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 ?
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 ?
La relativité d'Einstein est née en 1905 pour répondre aux paradoxes posés par l'invariance de la vitesse c de la lumière. Ces paradoxes concernent la dilatation des durées et la contraction des temps observés pour des événements ayant lieu dans un référentiel en mouvement par rapport à un Observateur. La relativité postule que c'est l’interaction entre l'Observateur et l'objet observé qui est la cause des paradoxes. Mais elle ne fait aucune hypothèse concernant la nature de l'Observateur. Or celui qui observe un phénomène n'est jamais un point mais c'est un système ayant une frontière et qui est piloté comme la conscience humaine pilote le corps humain. L'interprétation cognitive et systémique de l'invariance de la vitesse de la lumière permet de prouver l'existence d'un Observateur Universel présent en un point intérieur à tous les systèmes physiques et analogue à la conscience humaine. Contrairement aux systèmes physiques, l'Observateur ne serait pas soumis à la causalité temporelle. Par sa présence inspatiotemporelle à l'intérieur de tous les systèmes, cet Observateur imposerait la valeur des constantes de l'univers, vitesse de la lumière et constante de Planck en particulier. Cette hypothèse raisonnable permet de donner une représentation nouvelle de l'Univers qui serait un multivers composé de tous les univers qui correspondent à tous les systèmes de l'Univers. Elle permettrait aussi de donner une représentation nouvelle de la lumière qui serait constituée de photons qui naîtraient du néant pour y retourner selon un rythme donné. Il y aurait un photon primordial analogue au bit de l'informatique. Il serait le constituant unique de tous les systèmes de l'univers. Cette approche cognitive et systémique de la relativité devrait permet de rapprocher les deux théories de la relativité et de la mécanique quantique. A terme, elle devrait même rapprocher les sciences physiques et les sciences humaines.
Nous proposons une relecture de l’article de 1905 de Poincaré Sur la dynamique de l’électron replacé dans son contexte historique, physique et mathématique. En effet, les lectures einsteiniennes qui en ont été faites jusqu’à présent, et qui ne prennent pas en compte ces différents aspects, conduisent à des contresens et des oublis fâcheux. Par exemple, contrairement à une idée répandue, Poincaré ne fait pas appel à l’éther dans ses raisonnements et est relativiste bien que ne changeant pas de référentiel. La raison est qu’il utilise des transformations de Lorentz actives. L’approche (très moderne) de Poincaré fondée sur le « postulat de relativité » (invariance des lois physiques sous l’action du groupe de Lorentz) et sur le principe de moindre action lui permet d’obtenir notamment l’invariance de l’électromagnétisme, une dynamique relativiste et une première formulation du confinement de l’électron supposé étendu (la « pression de Poincaré »). Son approche permet indirectement de mieux comprendre l’originalité de la démarche d’Einstein. En introduisant en juin 1905 le second postulat et les « complexes de lumière » Einstein teste sans le dire le caractère relativiste de sa théorie « révolutionnaire » des quanta.
Il y a un paradoxe de la mécanique quantique : voilà une théorie considérable de la physique contemporaine dont on est bien en peine de dire sur quoi elle porte et ce qu’elle signifie, car cela même ne va pas de soi. Le but de ce livre est de tenter d’élucider ce paradoxe. Pour cela, il convient de refaire table rase. Dans un premier temps, l’auteur entend n’appuyer sa construction que sur les certitudes tacites et les normes qui conditionnent la vie, la communication, et le travail au laboratoire. Cette façon de reconduire l’œuvre théorique aux gestes élémentaires du chercheur doit cependant éviter de n’aboutir qu’à un « empirisme dénué de sens » (Einstein). L’ouvrage apporte deux sortes de réponses à une telle critique. D’une part, on s’aperçoit que la forme de la théorie, loin d’être conditionnée par la seule nécessité de sauver les phénomènes, reflète de manière contraignante les conditions de possibilités d’un certain mode très général d’anticipation et d’objectivation des résultats expérimentaux. La quantification et les effets ondulatoires apparaissent pouvoir découler de ces conditions. D’autre part, si la référence, l’acte de visée vers un au-delà des manipulations instrumentales, ont été bloqués d’abord, ce n’était que pour mieux dégager les critères du choix qui peut être effectué ensuite entre plusieurs représentations de l’objet supposé de la physique quantique. Date de première édition : 1996.
La question de la causalite a ete centrale dans les discussions qui ont accompagne l'invention des nouvelles theories physiques dans les premieres decennies du XXeme siecle, la Theorie de la relativite et la Mecanique quantique. Celles-ci en effet ont remis en cause soit la forme de la causalite physique telle qu'elle etait concue dans le cadre de la mecanique classique, soit meme la pertinence de la causalite comme telle. Or, l'intelligibilite de la nature semblait jusque-la intrinsequement liee a cette forme causale classique, et a plus forte raison a la causalite en soi. On estimait en effet que la causalite classique avait apporte la clarte dans une matiere reputee etre restee confuse chez les philosophes. Les inflexions radicales introduites par les nouvelles theories physiques conduisent donc a questionner l'intelligibilite scientifique, et dans le meme mouvement la nature et la signification de la causalite telle qu'elle est comprise par la science physique. L'etude de l'œuvre de quelques-uns des fondateurs de ces theories fait ressortir que la causalite est dans cette perspective une relation ideale qui a pour fonction d'assurer l'objectivite du discours scientifique. A ce titre, elle ne saurait etre tenue pour une propriete du reel, mais doit etre comprise comme une categorie hermeneutique. Elle opere dans le cadre d'un discours qui se concoit comme une mise en forme de phenomenes, et qui ne trouve de sens que par et dans la negation d'un ordre en soi de la nature.
Depuis le congrès Solvay de 1927, le point de vue de Bohr, Born, Pauli et d’Heisenberg s’est imposé à toute la science contemporaine contre celui d’Einstein, de Broglie et de Schrödinger : il faudrait dorénavant renoncer au déterminisme et à l’existence d’une réalité objective, mais aussi à la possibilité d’une compréhension du monde physique.L’objectif principal de ce livre est de faire connaître l’onde pilote de Broglie-Bohm, une interprétation alternative qui conserve déterminisme et réalisme et qui faisait dire à John Bell : « Pourquoi l’image de l’onde pilote est-elle ignorée dans les cours ? Ne devrait-elle pas être enseignée, non pas comme l’unique solution, mais comme un antidote à l’autosatisfaction dominante ? Pour montrer que le flou, la subjectivité, et l’indéterminisme, ne nous sont pas imposés de force par les faits expérimentaux, mais proviennent d’un choix théorique délibéré ? »Ce livre étudie les limites de l’onde pilote de Broglie-Bohm et en cherche un dépassement. La « théorie de la double préparation » que proposée par Michel et Alexandre Gondran dépend des conditions de préparation du système quantique et correspond à une réponse à la « théorie de la double solution » que de Broglie a recherchée toute sa vie. Elle permet de mieux comprendre les points de vue d’Einstein, de Broglie et de Schrödinger.Enfin, les auteurs montrent qu’il existe des interprétations de la relativité générale compatibles avec la théorie de la double préparation. Elles permettent une vision commune entre mécanique classique, mécanique quantique et relativité générale dans un espace à quatre dimensions.
La mécanique quantique est à la base de notre compréhension actuelle des lois de la Nature, qu’elles s’appliquent à l’Univers entier, aux objets à notre échelle ou microscopiques. Toujours vérifiée par l’expérience, elle a permis de nombreuses découvertes et la mise au point de dispositifs variés tels que les lasers, les transistors, les capteurs pour la photographie ou la vidéo, etc. Alors, pourquoi se poser la question « comprenons-nous vraiment la mécanique quantique ? ». C’est qu’une bonne utilisation de la théorie ne signifie pas toujours une véritable compréhension. Le physicien qui prend du recul s’aperçoit que le puissant outil intellectuel créé par les scientifiques semble parfois leur échapper, prenant une vie propre et mettant en lumière maints aspects inattendus que ses inventeurs n’avaient pas soupçonnés. L’objet de ce livre est donc de discuter les fondements de la mécanique quantique. On y trouvera un exposé historique sur la naissance des concepts quantiques, leur développement, l’impact des idées de Bell et de son théorème et leur application récente à de nombreux domaines. Un panorama général des différentes interprétations est présenté en dernière partie. L’ouvrage est accessible à toute personne ayant une formation scientifique générale. Si des équations mathématiques apparaissent parfois, les idées importantes sont contenues dans les commentaires et les figures, l’accent étant mis sur les idées et les concepts généraux. Pour ceux qui ne sont pas très familiers de la mécanique quantique, un dernier chapitre contient un résumé des outils généraux de cette théorie et de leur utilisation. Le spécialiste pourra se reporter à une bibliographie très fournie. Depuis la première parution de l’ouvrage en 2011, la présente édition a été révisée et complétée pour tenir compte de nombreux résultats récents.