Dans l’enseignement supérieur en France, en troisième année de licence de physique, l’enseignement de la mécanique quantique est essentiellement quantitatif et le formalisme est présenté dans le cadre de l’interprétation standard. Par ailleurs, certaines universités proposent également une introduction à la mécanique quantique en deuxième année avec un enseignement davantage conceptuel. Nous proposons dans cet article d’introduire un questionnement épistémologique sur les concepts physiques mis en jeu dans la mécanique quantique, au niveau de la deuxième année, en nous intéressant au délicat problème de la mesure. Nous faisons l’hypothèse que les enseignants pourraient s’emparer de ce questionnement au travers d’un récit de fiction réaliste, le roman Isolation de Greg Egan. Nous employons un cadre théorique, issu des travaux du philosophe David Lewis, en vue de montrer la pertinence de ce roman pour une utilisation dans un cours de mécanique quantique en deuxième année de licence.
Dans l’enseignement supérieur en France, en troisième année de licence de physique, l’enseignement de la mécanique quantique est essentiellement quantitatif et le formalisme est présenté dans le cadre de l’interprétation standard. Par ailleurs, certaines universités proposent également une introduction à la mécanique quantique en deuxième année avec un enseignement davantage conceptuel. Nous proposons dans cet article d’introduire un questionnement épistémologique sur les concepts physiques mis en jeu dans la mécanique quantique, au niveau de la deuxième année, en nous intéressant au délicat problème de la mesure. Nous faisons l’hypothèse que les enseignants pourraient s’emparer de ce questionnement au travers d’un récit de fiction réaliste, le roman Isolation de Greg Egan. Nous employons un cadre théorique, issu des travaux du philosophe David Lewis, en vue de montrer la pertinence de ce roman pour une utilisation dans un cours de mécanique quantique en deuxième année de licence.
Dans l’enseignement supérieur en France, en troisième année de licence de physique, l’enseignement de la mécanique quantique est essentiellement quantitatif et le formalisme est présenté dans le cadre de l’interprétation standard. Par ailleurs, certaines universités proposent également une introduction à la mécanique quantique en deuxième année avec un enseignement davantage conceptuel. Nous proposons dans cet article d’introduire un questionnement épistémologique sur les concepts physiques mis en jeu dans la mécanique quantique, au niveau de la deuxième année, en nous intéressant au délicat problème de la mesure. Nous faisons l’hypothèse que les enseignants pourraient s’emparer de ce questionnement au travers d’un récit de fiction réaliste, le roman Isolation de Greg Egan. Nous employons un cadre théorique, issu des travaux du philosophe David Lewis, en vue de montrer la pertinence de ce roman pour une utilisation dans un cours de mécanique quantique en deuxième année de licence.
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».
L'avenement de la physique moderne (i.e. la physique a partir du debut du 20eme siecle) a necessite la revision de concepts fondamentaux de la physique newtonienne. Ainsi, l'emergence de la theorie de la relativite a necessite une refonte des concepts d'espace et de temps et la mecanique quantique a apporte un nouveau eclairage sur les notions de determinisme, de causalite et de separabilite. Ces considerations font que la mecanique quantique et la relativite heurtent le bon sens et, en tout cas, presentent des problemes de comprehension pour les etudiants. Notre experience d'enseignement de ces matieres nous a montre que la transposition du savoir a enseigner est, pour une bonne part, la cause de ces difficultes. En plus, les programmes donnent trop de priorite au formalisme mathematique, au detriment de la discussion des principes sur lesquels reposent les theories en question. Dans le but d’etablir un diagnostic precis des obstacles rencontres par les etudiants, nous avons elabore un questionnaire que nous avons soumis a plusieurs echantillons d’etudiants de 3eme et 5eme annees de licence a l’E.N.S.-Kouba (Alger). Nous partons de l’hypothese que ces obstacles sont dus essentiellement a une comprehension insuffisante des principes et concepts de base de la physique quantique (nous n’avons pas inclus la relativite dans la presente etude). Nous pensons que l'incorporation dans les programmes d'elements d'histoire des sciences et d'epistemologie de la physique serait susceptible de rendre plus efficace l'enseignement de la physique moderne dans le cycle considere.
Le but de notre étude consiste à analyser les enjeux épistémologiques et ontologiques de la physique quantique au travers de la bande dessinée Le Mystère du MONDE QUANTIQUE de Damour et Burniat (2016), dans la perspective d’un enseignement de mécanique quantique en 2ème année de licence. Nous discutons au préalable de la pertinence, pour l’enseignement, de ce récit de fiction dans le cadre de la théorie des mondes possibles de Lewis, basée sur le principe de contrefactualité. Nous présentons ensuite une analyse en deux temps de cette bande dessinée. Nous proposons dans un premier temps une approche réflexive pour l’enseignement de la mécanique quantique, en discutant les concepts de la physique quantique introduits dans la bande dessinée (enjeux épistémologiques) et en analysant différentes interprétations de la mécanique quantique (enjeux ontologiques). Nous présentons dans un second temps une analyse préliminaire d’une séquence de cours portant sur les concepts et interprétations de la mécanique quantique dans laquelle des vignettes de la BD ont été utilisées pour répondre aux questions des étudiants.
Ouvrage publié grâce au mécénat du Centre National de la Recherche Scientifique, de Paris-Sciences-et-Lettres et du Collège de France. Cet ouvrage, issu de nombreuses années d’enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d’aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique. Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d’un niveau plus avancé. L’ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n’est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d’un rappel classique). Cette volonté d’aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l’ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les « chapitres » et les « compléments ». Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d’entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d’être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants, dont le but est de proposer un large éventail d’applications et prolongements intéressants. Pour faciliter l’orientation du lecteur et lui permettre d’organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre. Le tome I fournit une introduction générale, suivie d’un chapitre détaillé qui décrit les outils mathématiques de base de la mécanique quantique. L’expérience d’enseignement des auteurs a montré que cette présentation est à terme la plus efficace. Les postulats sont ensuite clairement énoncés à partir du troisième chapitre avec de nombreuses applications en compléments. Ensuite sont décrites quelques grandes applications de la mécanique quantique, par exemple le spin et les systèmes à deux niveaux, ou encore l’oscillateur harmonique qui donne lieu à de très nombreuses applications (vibration des molécules, phonons, etc.) dont bon nombre font l’objet d’un complément spécifique.
Notre groupe de recherche travaille depuis deux ans sur les difficultés épistémologiques et ontologiques rencontrées dans le cadre de l’enseignement de la physique quantique en classe de Terminale Scientifique (TS) en France. La physique quantique fait apparaître dans les années 1920, la double nature, à la fois ondulatoire et corpusculaire, des objets microscopiques. Mais cette « dualité onde-corpuscule » est un obstacle pour l’enseignement, si on les réfère aux concepts de la physique classique. Bachelard montre dans le Nouvel esprit scientifique (1934) qu’il n’y a pas continuité, mais rupture épistémologique dans la signification de ces concepts, qui consacre l’avènement d’une physique contre-intuitive. On montrera en s’appuyant sur des documents de manuels scolaires, que le récit de fiction, avec l’exemple d’un rêve de Mr Tompkins aux prises avec un tigre quantique, peut permettre de décrire des mondes contre-intuitifs possibles, cohérent avec les principes fondamentaux de la physique quantique. Notre étude postule que l’enseignement de la physique nouvelle nécessite de former les élèves à une imaginaire épistémologique apte à construire une variété de configurations possibles dans l’approche des phénomènes scientifiques, mais aussi de leur contexte culturel et social.