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 »
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 »
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.
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 mécanique quantique est désormais une discipline scientifique de base, enseignée dans toutes les universités.Elle permet de rendre compte du comportement du monde microscopique avec une précision impressionnante, et en particulier du fonctionnement de tous les objets techniques (ordinateurs, téléphones mobiles, disques laser, etc.) que nous utilisons dans notre vie courante.Une pratique quotidienne de cette discipline permet au physicien d'acquérir une certaine maîtrise dans le maniement du formalisme quantique, une certaine intuition des erreurs qu'il ne faut pas commettre, de la démarche qu'il faut suivre pour parvenir au résultat correct.Cependant, lequel d'entre nous n'a pas ressenti, au moins une fois dans son parcours scientifique, un certain trouble concernant les fondements de la théorie quantique, l'impression qu'une formulation convaincante et satisfaisante de cette théorie restait encore à élaborer.Un grand nombre d'ouvrages d'enseignement de la mécanique quantique sont désormais disponibles, qui présentent en détail le formalisme quantique traditionnel et la manière dont il permet de rendre compte des propriétés des atomes et molécules, des corps solides et liquides, des interactions matière-rayonnement, et plus généralement du monde physique qui nous entoure.D'autres livres retracent l'histoire de l'élaboration de cette discipline, et décrivent les diverses étapes qui ont conduit à sa formulation moderne.Rares sont cependant ceux qui présentent, d'une part une revue des difficultés conceptuelles de la théorie, et d'autre part un panorama complet de toutes les tentatives de reformulation de la mécanique quantique ayant pour but de résoudre, au moins partiellement, ces difficultés.L'ouvrage présent de Franck Laloë répond à ces deux objectifs.Il introduit et discute en détail un certain nombre de résultats et de notions, comme le théorème d'Einstein-Podolsky-Rosen, le théorème de Bell, l'intrication quantique, qui illustrent clairement le caractère étrange du comportement quantique.Au cours des dernières décennies, des progrès expérimentaux importants ont été réalisés.Par exemple, il est devenu possible de suivre l'évolution en temps réel d'un atome unique.De nombreuses expériences, considérées comme des "expériences de pensée" par les pères fondateurs de
Clef de voûte de la physique actuelle, la mécanique quantique reste un instrument dont la maîtrise est nécessaire à l'étudiant. En effet, aucun domaine de la physique, depuis l'étude de l'état solide jusqu'à celle des particules élémentaires, ne peut être abordé sans une très bonne connaissance de cette discipline. Parmi plusieurs livres existant sur le sujet, en France comme à l'étranger, celui du professeur Messiah est le seul traité, simple et complet, qui soit à la fois un livre d'enseignement à l'usage des étudiants et un document de travail et de référence pour les chercheurs. Issu d'un cours professé au Centre d'études nucléaires de Saclay, il est présenté en deux tomes et constitue une somme théorique toujours d'actualité. À partir de notions mathématiques et de connaissances physiques élémentaires, le lecteur est progressivement initié aux principes et au formalisme de la théorie, puis aux méthodes et aux applications qui en découlent. Ainsi, la mécanique quantique est exposée sous sa forme moderne, à la fois concise et élégante.
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 nombreux dispositifs tels que laser, transistor, capteurs pour la photo et 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 parfois que le merveilleux 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 concepts généraux. Le spécialiste pourra cependant se reporter à une bibliographie très fournie. L'auteur appartient au Laboratoire Kastler Brossel, l'un des laboratoires de physique quantique les plus prestigieux du monde entier, comme l'a montré l'attribution de deux prix Nobel. Avec C. Cohen-Tannoudji et B. Diu, il est également co-auteur d'un ouvrage de mécanique quantique qui est devenu un classique dans les universités françaises et étrangères.
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.