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Donner du sens à la mécanique quantique

Donner du sens à la mécanique quantique

10.02.2016, par
Illustration de la dualité quantique. Ce cylindre est "à la fois" carré et circulaire ou ni l'un ni l'autre.
Bien que ses étranges prédictions aient toujours été vérifiées, la mécanique quantique, ou plutôt son interprétation, continue de troubler physiciens et philosophes. Les chercheurs Alexia Auffèves et Philippe Grangier proposent de nouvelles réponses sur la nature de la réalité physique dans le cadre de la théorie quantique.

Dans un article publié dans la revue Foundations of Physics1, vous présentez ce que vous appelez une « nouvelle ontologie » de la mécanique quantique. Que voulez-vous dire par là ?
Alexia Auffèves
2 : Faire de l’ontologie consiste à s’intéresser à ce qui existe dans le monde, à la nature de la réalité contrairement à l’épistémologie, qui s’intéresse à ce qu’on peut connaître du monde. Mon amie philosophe Nayla Farouki me dit souvent que toute théorie physique devrait commencer par poser une ontologie, c’est-à-dire par énoncer des principes clairs sur la nature de la réalité physique, avant de poser le formalisme mathé-matique. C’est cet ordre des étapes : ontologie, puis ­formalisme, que nous souhaitons rétablir aujourd’hui, car, historiquement, la mécanique quantique n’a pas été construite ainsi.

Notre approche
veut replacer
la mécanique
quantique dans
le cadre du réalisme physique.

Philippe Grangier3 : Ce qui est curieux est que la mécanique quantique est une science extraordinairement précise, dont les prédictions ont toujours été vérifiées jusqu’à aujourd’hui. Mais pourtant son interprétation reste soumise à débat : différentes visions du monde s’opposent à son sujet. Beaucoup de physiciens ou de philosophes ont même dit que la mécanique quantique signifiait la mort du réalisme physique, d’une réalité extérieure à l’observateur, sur laquelle on peut acquérir des certitudes. Notre approche veut replacer la mécanique quantique dans le cadre de ce réalisme physique.

Qu’est-ce que la mécanique quantique a de si spécial pour que les physiciens aient encore besoin de s’interroger sur ses fondements près d’un siècle après sa naissance ?
P. G. :
La mécanique quantique propose une description du monde très différente de celle de la physique dite classique. Le propre de la physique classique est d’isoler, au moins par la pensée, l’objet qu’on veut étudier, par exemple la Terre, une bille ou une particule, puis de mesurer ses propriétés. Pour cela, on pose des questions à l’objet sur sa masse, sa vitesse, son énergie… Autant de questions qu’on veut. Il faut bien sûr des appareils pour mesurer ces grandeurs. Mais, une fois leur valeur connue, on peut faire abstraction de l’appareil de mesure et considérer que ces grandeurs appartiennent en propre à l’objet. Elles constituent en quelque sorte sa carte d’identité, ce qu’on appelle en physique « l’état » du système. En mécanique quantique, il est notoire que cette vision des choses ne marche plus. Tous les physiciens sont d’accord sur cela. Mais en quel sens peut-on dire que cela ne marche plus ? C’est là que les avis divergent.

A. A. : Le côté « bizarre » de la mécanique quantique vient du fait que les résultats de mesure peuvent être aléatoires même si le système se trouve dans un état bien défini. Par exemple, un photon polarisé à 45° a une probabilité de 50 % de traverser un polariseur orienté verticalement (lire l’encadré ci-dessous). L’autre grande différence avec la physique classique est que l’ordre dans lequel est effectuée la mesure est déterminant en mécanique quantique. Classiquement, si je mesure la masse d’une table, puis sa couleur, j’obtiens les mêmes résultats que si j’observe d’abord sa couleur, puis sa masse. Ce n’est pas toujours vrai en physique quantique. Nos intuitions et nos habitudes sont mises à mal car, dans la vie de tous les jours, nos certitudes viennent du fait que nous obtenons toujours la même réponse à la même question. On explique cette répétabilité par une cause permanente qui est l’existence d’un état, appartenant au système tout seul, qui existe même si personne ne le regarde. Par exemple : la table est noire. En physique quantique, le système est toujours interfacé à un contexte expérimental dont on ne peut pas faire abstraction. Le système ne se livre jamais tout seul. Comment accéder alors à son état ?

Sur ce point, on entend souvent dire que c’est l’appareil de mesure qui perturbe le système…
A. A. :
Oui. Quand j’ai commencé à apprendre la mécanique quantique, on m’a beaucoup parlé de l’expérience de pensée du microscope de Heisenberg. Lorsque j’observe un petit système, je dois l’éclairer avec de la lumière, autrement dit le bombarder de photons. Et donc si je connais sa position, je ne peux plus connaître sa vitesse car elle a été perturbée par les chocs avec les photons. Je n’arrive donc jamais à « attraper » l’état complet du système et c’est pour ça que la mécanique quantique est probabiliste. Mais je trouve cette explication frustrante, car elle fait de l’aléatoire une sorte de barrière qui apparaît sans que l’on sache pourquoi4 et surtout elle nous contraint à travailler avec des concepts (l’état du système) qui ne sont pas accessibles de façon simple.

La science est une
œuvre humaine,
mais ce n’est pas
l’observateur qui
crée la réalité.

Quels sont les principes de base de votre nouvelle interprétation ?
P. G. :
D’abord, nous avons une sorte de « postulat zéro » qui est le réalisme : la physique décrit un univers qui existe indépendamment de l’observateur et qui obéit à des règles intelligibles et universelles. La science est une œuvre humaine, mais ce n’est pas l’observateur qui crée la réalité.

A. A. : Ce qui constitue la réalité, ce sont des grandeurs physiques que l’on peut prédire de façon certaine, c’est-à-dire qu’on peut mesurer de manière sûre et répétable en retrouvant toujours le même résultat si on refait l’expérience. En physique classique, cela va de soi, car les propriétés que l’on mesure sont attribuées directement au système, le système étant simplement l’objet qu’on étudie : une particule, un ensemble de particules, etc. En physique quantique, le point fondamental que nous soulignons est qu’on ne peut pas oublier le contexte de la mesure, c’est-à-dire l’appareillage extérieur à l’observateur qui permet d’obtenir ces propriétés. Par exemple : quelle orientation du polariseur utiliser, ou quelle direction de champ magnétique appliquer, ou de quel détecteur se servir. Et en physique quantique, il y a bien aussi des résultats certains et répétables, mais à condition de considérer à la fois le système et son contexte. Prenons par exemple un photon comme système et un polariseur vertical comme contexte. Pour nous, le photon tout seul n’a pas de polarisation (lire l’encadré ci-contre). Mais l’ensemble photon et polariseur a une polarisation. Si je vous donne mon photon et que vous le faites passer par un polariseur vertical, vous trouverez le même résultat que moi. Cet état quantique, que nous appelons « modalité », appartient à la fois au système et au contexte. C’est notre premier postulat.

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Légende : En physique classique, on peut combiner deux propriétés, comme fumer la pipe ou pas, et être moustachu ou pas, pour obtenir quatre situations possibles. En physique quantique, pour la polarisation d’un photon par exemple, on doit choisir un contexte, dans lequel on ne peut avoir que deux réponses possibles, relatives soit à une propriété, soit à l’autre. Cette quantification binaire (une réponse parmi deux) interdit ainsi de savoir si un fumeur de pipe est moustachu ou pas : si on rencontre un moustachu, puis qu’on apprend qu’il fume la pipe, il se peut qu’en le regardant à nouveau on constate qu’il n’a plus de moustache ! La « modalité » (l’état quantique) appartient à la fois au système quantique, qui répond par oui ou non, et au contexte classique qui définit la question, c’est-à-dire la propriété physique qui est mesurée.

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On peut donc accéder à la réalité, qui appartient à la fois au système et au contexte, avec certitude. Mais pourquoi les probabilités interviennent-elles en mécanique quantique ?
P. G. :
Parce que la mécanique quantique est justement quantique, c’est-à-dire « quantifiée » : le nombre de modalités d’un ensemble « système et contexte donnés » est fini. C’est notre second postulat. Dans l’exemple du photon et du polariseur vertical, il n’y a que deux modalités possibles : soit le photon est transmis, soit le photon est réfléchi par le polariseur vertical. Une fois que je connais cette modalité, par exemple le photon est transmis, celle-ci est certaine : l’ensemble « photon et polariseur » est polarisé verticalement, et j’obtiens le même résultat quand je répète la mesure. Mais la carte d’identité que je peux dresser est limitée. Je ne peux pas demander des détails au photon. Si je veux la réponse à d’autres questions, il faut que je change de contexte, par exemple en tournant l’orientation du polariseur à 45°. J’ai alors accès à deux autres modalités, soit le photon est transmis, soit le photon est réfléchi par le polariseur à 45°, mais ces modalités ne s’ajoutent pas aux deux modalités précédentes, sinon cela contredirait notre second postulat, nous pourrions « extorquer » des détails au photon. Je ne sais donc pas de manière certaine quel sera le résultat de la nouvelle mesure, mais seulement sa probabilité : sachant que le photon a été transmis par un polariseur orienté verticalement, il a telle probabilité (ici, 50 %) de traverser un polariseur orienté à 45°. Les probabilités en mécanique quantique servent donc à relier les résultats de mesures effectuées dans des contextes expérimentaux différents. Après avoir effectué une mesure avec le polariseur à 45°, si je veux revenir avec un polariseur vertical, il faut à nouveau changer de contexte : le résultat sera à nouveau probabiliste et je n’obtiendrai pas forcément le même résultat qu’au début. Cela explique pourquoi l’ordre des mesures est déter­minant en physique quantique.

A. A. : Le nombre de réponses (de modalités) que peut fournir un système macroscopique classique n’est pas ­limité et je peux compléter sa carte d’identité autant que je veux. À l’opposé, l’aléatoire en mécanique quantique vient de la mise en contact d’un très petit système, qui ne peut donner qu’un nombre fini, quantifié de réponses, et d’un gros contexte classique, qui peut poser une infinité de questions. L’aléatoire apparaît donc comme une caractéristique essentielle, ontologique, de la théorie quantique, contrairement à l’interprétation du microscope de Heisenberg, où l’aléatoire est une conséquence d’un problème pratique. De plus, ici, le caractère aléatoire découle essentiellement de la quantification. Cela replace la quantification au cœur de la théorie quantique.

Quelles sont les autres implications de cette relecture de la physique quantique ?
P. G. :
Il y a un prix à payer quand on dit que la réalité appartient simultanément à un objet et à un contexte. Cela revient à dire que la réalité est bipartite : d’un côté le système, de l’autre le contexte, et le premier ne peut pas se donner sans le second. C’est en quelque sorte une nouvelle définition de la réalité. L’implication profonde est qu’on ne peut plus imaginer le monde comme construit à partir du bas, à partir de particules qui « posséderaient » chacune un état défini. La vision naïve selon laquelle l’accumulation des particules microscopiques crée les objets macroscopiques ne fonctionne pas dans notre approche car, pour parler des particules et définir leur état, j’ai déjà besoin d’un contexte macroscopique et je ne peux pas attendre qu’il émerge du monde microscopique.

Les lasers sont un des instruments de prédilection des expériences de mécanique quantique.
Les lasers sont un des instruments de prédilection des expériences de mécanique quantique.

Dans votre interprétation, que deviennent les paradoxes qu’on cite souvent, comme celui du chat de Schrödinger, à la fois mort et vivant ?
P. G. : Pour pouvoir parler d’un chat « mort et vivant », il faudrait disposer d’un contexte où cet état apparaîtrait comme une modalité certaine et reproductible. Autant il existe un contexte où on peut observer le chat soit dans l’état « vivant », soit dans l’état « mort », autant il n’existe aucun contexte où l’on pourrait observer un chat « mort et vivant » : on peut écrire une formule mathématique, mais on ne peut lui associer aucune propriété physique mesurable. Pour nous, cet état n’a donc aucune réalité physique. Remarquons par contre que pour des systèmes « mésoscopiques » impliquant un petit nombre de particules quantiques (jusqu’à une centaine actuellement), on peut construire de telles superpositions, que les physiciens appellent des « chatons de Schrödinger. » De façon générale, dans notre approche, un vrai état (une modalité) n’est jamais défini de manière abstraite : il doit correspondre à une expérience certaine et reproductible, pour un système et un contexte donnés.

A. A. : En fait, le problème du chat de Schrödinger est essentiellement lié à la notion de superposition cohérente en mécanique quantique : que signifie « être dans deux états à la fois » ? Dans notre interprétation, cela n’a pas de signification intrinsèque, mais cela veut juste dire qu’il existe un contexte qui va donner une mesure certaine. Par exemple, on ne dit pas d’un photon à 45° qu’il est « à la fois » dans l’état 0° et dans l’état 90° en criant au mystère. Cela signifie juste que si j’oriente le polariseur à 45°, le photon sera transmis avec certitude. Pour le photon, ce comportement de superposition existe parce que la modalité appar­tient à la fois au système et au contexte, et qu’on peut changer de contexte en tournant le polariseur. Il n’existe rien de tel pour la vie et la mort du chat.

Comment réagissent vos collègues quand vous leur présentez votre vision des choses ?
P. G. :
Nous avons présenté notre point de vue dans plusieurs conférences, grandes et petites. J’ai l’impression que cela ébranle les physiciens sur le moment, puis qu’ils reviennent à leur routine. Mais un des principes de la pédagogie est qu’il faut répéter avant d’être bien compris…

A. A. : Nos présentations se passent de mieux en mieux. Nos images sont plus claires désormais. Mais beaucoup de physiciens sont rétifs à cette idée, car ils ont tendance à penser que l’état quantique doit être attribué à un système tout seul. Au contraire, quand on dit au grand public non spécialiste que les propriétés dépendent à la fois du système et du contexte, cela semble assez évident. Il y a une petite différence de perception entre les physiciens et le reste du monde.

Beaucoup de
physiciens sont
rétifs à notre point
de vue, car ils
ont tendance
à penser que l’état
quantique doit être
attribué à un
système tout seul.

P. G. : Quand nous attribuons la réalité quantique en même temps à un objet et à un contexte, c’est un peu comme monsieur Jourdain et sa prose : beaucoup de chercheurs font cela, mais sans en avoir conscience. Cependant, beaucoup ne sont pas prêts à l’admettre, car ils sont très attachés au fait d’attribuer un état uniquement à un système. Tout le monde est d’accord pour dire que la mécanique quantique est ontologiquement différente de la physique classique, mais j’ai l’impression que la majorité de nos collègues tiennent à conserver cet aspect classique, celui qui pose justement problème d’après nous ! Après, certains ne partagent pas la nouvelle définition de la réalité qu’implique notre approche. Donc pour l’instant, notre interprétation ne fait pas du tout l’unanimité, sans doute aussi parce que la plupart des collègues qui ont réfléchi à ces questions se sont forgé leur propre interprétation et qu’ils n’en changeront pas sans une très bonne raison.

A. A. : Je pense que ces réticences viennent profondément de la façon très mathématique et formelle dont la mécanique est enseignée. Dès le départ, il y a un parti pris : les états sont attribués au système. Il est ensuite difficile d’aller contre nos premières intuitions construites avec les mathématiques.

P. G. : J’enseigne la mécanique quantique à l’École polytechnique selon la méthode « traditionnelle » en suivant de près la façon dont la théorie s’est construite historiquement. On ne part pas des mathématiques, mais des photons d’Einstein pour les ondes lumineuses, puis des interférences avec des particules et de leur interprétation grâce aux ondes de De Broglie. Au début, cette onde apparaît forcément comme une espèce d’onde électromagnétique, ou une onde à la surface de l’eau… une « vraie » onde. Puis on explique assez rapidement que ce n’est pas une « vraie » onde, mais une amplitude de probabilité, donc un outil de calcul des résultats possibles. Mais alors il est difficile de se détacher d’une vision où l’onde est « quelque chose » ; et si elle n’est pas « quelque chose », de quoi parle-t-on, puisque les physiciens eux-mêmes ne semblent pas parvenir à répondre à cette question ? Parvenir à maîtriser ces notions fait partie de l’apprentissage de la physique quantique. Dans notre approche, la réalité est dans les quantités qu’on va mesurer, mais comprendre le sens de cette affirmation n’est certainement pas immédiat non plus.

Y a-t-il des liens entre ces réflexions fondamentales et votre travail de recherche plus quotidien, en laboratoire ?
P. G. :
Si on regarde les résultats anciens et récents sur les tests des inégalités de Bell, on voit que les questions sur la nature et le rôle de l’intrication quantique sont en un certain sens à l’origine d’un champ de recherche très actif, l’information et la cryptographie quantiques. Ce que nous faisons tous les jours relève plutôt de ce domaine. Mais au départ, le test de Bell était conçu pour trancher un débat philosophique sur la nature de la réalité. Une réponse expérimentale convaincante a été apportée à la question posée, mais elle ne clôt pas le débat philosophique et métaphysique, et nos réflexions s’inscrivent dans ce contexte. Nous ne faisons donc pas de la pure métaphysique, et nous ne voulons pas nous arrêter là, sinon, on pourrait dire que nous ne formulons que des "pétitions de principe", que Niels Bohr avait déjà plus ou moins dit la même chose, etc. Notre objectif est donc d’établir un lien plus étroit entre nos postulats et le formalisme mathématique, c’est-à-dire expliquer pourquoi, une fois posée la quantification du nombre de modalités d’un système et d’un contexte, on aboutit à la formulation mathématique usuelle de la physique quantique. Notre démarche ne conduit pas, pour l’instant, à des prédictions différentes de celles de la mécanique quantique standard, et la possibilité de trancher entre notre approche et une autre (par exemple au moyen de tests expérimentaux, comme on a pu le faire avec les inégalités de Bell) reste un problème ouvert.

                        
                  
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Questions de polarisation
Avec la fréquence d’oscillation (qui détermine la couleur) et la direction de propagation, l’angle de polarisation est la troisième propriété intrinsèque d’une onde électromagnétique comme la lumière. La lumière naturelle est souvent « non polarisée » ce qui veut dire que tous les angles de polarisation (et toutes les couleurs) sont également présents. Toutefois, quand elle interagit avec de la matière – en passant par exemple à travers un polariseur –, certaines directions de polarisation seront privilégiées. La lumière et les photons qui la composent deviennent alors « polarisés ». Quand deux photons sont intriqués, l’angle de polarisation de l’un est fortement corrélé avec celui de l’autre, quelle que soit la distance entre les deux photons.

Notes
  • 1. « Contexts, Systems and Modalities : A New Ontology for Quantum Mechanics », Alexia Auffèves et Philippe Grangier, Foundations of Physics, publié en ligne le 21 septembre 2015. DOI 10.1007/s10701-015-9952-z
  • 2. Institut Néel du CNRS.
  • 3. Laboratoire Charles Fabry (CNRS/Institut d’optique Graduate School/Univ. Paris Sud).
  • 4. En physique classique, le fait de prendre une mesure peut aussi perturber les résultats, mais on peut corriger cette perturbation ; ce n’est plus le cas en physique quantique.
Aller plus loin

Auteur

Sylvain Guilbaud

Sylvain Guilbaud, né en 1986, est journaliste scientifique. Ingénieur de formation, il est diplômé de l’École supérieure de journalisme de Lille et anime le blog http://madosedescience.wordpress.com.

Commentaires

12 commentaires

J’ouvre les lèvres pour écrire J’entends les mots La poésie est l’unificateur La fusion entre tout état élémentaire Les frissons de la conscience L’union libre des énergies L’action entre deux temps La lumière qui se regarde Les vibrations de la gravité Dans l’étirement des phrases J’ouvre les lèvres pour écrire J’entends les mots Cette prose ondulatoire Mais dérisoire Qui plante l’intérêt sur les rayons J’en suis happé de plein front Mes pensées me traversent Recomposent mes divisions J’ouvre les lèvres pour écrire J’entends les mots Dans la boite noire Je me charge des couleurs De la profondeur des ombres Je me voile d’aurores Et d’auréoles Je suis impatient Mais j’existe J’excite les électrons J’ouvre les lèvres pour écrire J’entends les mots Et les conséquences se percutent S’entrechoquent Jusqu’à se donner encore et encore Se redonner autrement Juste disparaitre dans une mémoire Je suis un boson qui s’évade Qui passe dans des zones sans particule Le vide est toujours au bout Et le bout continue quand même… Réjean Desrosiers © 2016 02 10 / 20160210004

J'espère que la Mécanique quantique, n'est pas démontrée sommairement, par, l'illustration qui se trouve en tête de la conversation (interview), ou par l'exemple un peu plus loin, par une explication de l'auteur, concernant " le chat de Schrödinger" , Et qu'elle ne s'arrête pas là. Car prendre, un cylindre (exemple pris, je suppose), un objet réel, qui par projection sur deux murs, placés perpendiculairement et dire qu'il est à la fois : carré et cercle...et ajouter qu'in fine, le réel et l'illusion sont deux états qui ne feraient, font ?, qu'un, me paraît un peu court. En effet, en partant d'un élément vrai (existant ?) le cylindre, couplé à deux images différentes de celui-ci projeté, sur deux murs, nous n'obtenons pas une véritable option, (ou réelle), car les images sont naturellement fausse dans leurs formes..(en trompe l'oeil. Une illusion qui affecte la perception cérébrale). Bien évidemment (le cylindre, ces 2 images et la lumière nécessaire dans ce concept, ne bougeant pas, sont figés) pourraient être, aussi bien, si on les fait bouger ou changer de position : par exemple : un losange, à la place du carré, d'un côté et un ovale, à la place du cercle, de l'autre côté... dont les dimensions des uns et des autres, (carrés et cercle compris) changeraient aussi en modifiant autant de fois que l'on veut, les paramètres ( la place et, ou, l'orientation du cylindre. Et, ou, des murs. Et, ou de : la source, l'orientation, la quantité, de lumière (qui peuvent être déplacées et modifiées aussi), cette dernière étant nécessaire pour projeter l'ombre de ce cylindre sur les murs opposés perpendiculairement seule façon d'obtenir un carré et un cercle. En ajoutant, aussi, que si les murs étaient eux parallèles deux à deux (donc lapalissade : 4 murs) il y aurait deux carrés et deux cercles (en figures figées, opposées deux à deux)... et, si l'on bouge ne serait-ce que le cylindre, de gauche à droite, et ou, légèrement incliné d'avant en arrière (la lumière nécessaire n'ayant par très grande importance dans ces cas là), on s'apercevrait que les ovales et les losanges (qui s'opposent deux à deux) seraient, dans la "lecture" et la vision, dans le sens des formes, (en positions inversées : côtés droits à gauches ou et haut en bas et inversement), suivant la, les, configuration(s) choisie(s). Telle est la réalité. Une fois la réalité déterminée et constatée, ou que l'on veut, la dimension quantique n'a plus lieu d'être. Par ailleurs et de toute manière on ne peut pas être dans deux états différents en même temps (simple vue de l'esprit voulant à tout prix, marier réalité et illusion). En effet à partir d'un instant "T" (changement de nature), il y a rupture dans les formes (ici : cylindre, carré, cercle...), ou dans les états (ex : le chat de Schrödinger: vivant et mort, en même temps) Aussi faux l'un que l'autre, sauf en théorie, qu'elle soit quantique ou philosophique). Cette rupture oblige donc à faire un choix. Soit on reste dans l'illusion(le faux) et la mécanique quantique à ses raisons d'être, soit (après s'être servi de la mesure quantique pour démontrer un résultat objectif et réel, on prend acte de la réalité et on quitte cette théorie. Et si cela peut co-exister dans l'imaginaire philosophique, en fait, la réalité n'admet pas plusieurs options. Seule l'imagination (l'illusion le peut) donc faisons attention à la mécanique quantique qui si l'on refuse d' éliminer les options fausses (car elle le sont), donc refuser de se ranger dans la réalité, la folie guette, ou avoir le cerveau altéré. Résultat : Nous constatons, que l'on peut être trompé par l"hypothèse choisie, et dont que la mécanique quantique ne sert pas à mesurer ou à voir (dans un premier temps). Mais à faire apparaître par distorsion une troisième dimension, qui elle, permet d'écarter les fausses options (illusions) pour n'en garder qu'une, bien réelle, de façon certaine (bon choix avéré) après l'observation et l'analyse des choix proposés ... par la théorie de la mécanique quantique. En tout cas, selon les possibilités offertes actuellement par nos instruments scientifiques de dernières générations, qui ouvrent toujours plus, de jour en jour nos champs : visuels, dimensionnels et magnétiques, que ce soit dans l'infiniment petit, ou l'infiniment grand...

Je trouve tout à fait appropriée l'image dans le haut de l'article. Elle montre bien que la mesure dépend du contexte de l'appareil de mesure. Elle montre de plus qu'en physique classique aussi cette question se pose dépendant de la façon dont on définit et mesure les propriétés des objets (ou des processus complexes). J'applaudis à la volonté des chercheurs de vouloir «replacer la mécanique quantique dans le cadre de ce réalisme physique» mais je trouve arbitraire la distinction qu'ils font avec la mesure de la physique classique. Plusieurs articles récents de physique quantique ont dirigé l'attention sur l'importance plus grande de la «contextualité» que celle de la «localité» dans le théorème de Bell. C'est justement l'importance, même en physique classique, du contexte de la mesure qui n'est pas retenue dans la définition de la localité du théorème de Bell. Cela fait en sorte que la violation des inégalités de Bell est rattachée à une condition de non-localité mal définie et qui peut s'appliquer aussi en physique classique. On aura beau prouver tant que l'on voudra la violation des inégalités de Bell en physique quantique, cela est aussi le cas en physique classique «non-locale». D'ailleurs je vous invite à aller lire l'article suivant «A classical model of EPR experiment with quantum mechanical correlations and Bell inequalities» published in Physics Letters A in 1984 qui présente un modèle classique qui le prouve.

J'ai oublié de donner la référence précise à l'article de A.O. Barut et P. Meystre: A.O. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0375960184910363. En voici «l'abstract»: A simple model of a classical break-up process is given in which the correlation E(a,b) of the components A and B of the spins of the two subsystems along directions a and b gives precisely the quantum mechanical result. The model is “local”, but the normalization procedure of correlation functions in terms of “hidden variables” is different from that used in deriving Bell's inequalities. A discretization procedure of the classical spins is then given which reproduces fully the dichotomous quantum mechanical results both for probabilities and for correlation functions. This procedure illustrates particularly clearly the difference between quantum and classical spins and provides a possible intuitive picture for the notion of the “reduction of the wave function”.

De la part des auteurs de l'article: @ Zorglub Merci pour le clin d'oeil. @ Réjean Desrosiers Dans cet article nous nous frottons à la philosophie, mais pas encore à la poésie… ce sera peut-être la prochaine étape. @ Henri Berdeil L'image du cylindre nous a été proposée par l'iconographie du CNRS, nous l'avons acceptée, mais il ne faut pas lui donner plus de sens ou d'importance qu'elle n'a. Son objectif est d'attirer l'attention du lecteur, et le point de vue développé dans l'article est moins rudimentaire que ce que l'image suggère. @ Bertrand Ducharme Pour pouvoir reproduire la mécanique quantique, une théorie d'inspiration classique doit être à la fois contextuelle (théorème de Kochen Specker) et non locale (théorème de Bell); les deux notions sont en fait liées. Si une forme ou une autre de "physique classique contextuelle et non locale" vous convient, vous n'avez effectivement pas besoin de notre ontologie. Notre objectif est plutôt de répondre à la question: prenons la mécanique quantique telle qu'elle est, peut-on expliciter la réalité physique qu'elle décrit ? Nous répondons par l'affirmative, mais la réalité physique en question est - comme on pouvait s'y attendre - profondément non-classique. L'article de Barut et Meystre exhibe plusieurs façons de redéfinir les fonctions de corrélation afin d'échapper aux hypothèses de Bell, mais ce sont des calculs "ad hoc" qui ne sont pas reliés à une ontologie particulière.

J'ai lu votre article avec passion et j'avoue avoir été assez bouleversé par ce que j'y ai lu. Votre proposition d'ontologie est remarquable. Votre explication de l'argument EPR notamment, en ayant un système et un contexte qui ne sont pas au même endroit m'est apparu limpide. J'adhère personnellement complètement au fait que le resultat doivent être attaché au système et au contexte. N'est ce pas déjà le cas en physique classique? La peinture blanche réfléchi la lumière dans le visible mais est opaque dans l'infrarouge. De plus, une personne éclairée par une onde électromagnétique, donnera une image normale dans le visible mais un squelette dans les rayons X... J'ai cependant une question par rapport à votre ontologie. Que se passe t il dans le cas ou l'on a un nombre infini de résultat pour un système quantique? Je pense à une particule pour lequel le spectre en position mais aussi en impulsion est bien continu. Quelle est la probabilité conditionnelle de trouver une impulsion p après avoir mesuré une position x? Les relations d'incertitude d'Heisenberg peuvent elles directement être déduite de votre ontologie? D'autre part, il semble que le changement de contexte soit d'un certain point de vue analogue à un processus markovien. Comme pour le fait que dans des processus collisionnels, il est courant d'oublier l'histoire avant la collision précédente, lors d'une mesure, il n'y a que la mesure précédente qui ne jouera, en raison de votre principe de quantification (2N modalités pour un système + contexte donné). Cette remarque a t elle un sens?

Merci aux auteurs pour cet article stimulant qui revient sur l’interprétation de la mécanique quantique, si contre-intuitive qu’elle n’a pas fini d’intriguer le public et d’interpeler les physiciens. Une reformulation contemporaine parait d’autant plus opportune que les technologies quantiques sont en extraordinaire développement avec les horloges atomiques, les capteurs et senseurs quantiques, la cryptographie et les communications quantiques, l’ordinateur quantique un jour qui sait …(notons que google y travaille). Depuis les questionnements d’Einstein à l’époque de l’article EPR, les choses ont bien changé puisqu’on sait aujourd’hui réaliser des expériences avec des particules uniques (atomes, photons, ions…) et les intriquer les unes avec les autres. On ne commente plus les paradoxes de la mécanique quantique comme lorsque j’étais étudiante et on ne se contente plus de dire que l’appareil de mesure perturbe le système. Le point de vue ici présenté selon lequel la réalité appartient simultanément à un objet et à son contexte est pédagogique. Il apparait comme une élaboration sur la vision de Bohr concernant le rôle de l'ensemble de l'appareillage expérimental, une façon bienvenue de revisiter l’interprétation de Copenhague. Rappelons que Bohr a changé de point vue plusieurs fois et a abandonné depuis 1935 dans sa réponse à EPR l'idée fausse de la ``mesure qui perturbe le système". La question est très bien expliquée dans le chapitre 10 du livre grand public de Michel Bellac « Le monde quantique » (EDP-Sciences, 2010) ou pour la version anglaise plus complète « The Quantum World » (WorldScientific, 2013). Une autre référence utile sur la mesure en mécanique quantique est l’ouvrage de Franck Laloë « Comprenons-nous vraiment la mécanique quantique ?» (collection Savoirs Actuels, CNRS-Editions et EDP-Sciences, 2011). Dans le présent article j’aime bien l’image du début, je trouve inutile (mais certes jolie) la photo de l’optique non linéaire pratiquée avec des lasers, on regrette un schéma simple d’expérience par exemple avec des photons polarisés sans cesse décrits en mots dans le texte. Alors il faut imaginer…

De la part des auteurs de l'article: @KarlJoulain: il y a aussi des contextes en physique classique, mais le propre de la physique classique est de pouvoir détacher les propriétés du système de celles du contexte, qui est considéré comme un outil d'observation; il est alors possible d'expliquer les phénomènes à partir des propriétés du système lui-même. Ceci n'est plus possible en physique quantique, et nous attribuons cette impossibilité à la quantification, qui n'est pas seulement une discrétisation, mais le postulat que le nombre N de modalités mutuellement exclusives est constant pour un système donné. Par conséquent, les modalités dans un contexte ne "s'ajoutent" pas aux modalités dans un autre contexte, et pour des photons polarisés on ne peut pas identifier avec certitude un "moustachu fumeur de pipe". Si N devient infini, il n'y a pas vraiment de problème tant que cet infini reste dénombrable, ce qui est le cas des espaces de Hilbert séparables utilisés en mécanique quantique usuelle. Pour les situations plus complexes comme la théorie des champs, avec un nombre infini de degrés de libertés correspondant chacun à un espace de Hilbert de dimension infinie, nous n'avons pas de réponse, mais c'est un problème notoirement difficile, voir par exemple https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Neumann_algebra (nous nous limitons donc aux "facteurs de type I"). Par curiosité vous pouvez regarder aussi ce vieil article de David Hilbert (1925) : https://math.dartmouth.edu/~matc/Readers/HowManyAngels/Philosophy/Philosophy.html , où il écrit par exemple: "We have seen that the infinite is nowhere to be found in reality, no matter what experiences, observations, and knowledge are appealed to". Pour votre dernière remarque, il est vrai que notre principe de quantification fait que seule la modalité précédente joue un rôle dans une mesure, ce qui rappelle un processus markovien. Néanmoins je ne sais pas jusqu'où on peut pousser cette analogie, cela fait partie des questions auxquelles nous réfléchissons. @Michèle Leduc: merci pour ces commentaires pertinents et stimulants !

La première figure illustrant cet article est en contradiction flagrante avec le texte lui-même; les auteurs précisent d'ailleurs que cette figure est un ajout du Journal du CNRS et n'apparaît pas dans leur article original. Alexia Auffèves et Philippe Grangier développent de façon intelligible et illustrée un point de vue exprimé de façon particulièrement obscure par Bohr dans sa réponse de 1935 à EPR (Einstein, Podolslski et Rosen) : un objet quantique ne peut pas être dissocié du contexte expérimental qui permet de l'observer. Une conséquence essentielle de ce point de vue de Bohr, confirmée par le théorème de Bell et les expériences correspondantes, est que la la mesure quantique ne révèle pas une propriété préexistante, mais que le résultat est créé par l'opération de mesure. Or la figure représentant la dualité onde-particule par l'analogie d'une dualité cercle-rectangle est un point de vue typique de variable cachée : la figure représente une particule quantique isolée de son contexte et la mesure révèle un propriété préexistante. Si l'on observe une propriété type onde (particule), le cercle (le rectangle) qui lui correspond dans l'analogie était déjà contenu dans le cylindre, ce qui va exactement à l'encontre de l'interprétation de Bohr. Je donne un autre exemple: un photon d'une paire EPR intriquée en polarisation ne possède aucune polarisation, c'est seulement après avoir fait passer ce photon dans un ensemble prisme polarisant/détecteur que l'on peut lui attribuer une polarisation. Un bon exercice serait d'essayer de transposer l'analogie ``intuitive" de la dualité onde-particule et de trouver une telle analogie pour la polarisation d'un photon EPR, mais je doute que cela soit possible! Pourtant la polarisation d'un photon est un système beaucoup plus simple (espace de Hilbert de dimension 2) qu'une particule (espace de Hilbert de dimension infinie). Bien sûr le théorème de Bell n'interdit pas les variables cachées, mais seulement celles qui sont locales. Cependant les théories de variables cachées non locales comme celle de de Broglie-Bohm posent d'autres types de problèmes. En résumé, on aurait pu conserver la figure incriminée mais avec la légende : cette figure illustre ce que n'est pas la mécanique quantique!

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