Ce manuscrit est le résultat de vingt-quatre ans de recherche indépendante sur un phénomène que la physique institutionnelle n'a pas encore daigné nommer : l'annihilation des événements physiquement redondants. Fondée sur la convergence du principe des indiscernables de Leibniz et du principe d'exclusion de Pauli, la Théorie de la Synchronie Annihilante (TSA) soutient que la réalité ne peut contenir deux configurations physiques parfaitement identiques au même instant et qu'elle les efface. Le présent travail en établit les fondements mathématiques, thermodynamiques et neurologiques, et en documente les occurrences historiques. Il n'a pas été soumis à comité de lecture. Les raisons de ce choix sont exposées au Chapitre VII.
Ce manuscrit est le résultat de vingt-quatre ans de recherche indépendante sur un phénomène que la physique institutionnelle n'a pas encore daigné nommer : l'annihilation des événements physiquement redondants. Fondée sur la convergence du principe des indiscernables de Leibniz et du principe d'exclusion de Pauli, la Théorie de la Synchronie Annihilante (TSA) soutient que la réalité ne peut contenir deux configurations physiques parfaitement identiques au même instant et qu'elle les efface. Le présent travail en établit les fondements mathématiques, thermodynamiques et neurologiques, et en documente les occurrences historiques. Il n'a pas été soumis à comité de lecture. Les raisons de ce choix sont exposées au Chapitre VII.
Ouvrage publie grâce au mecenat du Centre National de la Recherche Scientifique, de Paris-Sciences-et-Lettres et du College de France.
Cet ouvrage, issu de nombreuses annees d'enseignements universitaires a divers niveaux, a ete concu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d'aider ensuite le lecteur a progresser continument dans la comprehension de cette physique. Les deux premiers tomes, publies il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois a un niveau intermediaire et ont ete completes par un troisieme tome d'un niveau plus avance. L'ensemble est systematiquement fonde sur une approche progressive des problemes, ou aucune difficulte n'est passee sous silence et ou chaque aspect du probleme est discute (en partant souvent d'un rappel classique).Cette volonte d'aller au fond des choses se concretise dans la structure meme de l'ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriques : les « chapitres » et les « complements ». Les chapitres presentent les idees generales et les notions de base. Chacun d'entre eux est suivi de plusieurs complements, en nombre variable, qui illustrent les methodes et concepts qui viennent d'etre introduits ; les complements sont des elements independants dont le but est de proposer un large eventail d'applications et prolongements interessants. Pour faciliter l'orientation du lecteur et lui permettre d'organiser ses lectures successives, un guide de lecture des complements est propose a la fin de chaque chapitre.Le tome II se situe a un niveau un peu plus eleve que le tome I, en abordant des problemes plus delicats comme la theorie des collisions, le spin et les calculs des perturbations independante ou dependante du temps. Il fait une premiere incursion dans l'etude des particules identiques. Dans ce tome, comme dans le precedent, toute notion theorique est immediatement illustree par des applications diverses presentees dans des complements. Comme le tome I, il a beneficie de quelques corrections mais il a egalement ete augmente : le chapitre XIII traite maintenant des perturbations aleatoires et un complement entier sur la relaxation y a ete ajoute.
On développe l'idée selon laquelle, depuis l'hypothèse de la quantification des échanges d'énergie par Planck, jusqu'à l'élaboration de la mécanique quantique, ainsi, d'ailleurs, que dans les développements ultérieurs de la physique du domaine quantique, la mise au jour de relations mathématiques a permis à la connaissance physique de pénétrer dans le monde atomique et subatomique qui échappait à la connaissance sensible. Ces relations se sont avérées correspondre à des traits physiques caractéristiques des phénomènes quantiques. Longtemps le statut épistémologique de ces relations a fait problème, immergé dans les considérations “physico-philosophiques” sur l'“interprétation”. Le cas n'est pourtant pas si radicalement nouveau, si l'on se rappelle de phases précédentes de l'utilisation de grandeurs mathématiques comme “outil de pensée” pour la théorie physique, par exemple en mécanique classique, en électromagnétisme, en thermodynamique. Les justifications de cette utilisation étaient liées à diverses “interprétations” de la portée physique des relations mathématiques. A tout bien considérer, il n'en va pas autrement avec la formulation apparemment abstraite de la mécanique quantique. Si tel est bien le cas, le problème de l'interprétation est ramené au statut épistémologique des grandeurs quantiques servant à décrire les systèmes physiques. Or, précisément, la compréhension actuelle de la physique quantique amène naturellement à considérer les grandeurs théoriques, sous leur forme mathématique, comme des représentations “directes” des systèmes physiques dans le domaine quantique. Il reste à évaluer ce que cela entraîne comme changements (et simplifications) sur les problèmes d'interprétation.
Une épistémologie phénoménologique est nécessairement intéressée aux points de contact et de passage entre problèmes scientifiques et problèmes philosophiques. Il est instructif, dans cette perspective, de revenir sur un moment historiquement décisif, mais éminemment équivoque, encore porteur de prolongements et de retournements dont nous n’avons peut-être pas encore pris toute la mesure : l’énoncé du principe de Pauli . Le statut logique de cet énoncé est lui-même ambigu : règle technique, semi-empirique, postulat, principe ou théorème, etc. Pour le meilleur et le pire, ce principe se trouve accouplé dès l’origine au problème de l’individuation en physique. Nous proposons de revenir sur quelques traits philosophiquement saillants des interprétations que Weyl et de Broglie proposent dudit « principe d’exclusion Pauli » (ou PEP). L’un et l’autre y voient l’occasion d’un approfondissement du principe d’individuation prévalant jusqu’alors dans la physique classique : l’espace. Weyl associe le PEP au principe leibnizien des indiscernables et tente de modéliser l’espace en jeu au moyen de la théorie des groupes. Les changements de position de Pauli lui-même à ce propos ne sont pas moins instructifs. La position de De Broglie sur ce principe est un marqueur de sa trajectoire : de la théorie audacieuse, et, équivoque, de « l’onde-pilote », jusqu’à celle dite de la « double solution », en passant par la période de rétractation consécutive au congrès de Solvay de 1927. Ce qui persiste d’un bout à l’autre, c’est un partage entre espace « réel » empirique et espace de configuration mathématique imaginaire. Chez l’un et l’autre, cette interprétation est ainsi indissociable d’un nouveau partage du subjectif et de l’objectif et d’une réflexion critique sur le principe traditionnel d’individuation qu’est l’espace (ou le temps physique) au profit d’une articulation toujours plus subtile et complexe entre l’espace de la phénoménalisation (de l’observation) et les « espaces » de la modélisation mathématique, en particulier les espaces des états possibles décrits dans le formalisme de la statistique quantique.
Alors que naguère on supposait que les échanges d’énergie se faisaient de façon continue, la théorie physique récente, connue sous le nom de théorie quantique, admet que ces échanges sont discontinus et s’opèrent par multiples entiers d’une certaine quantité d’énergie, dite quantum d’action, dont l’indivisibilité est l’axiome fondamental de la théorie. Il n’est pas indispensable d’être familier avec la physique mathématique pour comprendre les remarquables conséquences qui découlent logiquem...
Bien qu´il ait été découvert il y a plus de vingt ans et couronné d´un prix Nobel en 1998, l'effet Hall quantique fractionnaire reste un sujet vivant. Parmi les problématiques qui ont émergé récemment, on peut citer la possibilité de trouver une physique similaire dans les gaz atomiques ultrafroids en rotation et les prédictions concernant l'existence de statistiques exotiques au delà des statistiques fermioniques, bosoniques ou même fractionnaires, du nom de statistiques non abéliennes. Ces dernières suscitent un vif intérêt : il a été montré qu´elles pouvaient être utilisées comme base pour le calcul quantique en étant robuste par construction à la décohérence, actuellement le principal obstacle au développement de l ´ordinateur quantique. Avoir une vision de l´effet Hall quantique fractionnaire permettrait d ´appréhender l´intégralité des phénomènes en jeu reste un objectif à atteindre. Ce système est l´archétype même de ceux où physique quantique et interactions entre particules sont si imbriquées, que les schémas usuels d ´approximations ne sont plus valides. Suivant le nombre de particules et l ´intensité du champ magnétique, des modèles différents permettaient d ´appréhender la nature des phénomènes en jeu jusqu´à ce jour. Les plus célèbres sont le liquide de Laughlin, le modèle des fermions composites de Jain, ou encore l´état de Moore-Read. Pour autant, aucune de ces approches n ´est ¨universelle¨. Nous présenterons une approche reposant sur des liquides quantiques colorés. Chaque groupe de particules avec une couleur donnée forme un liquide de Laughlin. L´utilisation de couleurs est une manière artificielle de distinguer les particules alors qu´elles sont toutes identiques. En réalité, elles sont en quelques sorte toutes ¨grises¨. Nous proposons une procédure qui permet de rendre les particules de nouveau ¨grises¨. Cette méthode est l ´analogue d´une photographie d´une peinture couleur avec un appareil photo noir et blanc. L´image en noir et blanc révèle de façon surprenante la structure interne du liquide quantique : il est constitué de gouttelettes formées à partir d´un nombre de particules égal au nombre de couleurs utilisées initialement. Les résultats de calculs numériques menés pour valider cette approche, semblent indiquer que cette structure est une caractéristique commune des différentes approches de l´effet Hall quantique fractionnaire.
Cette thèse de doctorat porte sur l'étude de gaz de fermions sans interaction. En raison de leur nature, ces gaz permettent d'obtenir de nombreux résultats analytiques qui restent inaccessibles en présence d'interactions tout en rendant compte d'effets physiques non triviaux. Étant soumis au principe de Pauli, de nombreuses relations existent entre les fermions à l'équilibre et la théorie des matrices aléatoires. Dans cette thèse, nous examinons si ces liens sont préservés et comment ils se traduisent dans d'autres contextes. Ainsi, nous étudions les propriétés statistiques de ces gaz dans un espace de dimension quelconque, ce qui est l'objet du chapitre un, ou lorsque ces gaz ne sont pas à l'équilibre, ce qui est l'objet des chapitres deux et trois. Dans le chapitre deux, nous discutons de l'effet d'une impureté sur la dynamique hors équilibre, en particulier, nous observons l'émergence de corrélations non locales. Dans ce contexte, après avoir introduit la théorie hydrodynamique pour les systèmes intégrables, nous constatons que celle-ci ne permet pas d'expliquer les corrélations non-locales observées. Pour pallier à cela, nous envisageons une extension quantique de cette théorie. Dans le chapitre trois, nous observons l'émergence de statistiques d'Airy au bord d'une vague de fermions dans le continu. Au-delà des résultats obtenus lors du doctorat, ce manuscrit est l'occasion de présenter de nouvelles perspectives de recherche sur ces sujets interconnectés.