Il est communément attribué au hasard l’effet d’une cause accidentelle, inconnue et donc perçue comme imprévisible. Or, le hasard quantique révèle, quant à lui, l’absence de toute cause initiale. Il offre ainsi aux systèmes microscopiques la possibilité d’adopter une multitude d’états, dévoilant alors d’innombrables informations.Sans équations et seulement à l’aide de raisonnements élémentaires, L’édifiante conception du hasard quantique explique les fondements de ce hasard, son implication dans le fonctionnement de l’ordinateur quantique et de l’horloge atomique, et les propriétés étonnantes qu’il confère aux particules, telles que les corrélations instantanées à distance, l’univocité de l’ordre chronologique des mesures, la quantification des interactions, ou les spectres de positions et de vitesses. Cet ouvrage montre comment l’analyse approfondie des phénomènes quantiques proscrit toute hypothèse de cause originelle, et comment, en revanche, ceux-ci en se manifestant dans tout l’Univers, déterminent notre perception de l’espace et du temps. Il décrit les incidences philosophiques et spirituelles qui en découlent.
Il est communément attribué au hasard l’effet d’une cause accidentelle, inconnue et donc perçue comme imprévisible. Or, le hasard quantique révèle, quant à lui, l’absence de toute cause initiale. Il offre ainsi aux systèmes microscopiques la possibilité d’adopter une multitude d’états, dévoilant alors d’innombrables informations.Sans équations et seulement à l’aide de raisonnements élémentaires, L’édifiante conception du hasard quantique explique les fondements de ce hasard, son implication dans le fonctionnement de l’ordinateur quantique et de l’horloge atomique, et les propriétés étonnantes qu’il confère aux particules, telles que les corrélations instantanées à distance, l’univocité de l’ordre chronologique des mesures, la quantification des interactions, ou les spectres de positions et de vitesses. Cet ouvrage montre comment l’analyse approfondie des phénomènes quantiques proscrit toute hypothèse de cause originelle, et comment, en revanche, ceux-ci en se manifestant dans tout l’Univers, déterminent notre perception de l’espace et du temps. Il décrit les incidences philosophiques et spirituelles qui en découlent.
Avant-proposLa mécanique quantique est une théorie étonnante dans tous les sens du terme.C'est un lieu commun que de faire remarquer qu'elle est peu intuitive, souvent contraire à toute représentation des phénomènes physiques issue de notre expérience journalière.Mais elle est également étonnante par le contraste qu'elle présente entre ses triomphes et ses difficultés.D'une part, de toutes les théories scientifiques, la mécanique quantique est probablement l'une des plus couronnées de succès.Inventée initialement dans le cadre de la physique atomique, elle a rapidement débordé dans de très nombreux domaines, permettant de concevoir et de réaliser maintes expériences en optique, en physique du solide, des liquides, en astrophysique, etc. Plus qu'une simple théorie, elle est ainsi devenue une méthode générale, un cadre qui a permis de développer la théorie des fluides et des solides, celle des champs, celle des particules élémentaires et l'unification des interactions en physique.Elle a ainsi très largement dépassé les objectifs initiaux de ses inventeurs sans qu'il soit nécessaire, ce qui est vraiment remarquable, de modifier les principes généraux de la théorie qu'ils avaient élaborée.Ses applications sont multiples, peuplant notre environnement au XXI e siècle de multiples dispositifs qui auraient été inimaginables il y a 50 ans.D'autre part, cependant, cette théorie reste relativement fragile du fait des difficultés conceptuelles et d'interprétation qu'elle présente, sans d'ailleurs que cela affecte son efficacité.Ce n'est pas que les physiciens aient voulu ignorer ou occulter ces difficultés, bien au contraire !En témoigne le nombre important d'interprétations de la théorie qui ont été proposées au cours des décennies, mettant en jeu des méthodes d'approche et des techniques mathématiques souvent très diverses.C'est une situation rare dans l'histoire des sciences : un consensus général se dégage concernant une approche des phénomènes et des méthodes de calcul, dont la puissance prédictive est extraordinaire ; et cependant, presque un siècle après l'introduction de ces méthodes, le même consensus est loin d'être obtenu en ce qui concerne l'interprétation de la théorie, sa base en quelque sorte.On retrouve l'image du colosse d'airain aux pieds d'argile.L'essentiel des difficultés fondamentales de la mécanique quantique tient au vecteur d'état |Ψ qu'elle utilise pour décrire les systèmes physiques.Alors
Avant-proposLa mécanique quantique est une théorie étonnante dans tous les sens du terme.C'est un lieu commun que de faire remarquer qu'elle est peu intuitive, souvent contraire à toute représentation des phénomènes physiques issue de notre expérience journalière.Mais elle est également étonnante par le contraste qu'elle présente entre ses triomphes et ses difficultés.D'une part, de toutes les théories scientifiques, la mécanique quantique est probablement l'une des plus couronnées de succès.Inventée initialement dans le cadre de la physique atomique, elle a rapidement débordé dans de très nombreux domaines, permettant de concevoir et de réaliser maintes expériences en optique, en physique du solide, des liquides, en astrophysique, etc. Plus qu'une simple théorie, c'est ainsi devenu une méthode générale, un cadre qui a permis de développer la théorie des fluides et des solides, celle des champs, celle des particules élémentaires et l'unification des interactions en physique.Elle a ainsi très largement dépassé les objectifs initiaux de ses inventeurs sans qu'il soit nécessaire, ce qui est vraiment remarquable, de modifier les principes généraux de la théorie qu'ils avaient élaborée.Ses applications sont multiples, peuplant notre environnement au XXI e siècle de multiples dispositifs qui auraient été inimaginables il y a 50 ans.D'autre part, cependant, cette théorie reste relativement fragile du fait des difficultés conceptuelles et d'interprétation qu'elle présente, sans d'ailleurs que cela n'affecte son efficacité.Ce n'est pas que les physiciens aient voulu ignorer ou occulter ces difficultés, bien au contraire !En témoigne le nombre important d'interprétations de la théorie qui ont été proposées au cours des décennies, mettant en jeu des méthodes d'approche et des techniques mathématiques souvent très diverses.C'est une situation rare dans l'histoire des sciences : un consensus général se dégage concernant une approche des phénomènes et des méthodes de calcul, dont la puissance prédictive est extraordinaire ; et cependant, presque un siècle après l'introduction de ces méthodes, le même consensus est loin d'être obtenu en ce qui concerne l'interprétation de la théorie, sa base en quelque sorte.On retrouve l'image du colosse d'airain aux pieds d'argile.L'essentiel des difficultés fondamentales de la mécanique quantique tient au vecteur d'état |Ψ qu'elle utilise pour décrire les systèmes physiques.Alors qu'en mécanique classique un système est décrit de façon directe par des
Notre propos se focalise sur l’aspect « mesure » des probabilités qui renvoie toujours concrètement, pour un problème donné, à des comparaisons de morceaux d’espace et/ou de temps occupés par les divers événements discutés. Et nous savons par ailleurs (cf. nos travaux) que les mesures d’espace et de temps sont établies à travers la confrontation entre différents phénomènes physiques et supposent des choix arbitraires (laissés au libre arbitre) quant à la définition des étalons. Nous proposons ainsi une approche relationnelle de la notion de probabilité, le caractère relationnel des uns (espace, temps) retentissant nécessairement sur les autres (hasard, probabilités). Le modèle probabiliste attaché à telle série d’événements, que nous qualifions d’ « apparents », se construit en opposition à, ou en composition avec, un autre modèle probabiliste, concernant un ensemble d’événements « cachés » ; ceux-ci servent de jauge et leur loi est uniforme (les probabilités de leurs différents événements sont égales). Les deux points de vue peuvent être échangés, en s’appuyant, pour définir la jauge, sur les événements initiaux du modèle de probabilité non uniforme : on leur accorde alors une loi uniforme, et, par comparaison, on définit de nouvelles mesures pour le modèle caché initialement uniforme. Nous parlons de formulation duale du problème, par opposition à sa formulation primale initiale. Suivant les circonstances, suivant l’histoire, on peut être amené à changer d’étalon. On voit ainsi un caractère inéluctable de récursivité dans la démarche : c’est sur cet aspect relationnel, révisable, de discussion et de choix des étalons au sein même des probabilités que nous nous focalisons. Cela nous permet de contribuer au débat entre fréquentistes et bayésiens (il n’y a pas de probabilité intangible sans nécessité d’aucun choix) et de formuler quelques considérations générales sur le hasard, indéfinissable de façon substantielle : on ne peut qu’opposer des situations plus hasardeuses, ouvrant de façon égale à un ensemble d’éventualités (auxquelles on attache de façon révisable un caractère d’étalon dans une loi uniforme), à des situations moins hasardeuses où telle ou telle éventualité a davantage de poids (ou à la limite, reste seule). A ce stade de notre travail, nous ne donnons pas d’axiomatique rigoureuse ni complète de nos propositions ; nous présentons des pistes, illustrées par de petits exemples, en vue de travaux ultérieurs. Une des applications potentielles de ce travail se rapporte à un problème de physique fondamentale, à savoir la conciliation conceptuelle de la relativité générale et de la mécanique quantique, où interviennent des fonctions à caractère probabiliste. Les sauts qui y sont observés sont compris comme des intervalles de valeurs des grandeurs de faible probabilité, c’est-à-dire de faible occupation de l’espace et du temps.
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
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."