De l’inséparabilité quantique au holisme sémantique La thèse vise à montrer que la cohérence de l’interprétation instrumentaliste de la mécaniquequantique (sur laquelle les reconstructions logiques de la théorie, d’inspiration pragmatiste, s’appuient) ne peut pas être défendue sans remettre en cause la sémantique extensionnelle utilisée en logique classique. J’examine en particulier les arguments misen avant par Niels Bohr, en montrant que son analyse physique du processus de mesureest insuffisante pour assurer la cohérence de l’interprétation conditionnelle des probabilités quantiques qu’il adopte. Au lieu d’essayer de ‘compléter’ l’approche de Bohrpar un compte rendu plus exhaustif des processus physiques (telle la décohérence) quijouent un rôle dans l’observation, je suggère que le problème de la mesure découle d’unethéorie de la signification inadéquate. Je discute l’intérêt et les limites de la critiquebohrienne des présupposés représentationalistes inhérents à la description classique desphénomènes, et je conclus en formulant l’hypothèse que l’adoption d’une sémantiqueinférentialiste permettrait d’envisager à la fois la dissolution du problème de la mesureet la justification a priori des traits structuraux des probabilités quantiques (comme étantl’expression des relations conceptuelles présupposées par tout langage qui doit incluredes énoncés objectifs).
De l’inséparabilité quantique au holisme sémantique La thèse vise à montrer que la cohérence de l’interprétation instrumentaliste de la mécaniquequantique (sur laquelle les reconstructions logiques de la théorie, d’inspiration pragmatiste, s’appuient) ne peut pas être défendue sans remettre en cause la sémantique extensionnelle utilisée en logique classique. J’examine en particulier les arguments misen avant par Niels Bohr, en montrant que son analyse physique du processus de mesureest insuffisante pour assurer la cohérence de l’interprétation conditionnelle des probabilités quantiques qu’il adopte. Au lieu d’essayer de ‘compléter’ l’approche de Bohrpar un compte rendu plus exhaustif des processus physiques (telle la décohérence) quijouent un rôle dans l’observation, je suggère que le problème de la mesure découle d’unethéorie de la signification inadéquate. Je discute l’intérêt et les limites de la critiquebohrienne des présupposés représentationalistes inhérents à la description classique desphénomènes, et je conclus en formulant l’hypothèse que l’adoption d’une sémantiqueinférentialiste permettrait d’envisager à la fois la dissolution du problème de la mesureet la justification a priori des traits structuraux des probabilités quantiques (comme étantl’expression des relations conceptuelles présupposées par tout langage qui doit incluredes énoncés objectifs).
La these vise a montrer que la coherence de l’interpretation instrumentaliste de la mecaniquequantique (sur laquelle les reconstructions logiques de la theorie, d’inspiration pragmatiste, s’appuient) ne peut pas etre defendue sans remettre en cause la semantique extensionnelle utilisee en logique classique. J’examine en particulier les arguments misen avant par Niels Bohr, en montrant que son analyse physique du processus de mesureest insuffisante pour assurer la coherence de l’interpretation conditionnelle des probabilites quantiques qu’il adopte. Au lieu d’essayer de ‘completer’ l’approche de Bohrpar un compte rendu plus exhaustif des processus physiques (telle la decoherence) quijouent un role dans l’observation, je suggere que le probleme de la mesure decoule d’unetheorie de la signification inadequate. Je discute l’interet et les limites de la critiquebohrienne des presupposes representationalistes inherents a la description classique desphenomenes, et je conclus en formulant l’hypothese que l’adoption d’une semantiqueinferentialiste permettrait d’envisager a la fois la dissolution du probleme de la mesureet la justification a priori des traits structuraux des probabilites quantiques (comme etantl’expression des relations conceptuelles presupposees par tout langage qui doit incluredes enonces objectifs).
Notre thèse est une analyse philosophique dont le but est de spécifier la métaphysique de la mécanique quantique et d'en déterminer les fondements logiques. Depuis le début de sa formulation, des problèmes d'interprétation ont surgi en mécanique quantique. La cause principale de ces problèmes est, d'après nous, le choix d'une métaphysique, entendue comme positionnement par rapport à l'existence des entités théoriques étudiées par la mécanique quantique. D'autre part, il existe en philosophie des sciences un débat entre le réalisme scientifique et ses opposants antiréalistes. En philosophie analytique, Dummett a déplacé les débats métaphysiques du terrain de l'ontologie vers le terrain logico-sémantique. En effet, selon son analyse, les débats métaphysiques sont des débats à propos du choix d'une logique. Selon Dummett, une métaphysique réaliste a pour fondement la logique classique et une métaphysique antiréaliste a pour fondement une logique non classique. Par contre, le choix d'une logique doit être justifié par une théorie sémantique qui doit elle-même être justifiée par un modèle de la signification. L'approche logico-algébrique de la mécanique quantique a donné naissance à la logique quantique comme champ de recherche. Ce champ de recherche tente de déterminer la structure logique de la mécanique quantique par des structures d'ordre ou algébriques. Par exemple, la logique classique est interprétée par une algèbre de Boole tandis que la logique quantique standard est interprétée par la structure de treillis orthomodulaire. Nos hypothèses sont que la métaphysique de la mécanique quantique est antiréaliste et que la structure formelle de la logique quantique est une algèbre booléenne partielle transitive. Nous faisons l'hypothèse additionnelle que la logique quantique que nous défendons possède une assignation de valeurs de vérité probabilitaire conditionnelle dans laquelle la valeur de vérité d'un énoncé quantique est identifiée à la probabilité que lui attribue la théorie quantique et est conditionnelle à l'état du système quantique. Pour la détermination de la métaphysique de la mécanique quantique, la méthode utilisée est l'application de l'analyse dummettienne des débats métaphysiques à la classe des énoncés de la mécanique quantique. Pour la détermination de la logique quantique, nous nous inscrivons dans l'approche logico-algébrique de la mécanique quantique. Le choix de la structure algébrique ainsi que celui de l'assignation de valeurs de vérité sont justifiés par des contraintes sémantiques provenant de la théorie sémantique quantique et du modèle de la signification. L'analyse dummettienne appliquée à la classe des énoncés quantiques soutient un antiréalisme radical puisque, pour cette classe, la bivalence est inacceptable et le modèle de signification est le modèle justificationniste. En montrant que les conjonctions et disjonctions d'énoncés quantiques portant sur des observables incompatibles n'ont pas de signification, le modèle justificationniste de la signification justifie la structure algébrique que nous proposons. La signification des énoncés quantiques revient à une signification expérimentale. De plus, la signification des énoncés quantiques revient à une signification expérimentale. De plus, la théorie sémantique quantique que nous avons construite dont l'assignation probabilitaire fait partie, est justifiée également par le modèle justificationniste de la signification. L'originalité majeure de notre recherche est sa méthode, c'est-à-dire le fait de combiner une analyse dummettienne de la métaphysique de la mécanique quantique et une exploration des logiques quantiques existantes. Autant pour la spécification de la métaphysique que pour la détermination de la logique quantique, les justifications sont issues, en fin de compte, du modèle de la signification qui s'applique à la classe des énoncés quantiques. Un autre point important et original de notre thèse est la construction de la théorie sémantique quantique qui permet d'expliquer la compositionnalité des énoncés quantiques. Grâce à la théorie sémantique quantique, la logique quantique que nous proposons, en l'occurrence la logique quantique booléenne partielle, est vérifonctionnelle. Plutôt que de nous servir des arguments habituels que nous rencontrons en sciences et en philosophie des sciences pour prendre position dans le débat opposant le réalisme et l'antiréalisme qui a lieu en mécanique quantique, nous nous servons d'une thèse que Dummett a développée en philosophie analytique pour y parvenir. Notre recherche vient appuyer, par le biais de la philosophie analytique, tout un courant de pensée antiréaliste à propos de la mécanique quantique qui existe en physique et en philosophie des sciences. Notre contribution se situe sur le plan de l'interprétation logique et métaphysique de la mécanique quantique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Philosophie de la physique, Mécanique quantique, Métaphysique, Dummett, Logique quantique, Structures algébriques et d'ordre.
Comprendre les phénomènes quantiques Les théories physiques classiques peuvent être interpretées comme représentant le monde en termes d'intéractions causales à la fois locales et déterministiques entre des systèmes characterisés par des propriétés bien définies. Il est bien connu que la mécanique quantique orthodoxe, qui se trouve être une de nos théories les mieux confirmées, ne peut pas être interprétée dans les termes du cadre décrit ci-dessus. Au début des années soixante, John Bell a démontré que toute théorie représentant son domaine dans les termes du cadre classique ci-dessus satisfait une série d'inégalités, les inégalités de Bell. Certains physiciens ont développé des théories alternatives à la théorie quantique orthodoxe, théories dont les interprétations associées abandonnent au moins une des charactéristiques du cadre classique. Les philosophes s'efforcent d'interpreter ce resultat de la physique contemporaine, i.e. s'efforcent de comprendre à quoi peut ressembler le monde s'il est vrai que les interactions entre les systèmes physiques sont soit non-locales, soit non-déterministiques, ou bien que ces systèmes physiques ne possèdent pas de propriétés définies. Cette ligne de pensée a atteint son apogée avec la "métaphysique expérimentale" qui s'est développée après que la violation des inégalités de Bell par l'expérience a été observée. L'interprétation orthodoxe est que les expériences de type Bell nous forcent à accepter certaines formes d'interactions non-locales, et peut- être non causales, au niveau fondamental. Dans cette thèse, j'évalue dans quelle mesure l'investigation philosophique de nos meilleures théories scientifiques peut nous aider à décider de ce que peut être le monde au niveau fondamental. J'étudie cette question en considérant le domaine quantique, et en particulier les phénomènes de type Bell. Mes conclusions pointent dans la direction d'une vue plus modeste du rôle possible de la philosophie de la physique que celle que les programmes de métaphysique expérimentale suggèrent. Dans une première partie, j'étudie le rôle que la philosophie de la physique peut légitimement jouer dans le développement et l'évaluation des différentes theories quantiques. Je soutiens que le rôle de la philosophie de la physique ne consiste pas à imposer des critères d'acceptabilité pour les théories physiques en plus des critères usuels de cohérence interne et d'adéquation empirique. Un rôle à la fois important et légitime que peut jouer la philosophie de la physique consiste à distinguer clairement, pour nos théories et leurs interprétations, ce qui est imposé par les phénomènes et les théories de ce que relèvent de nos choix et préférences. Je soutiens enfin qu'un tel travail d'analyse peut se faire sur la base de l'analyse structurelle de nos théories et de nos modèles de données. Dans la seconde partie de la thèse, j'étudie spécifiquement le cas de l'interprétation des théorèmes de Bell et des expériences associées. J'évalue systématiquement l'interprétation orthodoxe selon laquelle les résultats de ces expériences nous force à accepter une forme "bénigne" de non-localité, ``bénigne" parce que de type non-causal. Je montre que l'interprétation orthodoxe comprends trois thèses différentes, la première portant sur la question de la localité, la seconde portant sur la question de la causalité et la troisième concernant le holisme. Je fournis des cadres théoriques rigoureux afin d'évaluer ces trois thèses. Le résultat de mon analyse concernant la question de la localité est que l'interprétation orthodoxe peut être défendue. En revanche, concernant les questions de causalité, aucun des cadres théoriques existant ne permet de soutenir l'interprétation orthodoxe, si cette dernière est comprise dans sa version forte de métaphysique expérimentale. Dans les deux cas cependant, une version faible peut être défendue. En particulier, un résultat important de ma thèse est que l'interprétation orthodoxe peut être défendue rigoureusement au niveau empirique.
L'irreversibilite n'est pas une propriete intrinseque des objets-en-soi mais releve d'une theorie de la connaissance. Elle ne peut donc trouver a s'exprimer dans la conception realiste du lineaire qui est sous-jacente a l'ensemble de la physique, conception selon laquelle passe et futur sont interchangeables. L'irreversibilite ne peut etre legalisee que si l'on adopte la conception d'un relationnel constituant l'expression meme du processus inter-subjectif de la representation. Considerant, a partir des analyses de Bohr, l'operation de dans le domaine comme paradigme d'acte semantique, nous elaborons d'abord une theorie du quantique ou ce dernier est definie comme le processus d'enregistrement et de traitement, par la memoire inter-subjective de l'observateur impersonnel, de l'information obtenue par des mesures. Dans les modeles arborescents de la theorie du ou la relation d'anteriorite temporelle est definie a partir de la relation d'ordre partielle sur l'ensemble des etats de la memoire (les instants du quantique), l'irreversibilite peut alors trouver son expression : d'une part, grâce a l'anisotropie de ses modeles; d'autre part, en ce qu'une evaluation complete des quantites d'information necessaires pour predire l'evolution d'un est rendue possible. En outre, la notion de mesure du temps acquiert sa pleine signification: la notion de duree caracteristique d'un phenomene peut etre interpretee de facon tout a fait universelle en terme de quantite d'information. Nous proposons enfin une generalisation de cette theorie : les semantiques sont alors modelises comme des actes de langage realisables a l'aide d'une hypothetique langue universelle des signifiants humains; alors que notre univers symbolique est modelise comme un texte ecrit avec cette meme langue. Une de-anthropisation du processus de la representation est aussi proposee. Nous ebauchons une esquisse de theorie du semantique ou ce dernier constitue l'expression generale du processus de la representation. C'est a dire du processus de la connaissance du sujet, vide de tout contenu empirique et concu de facon purement formelle comme l'ensemble des conditions de possibilite de connaitre, et du sens, dont l'etat est modelise comme un texte universel ecrit avec une langue archetypale.
Je me propose dans ce travail de comparer la fonction épistémologique que Cassirer assigne à l'intuition sensible dans la physique quantique à celle qui lui est attribuée par Bohr. Je montrerai que tous deux coïncident sur l'impossibilité de considérer les représentations spatio-temporelles comme des exhibitions directes d'objets et de processus atomiques dans l?intuition. En ce sens, tout autant Cassirer que Bohr considèrent que notre connaissance du domaine quantique est une connaissance symbolique. Cependant, alors que pour Cassirer ceci implique que les images spatio-temporelles ne jouent aucun rôle dans la physique quantique, Bohr soutient que ce sont ces images qui apportent une référence physique au formalisme mathématique de la théorie. Au lieu de se réjouir comme Cassirer d'un soi-disant abandon des représentations sensibles en physique atomique, Bohr soutient que celles-ci doivent être conservées pour que les objets et les processus quantiques soient exhibés indirectement dans l'intuition. Je montrerai qu'avec cette position, Bohr adopte un concept de symbole plus proche de celui de Kant que celui que propose le néokantien Cassirer dont les caractéristiques sont, dans un certain sens, plutôt leibniziennes. À la lumière de cette analyse, nous verrons que, pour Cassirer, ce n'est qu'à travers un renoncement complet aux représentations sensibles en physique quantique qu'il est possible d'atteindre une systématicité dans la connaissance physique. Je soutiendrai que Bohr, au contraire, est capable de rendre compte aussi bien de la référence empirique de la théorie quantique, que de sa relation systématique avec la physique classique.
La mécanique quantique a modifié notre façon d'interpréter ce que jadis l'on appelait communément "réalité physique". A titre d'exemple, selon l'interprétation standard de la mécanique quantique (dite interprétation probabiliste de Copenhague) les propriétés d’un objet quantique n'ont pas de réalité physique, du moins, pas avant que l’observateur ne les mesure. De plus, tout semble se passer comme s'il y avait un indéterminisme intrinsèque à la dynamique quantique qui ne permettrait pas de prédire avec certitude le résultat d'une mesure. Dès lors, plusieurs interprétations physiques et philosophiques ont vu naissance afin de décrire (notre connaissance de) cette réalité.C'est au cours de la conférence de Solvay en 1927 que Louis de Broglie, un opposant à l'interprétation probabiliste, proposa une solution alternative qui permettait d'une part de restaurer le déterminisme (ainsi que le réalisme) et d'autre part de remettre au premier plan la notion de trajectoire. Par la suite cette théorie fut redécouverte et complétée par David Bohm pour donner naissance à la théorie connue aujourd'hui sous l'appellation de théorie de l'onde pilote. John Bell a dit à propos de cette interprétation : " En 1952, l'impossible a été rendu possible. C'était dans l'article de David Bohm. Bohm a montré explicitement comment une description indéterministe pouvait être transformée en théorie déterministe."Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse s'inscrivent dans la continuité de la vision de de Broglie et consistent en deux parties, chacune d'elles ayant pour but de répondre à une problématique particulière. Dans la première, on considère deux formalismes du type onde pilote, une version déterministe (dynamique de de Broglie-Bohm chapitre 2) ainsi qu'une de ses extensions stochastiques (dynamique de Bohm-Hiley-Nelson chapitre 3). On s'attardera notamment sur l’émergence de la probabilité quantique à partir de ces dynamiques dans l’approche dite du "Quantum Non-Equilibrium". Cette approche permet entre autres de s'affranchir du statut axiomatique de la distribution de probabilité mais aussi de la justifier par des arguments similaires à ceux que l'on retrouve en mécanique statistique. Parmi ces arguments on retrouvera à titre d’exemple la notion d’ergodicité, de chaos, de mixing ainsi que d’autres propriétés qui feront l’objet d’une étude approfondie (chapitre 4). En particulier, l’émergence de l’équilibre s'accompagne d'un processus de relaxation que nous allons caractériser dans chacune de ces dynamiques (dans le chapitre 3 nous dériverons un théorème H qui décrit quantitativement ce processus dans le cas stochastique). Par ailleurs, nous nous efforcerons, dans une approche phénoménologique, d’appliquer ces théories quantiques d'onde pilote à la dynamique macroscopique des gouttes d'huile rebondissantes dans un bain (chapitre 5).La deuxième problématique quant à elle, repose sur une hypothétique généralisation non-linéaire de la mécanique quantique. En particulier, nous considérerons l'équation de Schrodinger Newton comme une première proposition a cette généralisation. Cette équation non-linéaire découle d’une approximation semi-classique de la gravité et a été entre autres proposée par Roger Penrose pour expliquer le collapse de la fonction d’onde. Nous montrerons dans un premier temps comment le programme de la double solution de Louis de Broglie se développe dans ce contexte (chapitre 6). Par la suite nous verrons comment tester cette généralisation non-linéaire par deux propositions expérimentales (chapitre 7). En particulier, l’une de ces propositions nous conduira à étudier des effets de décohérence lors du refroidissement laser (Doppler cooling, chapitre 8). Pour cela on utilisera le modèle de Ghirardi–Rimini–Weber (GRW) comme modèle de décohérence. Ce qui nous permettra par la suite de généraliser les résultats obtenus auparavant par GRW dans leur modèle.