous enseigner.Merci à eux tous, et en particulier à Albert Messiah, pour leur patience et pour leur flamme.
La réédition du livre de mécanique quantique de Messiah éveille de nombreux souvenirs agréables chez tous les physiciens de notre génération.Pour ceux qui, comme nous, ont eu la chance d'y assister, le cours qu'Albert Messiah a donné à Saclay pendant quelques années à partir de 1953 a été une révélation.De manière surprenante et tout à fait remarquable, il s'agissait en effet, dans le pays même où Louis de Broglie avait lancé les bases de la mécanique ondulatoire exactement trente ans auparavant, du premier enseignement structuré de cette discipline.D'autres cours, tels ceux donnés par Abragam sur la résonance magnétique, Bloch sur la physique nucléaire, Herpin sur la physique des solides et Trocheris sur la physique des plasmas, répondaient, en une sorte de contrepoint, à celui de Messiah, et révélaient aux nombreux auditeurs qui les suivaient de nouveaux secteurs très actifs de la recherche.Dès cette époque, il était clair qu'un événement important se produisait dans la physique française.Alfred Kastler et Jean Brossel, avec leur équipe naissante que l'un de nous (C.C.-T.) venait de rejoindre comme jeune étudiant, se rendaient toutes les semaines sur le plateau alors isolé de Saclay, écouter leur jeune collègue qui avait découvert aux Etats-Unis l'importance de la mécanique quantique.Avec le recul, cette influence des cours de Saclay sur le Laboratoire de spectroscopie hertzienne de l'École normale, où tant d'expériences de physique atomique et d'optique quantique ont fourni des confirmations directes aux prédictions de la mécanique quantique, apparaît clairement.Non moins décisive a été l'impulsion donnée par l'enseignement de Messiah au développement de la recherche fondamentale à Saclay ; en particulier, son enthousiasme communicatif a grandement contribué à y rassembler l'amorce du Service de physique théorique.Ces deux exemples personnels illustrent, nous semble-t-il, une constatation que la plupart des chercheurs de notre génération pourraient faire à propos de leur propre laboratoire.Par la suite, les polycopiés où le texte s'est élaboré et que les auditeurs du cours de Messiah faisaient circuler, puis le livre qui en est issu, ont joué un rôle capital dans la formation des étudiants et des chercheurs en physique.Des générations de physiciens, en France et à l'étranger, ont puisé dans cet ouvrage les éléments indispensables à leurs réflexions et à leurs recherches.L'intérêt de ce livre n'est pourtant pas qu'historique, puisque malgré le temps écoulé depuis sa première édition en 1959, il demeure l'un des ouvrages de base sur lesquels s'appuient encore tous ceux qui veulent enseigner ou étudier la mécanique quantique.Certes, il est paru depuis d'autres ouvrages, exposant d'autres points de vue.Mais « le Messiah »
Avant-propos de la Nouvelle EditionCe livre a été écrit alors que la théorie quantique, fondée trente ans plus tôt au terme d'une longue et difficile gestation, était parvenue à une certaine maturité et avait déjà fait la preuve de son exceptionnelle réussite à déchiffrer le monde de la physique microscopique.Depuis, des progrès considérables ont été accomplis dans toutes les branches de la physique, sans qu'à aucun moment ladite théorie, sur laquelle repose tout l'édifice, ne soit remise en question.Ce livre a donc toujours sa place comme ouvrage de base dans l'édifice pédagogique de la physique moderne.Il s'agit en effet d'un traité d'initiation à la théorie quantique.Il prend les choses au tout début -avec l'apparition des premiers effets quantiques -et les pousse aussi loin et aussi complètement que possible dans les limites de l'approximation non relativiste.La mécanique quantique relativiste n'y est que succinctement abordée dans la cinquième et dernière partie.Cela dit, la réédition d'un tel texte une bonne trentaine d'années après sa première parution, alors que le panorama général de la physique a si profondément changé, doit nécessairement s'accompagner d'une certaine mise à jour qui en préserve le caractère d'actualité.En fait, il y aurait bien quelques remaniements à envisager, quelques anachronismes à corriger.Mais cela se réduit à si peu de chose qu'il m'a semblé plus clair et plus simple de reproduire à l'identique le texte original, et d'indiquer en avant-propos, en les commentant, les quelques modifications et compléments qu'il convenait de lui apporter.Cette nouvelle édition de mon traité de Mécanique quantique est donc la reproduction du texte original, ou plus exactement de sa dernière mouture.Paru en 1959, le traité a été réimprimé à plusieurs reprises dans les quelques années qui ont suivi, et c'était chaque fois l'occasion d'apporter au texte corrections et amendements.J'ai ainsi pu éliminer la plupart des erreurs matérielles, coquilles ou autres, et j'ai également repris certains passages, notamment dans le Tome II.On en est ainsi arrivé à une version que je considère comme définitive.A part quelques corrections de détail, ainsi qu'une mise à jour des références bibliographiques, c'est cette dernière version qui est reproduite ici.Ceci étant, les quelques modifications à faire se situent aux frontières du livre et n'affectent pas l'ensemble de l'exposé, car elles ne se rapportent pas au contenu du livre proprement dit, mais à ses prolongements en amont et en aval.En amont, à propos du débat épistémologique autour de l'interprétation statistique et de l'opération de
La physique quantique n'est pas seulement à la base de nombreuses inventions de pointe. Elle constitue aussi une révolution conceptuelle de grande ampleur.Bien que ses implications pratiques comme ses conséquences philosophiques soient immenses, la physique quantique est encore mal connue des non-spécialistes, en partie à cause des difficultés qu'il y a à exposer ses fondements.Or c'est justement la gageure réussie de cet ouvrage. En un style clair, enjoué et dépourvu d'équations, Etienne Klein nous guide dans les profondeurs de la matière. Nous découvrons avec lui des expériences aussi étranges que celle des fentes de Young ", qui montre que la matière est à la fois onde et corpuscule et que ses caractéristiques sont en partie liées... à notre propre existence en tant qu'observateur humain! Après avoir pris connaissance de paradoxes surprenants comme celui du chat de Schrödinger _ un chat à la fois mort et vivant! _ nous abordons la mystérieuse question de la " non-séparabilité ", sorte d'influence qui se joue de l'espace et du temps.Prenant le relais, Bernard d'Espagnat nous montre les impressionnantes conséquences de ces découvertes; comment il en résulte que la physique ne donne accès qu'à une allégorie de ce réel dont elle maîtrise si admirablement les apparences. Notre vision du monde s'en trouve transformée et vivifiée. Loin d'apparaître comme la grande mécanique que paraissait décrire la physique classique, ce réel _ voilé et non séparable _ laisse entrevoir une profondeur et un mystère qui semblaient avoir disparu. La quête immémoriale d'un " être " qui soit plus que les matériaux qui le composent retrouve ainsi une pertinence que la science avait un moment paru nier.Ensemble, ils nous proposent un livre clair et vigoureux qui, non seulement nous initie à la physique moderne mais réhabilite aussi la dimension contemplative du métier de physicien.Bernard d'Espagnat, ancien directeur du Laboratoire de physique théorique et particules élémentaires de l'université d'Orsay, a enseigné la philosophie des sciences à la Sorbonne et fut le premier physicien théoricien en poste au CERN à Genève. De renommée internationale, il est l'auteur de plusieurs livres de référence, dont A la recherche du réel.< I>Etienne Klein est un jeune chercheur du CEA, qui travaille actuellement au CERN. Il enseigne la physique quantique à l'Ecole Centrale."
AVANT-PROPOSNous sommes heureux de présenter une ré-impression de l'ouvrage de José Leite Lopes et Bruno Escoubès, Sources et évolution de la physique quantique.Textes fondateurs, dont la première édition, parue en 1994', avait été très vite épuisée.La réédition était demandée par beaucoup, et les auteurs-organisateurs de ce précieux recueil de textes et leurs ayants-droits nous en ont confié la charge.Elle était particulièrement opportune en cette << Année internationale >> de la physique, décidée par l'ONU2 et lancée par l'UNESCO à l'occasion du centenaire de la publication des travaux de 1'« année d'or >> d'Einstein, puisque les textes rassemblés s'inscrivent dans la suite directe de ces recherches pionnières, dégageant ce qui apparaissait peu à peu comme la voie royale de la physique de la matière élémentaire, atomique, nucléaire et subnucléaire.Cet ouvrage est susceptible d'aider à renouer, sur des problématiques contemporaines, le fécond et nécessaire dialogue des sciences avec la philosophie.Ces << textes fondateurs >> sont dus à la plume de physiciens importants du XXe siècle, et les organisateurs du recueil sont également physiciens.J. Leite Lopes, qui fut l'élève de Wolfgang Pauli et de José-Maria Jauch lors de ses années de doctorat aux États-Unis, ami de Richard Feynman, de David Bohm, et de nombreux autres physiciens prestigieux, est connu internationalement par ses travaux, notamment sur les interactions faibles (on lui doit une première esquisse de leur unification avec les interactions électromagnétiques dans le domaine quantique) ; il fut lui-même l'un des pionniers de la physique théorique au Brésil, grand professeur et créateur d'institutions qui ont formé des générations de chercheurs du Brésil et d'Amérique latine.Homme de progrès, il fut proscrit par la dictature militaire qui sévit dans son pays des années 1960 jusqu'au début des années 1980.Nourri de culture française, c'est en France qu'il trouva l'accueil qui lui permit la poursuite de ses travaux : à l'université Louis Pasteur de Strasbourg où il a enseigné jusqu'à sa retraite, reprenant ensuite ses activités au Brésil où il se trouve aujourd'hui.Pendant son séjour en France, il engagea de fructueuses collaborations avec les physiciens expérimentateurs, et promut des dialogues riches et stimulants avec des chercheurs d'autres disciplines, et notamment des philosophes, suscitant la fondation du Séminaire sur les Fondements des Sciences de Aux éditions Masson (Paris).Lors de sa 58e Assemblée Générale.
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.
The strange story of the quantum (L'étrange histoire du quantum), par Banesh Hoffmann (Harmondsworth, Penguin Books Ltd., 1965; 4s.6d) raconte, de façon vivante et facile à lire, l'histoire du développement de la théorie quantique, depuis les toutes premières données fournies par les expériences photoélectriques de Hertz, en 1887, jusqu'à son adoption finale comme théorie fondamentale de la physique, quelque cinquante ans plus tard.A la différence de la plupart des livres de «vulgarisation scientifique», celui-ci ne prétend pas expliquer l'un des sujets habituels, tels que la fission nucléaire et ses utilisations, mais fait au contraire l'historique des idées.Au cours du développement, les explications se succèdent de façon à faire comprendre au lecteur les idées de base de la théorie à peu près dans l'ordre dans lequel elles se sont présentées aux physiciens qui l'ont élaborée.Ce livre est aussi original par sa manière de mettre en avant les personnages et d'insister sur le côté personnel des diverses théories en cause, ce qui rend l'ouvrage très vivant.Comme dans un bon roman policier, le lecteur suit les péripéties de page en page, impatient d'en connaître le dénouement.Du fait que l'auteur est un mathématicien, ancien collaborateur d'Einstein et d'Infeld, son récit a l'accent de la vérité.Sa présentation pourrait étonner certains lecteurs versés dans la question, mais elle plaira à tous ceux à qui les sujets tels que la mécanique quantique paraîtraient inabordables sous une autre forme.L'un des avantages d'un livre traité de façon historique est de ne pas se démoder aussi facilement que ceux qui s'efforcent d'expliquer les derniers progrès technologiques.Le présent ouvrage a été écrit en 1947 et revu en 1959, et cependant il ne semble pas dater.Certes, il s'achève sur le «tumulte» de la non-conservation de la parité et constate que le spin isotopique «semble destiné à jouer un rôle important à l'avenir»; certes, on n'y parle pas des neutrinos muons, de résonances, de SU 3 ou de désintégrations K°2 inexplicables, mais il ne s'agit là que de nouvelles découvertes dans le domaine où la mécanique quantique est valable; elles n'ont pas changé sa nature fondamentale, du moins pas encore.La conception et le style de cet ouvrage sont bien illustrés par les extraits suivants tirés de la préface: