«Die Natur ist nur einmal da »: Le principe de moindre action et l’idée d’univocité dans la formulation de la relativité générale et de la mécanique quantique
Cet article se propose d’analyser d’un point de vue épistémologique le principe de moindre action et le rôle qu’il a joué dans la constructiondes théories physiques, de la théorie de la relativité générale et de la mécanique quantique, en particulier. Par son origine mathématique, par sonétrange et problématique formulation faisant intervenir «le réel» (sous les espèces de la trajectoire «réellement parcourue» par une particule), leprincipe de moindre action occupe une position singulière dans l’ensemble des principes de la physique. Par ailleurs, ce principe a largement faitla preuve de son efficacité, en tant que principe heuristique, qu’il s’agisse de l’édification de la mécanique rationnelle ou de la mécanique quantique.La question se pose alors de savoir quel sens physique lui attribuer. Faut-il lui chercher une signification plus profonde que celle de simple méthode heuristique? Nous présenterons dans cet article la réponse apportée à cette question à la fin du XIXème siècle par Mach et un certain nombre de philosophes (plus particulièrement Joseph Petzoldt), qui ont vu une liaison entre le principe de moindre action et l’idée (parfois même érigée en principe) d’univocité (Eindeutigkeit, en allemand). Cette conception a donné lieu, en son temps, à un débat scientifique et philosophique important,aujourd’hui oublié. Nous voulons ici ré–examiner, à partir des écrits d’Einstein, Heisenberg et Bohr (entre autres), la naissance de la relativitégénérale et de la théorie des quanta, à la lumière du lien ainsi établi entre un principe fondamental de la physique et une idée méta–physique, touchant au rapport entre la théorie physique et ce dont elle est censée rendre compte : la Nature.
Cet article se propose d’analyser d’un point de vue épistémologique le principe de moindre action et le rôle qu’il a joué dans la constructiondes théories physiques, de la théorie de la relativité générale et de la mécanique quantique, en particulier. Par son origine mathématique, par sonétrange et problématique formulation faisant intervenir «le réel» (sous les espèces de la trajectoire «réellement parcourue» par une particule), leprincipe de moindre action occupe une position singulière dans l’ensemble des principes de la physique. Par ailleurs, ce principe a largement faitla preuve de son efficacité, en tant que principe heuristique, qu’il s’agisse de l’édification de la mécanique rationnelle ou de la mécanique quantique.La question se pose alors de savoir quel sens physique lui attribuer. Faut-il lui chercher une signification plus profonde que celle de simple méthode heuristique? Nous présenterons dans cet article la réponse apportée à cette question à la fin du XIXème siècle par Mach et un certain nombre de philosophes (plus particulièrement Joseph Petzoldt), qui ont vu une liaison entre le principe de moindre action et l’idée (parfois même érigée en principe) d’univocité (Eindeutigkeit, en allemand). Cette conception a donné lieu, en son temps, à un débat scientifique et philosophique important,aujourd’hui oublié. Nous voulons ici ré–examiner, à partir des écrits d’Einstein, Heisenberg et Bohr (entre autres), la naissance de la relativitégénérale et de la théorie des quanta, à la lumière du lien ainsi établi entre un principe fondamental de la physique et une idée méta–physique, touchant au rapport entre la théorie physique et ce dont elle est censée rendre compte : la Nature.
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 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.
L'idée de déterminisme, proposée pour étendre et généraliser la causalité physique, ajoutant en particulier la considération des conditions initiales, se constitua dès lors comme la référence idéale et considérée comme indépassable de toute connaissance scientifique. Cet idéal devait toutefois se voir dépassé dans plusieurs directions. D'une part, la causalité physique classique se transforma en causalité relativiste, comportant des restrictions sur les possibilités des rapports spatio-temporels et suscitant, avec la relativité générale, l'idée de complétude théorique, méta-concept qui permet de formuler des conditions internes de perfectionnement théorique. D'autre part, le déterminisme proprement dit devait connaître des limitations de sa portée en physique classique même, avec la considération des systèmes dynamiques «non linéaires», déterministes, mais dont le comportement peut être totalement non-prévisible à terme. Enfin, la causalité et le déterminisme se sont vus remis radicalement en question avec l'élaboration de la physique quantique. Le sens exact de ces remises en cause est directement lié aux questions d'interprétation de la théorie quantique : équation causale et problème de la « réduction » de la fonction d'état, d'un côté, prédictions probabilistes, d'un autre côté. Les deux aspects se retrouvent dans la question de la limitation des représentations spatio-temporelles et de sa signification du point de vue théorique. Il faut donc concevoir les problèmes d'interprétation de la théorie quantique en termes du rapport entre la causalité, le déterminisme, et les grandeurs qui portent les contenus physiques effectifs. On est ainsi amené à s'interroger sur un sens directement physique des grandeurs mathématiques de la théorie et, si un tel sens est assignable, à considérer les catégories en question par rapport aux concepts théoriques réellement appropriés, avec comme effet de les « remettre sur leurs pieds ». Cela est du moins possible pour la causalité, ainsi que pour la complétude. Quant au déterminisme, il ne peut être, dans sa formulation usuelle, que statistique, et reste ainsi très en-deçà des possibilités des perspectives théoriques. Ces transformations laissent entrevoir l'impératif d'une autre catégorie, plus fondamentale qu'elles car indépendante des choix conceptuels et théoriques, et pourtant souvent omise dans les débats : celle de nécessité, régulatrice des autres catégories et systèmes de concepts.
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».
Ce livre examine le rapport entre les sciences de la nature et la religion à partir de l’approche de la Wirklichkeit développée par le Physicien Werner Heisenberg. La physique quantique s’est imposée au prix d’une sérieuse remise en cause des fondements de la physique classique (newtonienne) et de sa conception du monde, entrainant ainsi une modification substantielle de la Denkstruktur ainsi que de notre conception de la Réalité. Voulant dépasser toute simplification et tout réductionnisme, l’Ordnung der Wirklichkeit de Heisenberg propose un agencement non-unifié, pluriel de la réalité. Celle-ci se laisse appréhender à travers diverses régions de connexions nomologiques, différentes et closes par leurs langages. Sciences et religion sont ainsi des parties différentes mais complémentaires d’une unique Wirklichkeit qui les transcende mais qui en même temps leur donne sens. Heisenberg croit ainsi en l’existence d’un Ordre divin (das Ganze ou das Eine) dans la nature, cet ordre dont il veut découvrir les structures, et qui se cache derrière chaque phénomène. Cet Ordre divin se comprend comme une loi non construite uniquement par la raison ou par l’intelligence humaine, mais un ordre qui est en même temps immédiatement senti, vécu. Ainsi, les domaines apparemment opposés gardent un lien nécessaire entre eux et dans leur rapport à cette structure commune qu’est la Nature, la Vie.
Résumé Ce texte propose au lecteur une brève incursion au sein de la physique théorique pour y dessiner, à grands traits, une configuration épistémique qui n’est pas sans similitudes avec la subversion psychanalytique. Il y est montré comment la situation expérimentale de la mécanique quantique a produit un sujet inédit, appartenant à la même région ontologique que son objet. L’auteur s’attardera sur le « retour à Einstein » réalisé par Bohr et Heisenberg en illustrant le déplacement des enjeux épistémiques, associé à ce retour, par les analogies de Bohr entre théorie de la relativité et mécanique quantique. On relèvera ensuite comment Bohr a conçu un procédé d’écriture nouveau pour faire place à l’inédit de l’objet quantique. Pour terminer, l’auteur procèdera à l’étude des démarches d’investigations conceptuelles quantique et psychanalytique dans la production du savoir sur l’objet. Parce qu’on ne peut pas tout dire de l’objet, il faut faire place au non-savoir dans la configuration du savoir lui-même. La complétude du sujet connaissant se voit trouée par le forçage symbolique de l’écriture de Bohr et de Lacan. L’investissement, toujours relancé, du sujet de l’énonciation et du sujet physique à l’égard de leur objet, destitue le savoir de l’exigence réaliste et promeut un désir, distinct du classique leurre imaginaire.