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25 mars 2020 3 25 /03 /mars /2020 10:42

Une nouvelle perspective sur la nature de la science est envisageable

Cet article est organisé sous forme de dialogue avec S. Weinberg, ensuite avec H. Zwirn, puis je tenterai une synthèse.

Les propos de Weinberg, je les puise dans le livre : ‘Lost in Maths’ version française du livre en anglais de Sabine Hossenfelder : ‘La beauté laide’ ou encore : ‘Comment la beauté égare la physique’, voir articles du 20/03/2018 et du 01/07/2018.

S. Weinberg né le 3 mai 1933 à New York, est un physicien américain. Il est le principal instigateur, avec Abdus Salam et Sheldon Glashow, de la théorie de l'interaction électrofaible, ce qui lui a valu de partager le prix Nobel de physique de 1979. Weinberg a travaillé sur de nombreux sujets, notamment ce qui concerne les théories d'unification (dont la théorie des supercordes), l'astrophysique et la chromodynamique quantique.

 Aujourd’hui, il est un grand témoin des problèmes historiquement posés par la mécanique quantique et S. Hossenfelder lui pose la question : « Je voulais vous demander votre avis sur les fondations de la mécanique quantique. Vous avez écrit dans votre livre qu’il est difficile de changer quoi que ce soit dans la mécanique quantique sans la compromettre dans son ensemble. »

S. Weinberg, p154 : « Oui, c’est vrai, mais nous n’avons pas de théorie vraiment satisfaisante de la mécanique quantique…Personnellement, j’en viens à la conclusion qu’il n’existe aucune interprétation de la mécanique quantique qui ne présente de graves défauts. Cet avis ne fait pas l’unanimité. En fait beaucoup de physiciens se satisfont de leur propre interprétation. Selon moi, nous devrions prendre au sérieux la possibilité que l’on découvre une autre théorie plus satisfaisante, dont la mécanique quantique n’est qu’une bonne approximation. »

Ci-après, je commente ce que nous dit Weinberg. Il nous indique qu’à propos de la mécanique quantique (M.Q.) c’est le problème de son interprétation qui se pose et non pas ses axiomes ni son formalisme. Selon moi, on ne trouvera pas une autre théorie plus satisfaisante mais c’est l’évolution de nos capacités intellectuelles au contact de la théorie actuelle que progressivement nous décryptons et décrypterons la MQ. N’oublions pas que nous sommes des êtres vivants dont nos sens, ceux qui nous permettent de concevoir du sens physique à notre échelle, sont formatés par nos rapports macroscopiques, classiques, avec la nature. En conséquence nous n’aurons jamais un rapport direct avec la nature microscopique ce n’est que par l’investissement intellectuel que ce monde naturel deviendra de plus en plus familier. L’évolution est lente mais nous intériorisons et intérioriserons de plus en plus aisément les phénomènes quantiques. Nous ne savons pas encore penser quantique (voir article du 26/09/2015 : ‘Non, on ne pense pas quantique. Pas encore !) mais l’évolution est patente[1]. Je cite : « Quand des jeunes rejoignent mon groupe, déclare Anton Zeilinger, on voit qu’ils cherchent leur chemin à tâtons dans le noir et qu’ils ne le trouvent pas intuitivement. Mais au bout d’un moment, deux ou trois mois, ils trouvent leur rythme, et ils développent cette compréhension intuitive de la MQ, et c’est vraiment très intéressant à observer. C’est comme apprendre à faire du vélo. » C’est exactement ce que j’ai observé dans mon activité d’enseignement il y a quelques années et je n’ai pas oublié ma grande difficulté de réception de la MQ quand j’étais étudiant. En contraste avec ce point de vue actuel de A. Zeilinger et celui ci-après de Freeman Dyson[2] exprimé concrètement en 1958 on évalue déjà une vraie différence : « Il ne s’agit pas de comprendre la mécanique quantique, mais de sauter le pas : accepter l’idée qu’il n’y a rien à comprendre, et apprendre à se servir du formalisme mathématique pour trouver des résultats en accord avec les faits expérimentaux. Et il ajoute qu’avec le temps, les étudiants acceptent avec une résistance décroissante d’être brisés (sic) pour consentir à cette attitude. »

En résumé nous devons considérer que les fondements de la MQ avec son formalisme mathématique définissent une scène, un contexte radicalement inédit, dans lequel l’intelligence scientifique se met à l’épreuve pour conquérir de nouveau espace de compréhension de la Nature à l’échelle quantique. C’est une évolution cérébrale de Sapiens qui est en place.

Reprenons ce que nous dit S. W. p.154-155 : « Il est très difficile de faire mieux que la MQ. Bien qu’elle ne soit pas incohérente, elle présente plusieurs caractéristiques qui nous paraissent repoussantes. Ce n’est pas le fait qu’elle contienne des probabilités. C’est le genre de probabilités qu’elle contient. » Il s’explique : « Si vous avez une théorie qui dit que les particules se déplacent et qu’il y a une certaine probabilité qu’elles aillent ici ou là, ou encore ailleurs, je peux l’admettre. Ce que je n’aime pas, dans la mécanique quantique, c’est qu’elle formalise le calcul de probabilité que les humains obtiennent quand ils procèdent à certaines interventions dans la nature que nous appelons des expériences. Or, une théorie ne devrait pas se référer aux êtres humains dans ses postulats. »

Ci-après, je commente : Avec ce type de remarque S.W. exprime, à mon sens, cet idéalisme regrettable des physiciens à l’égard du réalisme. Selon la conception majoritaire : une bonne théorie est une théorie qui n’aurait pas de source, elle serait dans l’univers sans aucune attache, elle aurait été ‘vue’ et elle serait libre de toutes déterminations. Comme je l’ai indiqué dans l’article précédent du 24/02 les résultats d’une théorie sont conformes à leur(s) paradigmes. Plus le paradigme est pertinent, puissant, précurseur, plus les résultats constituent des avancées significatives et toujours conformes. Or, avec la mécanique quantique, il n’y eut pas de paradigme préalable comme ce fut le cas avec celui de la RG et exprimé par A. Einstein. C’est par la force des choses et donc la voie empirique et pragmatique, le fait expérimental, que le formalisme de la MQ a été installé. La MQ, dans son principe n’a pas été pensée préalablement. Par exemple le caractère discret des grandeurs physiques en quantique s’est imposé aux physiciens de l’époque avec violence, il suffit de relire l’autobiographie de Max Planck et de se souvenir des tourments vécus par L. Boltzmann (1844-1906), jusqu’à son suicide. L’avènement de la mécanique quantique a provoqué un choc conceptuel a priori inacceptable puisque les fondements de la physique classique, après trois siècles de développement avec de très grand succès, étaient radicalement remis en cause.

S.W. p.155 : « Il serait souhaitable de pouvoir comprendre des choses macroscopiques, comme les appareils expérimentaux et les êtres humains selon les termes de la théorie sous-jacente. Il n’est pas souhaitable de les voir intégrés au niveau des axiomes de la théorie. »

Avec ces deux phrases S.W. exprime toute la négation de la mécanique quantique, puisque les êtres humains et en l’occurrence les appareils expérimentaux sont les moyens incontournables pour décrypter les phénomènes quantiques. La MQ est une science de l’observateur, pas d’observateur tel qu’il est, pas de mécanique quantique et je prétends que si on élimine effectivement l’intelligence humaine, alors il n’y a plus d’espace-temps car il en est le fondateur et le vecteur. La mécanique quantique est une science qui ne peut pas être en amont des capacités actuelles de l’observateur, ni de ce qu’il est. Pour l’instant l’observateur ne peut pas directement s’intégrer dans la scène de la M.Q., il ne peut être que distancié, distance qui s’atténue et s’atténuera grâce à l’apprentissage cérébrale qui est évidemment engagé. C’est pourquoi, je m’autorise à évoquer l’idée que la mécanique quantique représente actuellement un terrain particulièrement favorable à l’évolution intellectuelle humaine. En même temps, il ne faut pas sous-estimer l’inertie intellectuelle toujours très significative, voire encore majoritaire dans la communauté scientifique, concrètement exprimé par S.W. Et il y a encore d’autres obstacles qui s’opposent au plein saisissement de la perspective que je propose grâce à la mécanique quantique. A ce titre, je cite François Lurçat qui écrit dans son livre (2003) : ‘De la science à l’ignorance.’ : « Dans le débat entre Bohr et Einstein, qui se prolonge de nos jours entre leurs partisans respectifs, les deux protagonistes sont en vérité du même côté dans un débat beaucoup plus fondamental. Einstein veut sauver les fondements métaphysiques de la physique classique, tandis que Bohr veut les dépasser en les englobant dans une nouvelle synthèse ; mais ils font appel, tous deux, à la raison. Deux conceptions de l’intelligibilité s’opposent, mais précisément il s’agit, pour l’un comme pour l’autre, de comprendre. En revanche pour Dyson en 1958, et pour bien des savants jusqu’à nos jours, le but n’est plus l’intelligibilité mais simplement l’accord entre les résultats des calculs et ceux des expériences, gage de l’efficacité pratique. On comprend ainsi que les physiciens parlent désormais plus souvent de modèles que de théories : ce changement de vocabulaire exprime de manière voilée le renoncement à comprendre, et donc en définitive le remplacement de la science par une technique aveugle. » Je ne suis pas aussi pessimiste que F. Lurçat mais ce qu’il dit est effectivement présent. Exemple : avec la propriété de l’intrication qu’on ne comprend pas du tout, les applications dans les télécoms sont déjà très importantes et comme cela marche, effectivement la volonté de comprendre est de plus en plus minorée.

Maintenant, je propose d’analyser certains arguments, toujours sur la MQ, d’Hervé Zwirn qui sont développés dans le N° de ‘Pour la science’ de ce mois de Mars. Le titre de l’article est : « L’observateur, un défi pour la physique quantique » ; H. Zwirn est directeur de recherche au CNRS, physicien et épistémologue à l’IHPST à Paris et au centre de mathématiques et de leurs applications à l’ENS de Paris Saclay.

Le but d’H. Zwirn avec cet article est de proposer une explication alternative à la problématique de la mesure en quantique. En rappelant que la première explication et la plus ancienne fut établie par Bohr et Heisenberg et elle est désignée : « Interprétation de Copenhague », ensuite il y eut l’hypothèse de von Neumann et Wigner qui attribuèrent un rôle à la conscience de l’observateur responsable de la réduction du paquet d’ondes ; plus tard dans les années 1956 : H. Everett a proposé la duplication du monde en autant de mondes et d’observateurs différents qu’il existe de résultats possibles pour la mesure effectuée, c’est la « théorie des mondes multiples ». Il y eut d’autres interprétations dont celle de de Broglie-Bohm. L’explication alternative originale de Zwirn, s’intitule le « solipsisme convivial », qui s’abstient du principe de réduction du paquet d’ondes, mais qui ne suppose nullement que l’Univers se multiple en plusieurs versions à chaque mesure. Je conseille de lire directement l’article pour intérioriser cette proposition que personnellement je n’envisage pas d’adopter.

Je cite p.28 : « Le mécanisme de décohérence n'élimine donc nullement le rôle de l’observateur, puisqu’il explique comment apparaît le monde à un observateur dont les moyens sont limités, et non pas comment apparaît réellement le monde en l’absence d’un observateur.

En fait, il paraît logiquement inévitable que, sauf à modifier le cadre de la mécanique quantique usuelle, il soit impossible de définir rigoureusement et de façon strictement objective ce qu'est une mesure. L’observateur doit être pris en compte d'une manière ou d'une autre, et il semble que ce ne soit qu'au moment où un observateur prend connaissance du résultat que celui-ci se détermine.

Cela ne devrait pas paraître si choquant, après tout, la science n’est rien d’autre qu’une description du monde tel qu’ultimement il nous apparaît. Le fait que la mécanique classique qui décrit le monde macroscopique soit compatible avec l’hypothèse que le monde est « réellement » tel qu’il nous apparaît n’est pas une preuve que cela soit encore vrai dans les domaines étrangers à notre expérience quotidienne. »

Ce que je cite de l’auteur ci-dessus correspond complètement à la façon dont je reçois la mécanique quantique et je l’ai exprimé sous toutes les coutures dans de nombreux articles. Il est satisfaisant de rencontrer une conception aussi convergente. Toutefois, je pense que Zwirn est trop sibyllin quand il écrit : « il semble que ce ne soit qu'au moment où un observateur prend connaissance du résultat que celui-ci se détermine », en effet il existe une expérience qui autorise les physiciens à indiquer que dans des opérations de mesure spécifique : « Ce qui compte en quantique, ce n’est pas ce que l’on fait, mais ce que l’observateur sait. » Certes, cette expérience unique doit être dupliquée par d’autres équipes pour que son résultat soit confirmé ou éventuellement infirmé. Mais Zwirn aurait dû la citer comme je l’ai fait il y a plus de deux ans (03/07/2017 : ‘Comment la ruse quantique peut brouiller cause et effet’) pour que chacun se fasse une idée propre. C’est encore là une démonstration de l’inertie intellectuelle qui est en jeu car beaucoup de physiciens sont rebutés à l’idée d’admettre la conclusion de cette expérience. Effectivement si cette conclusion est confirmée il faudra penser le rapport entre le physicien et les faits naturels qu’il étudie d’une façon renversée. Personnellement je serais pleinement satisfait que ce paradigme en germe soit confirmé, puisque je l’appelle, et en conséquence de nouvelles avancées de la connaissance en physique seront dans notre horizon.

Je cite encore, p.31 : « Il faut renoncer à penser que le monde est directement conforme à ce que nous en percevons et que nous le percevons tous de la même façon. »

Je propose de rebondir sur le terme conforme car quelques jours avant que ne soit publié l’article de Zwirn, moi-même j’avais posté sur le blog, le 24/02, l’article : « La dynamique de l’espace-temps est conforme au paradigme d’Einstein. » Avec ces deux affirmations nous attribuons un rôle déterminant au sujet pensant et maintenant il faut expliciter ce rôle dans le développement de la connaissance scientifique en physique. C’est ce que j’ai commencé à entreprendre le 24/02 en écrivant ce qui suit :

« En ce qui concerne le ‘comment la Nature fonctionne’, je pense qu’il ne faut pas sous-estimer l’hypothèse que globalement la Nature ne fonctionne pas, mais le physicien lui prête par projection du ‘fonctionnement’. Ce qui correspond à une compréhension partielle obtenue par le physicien et il y a effectivement résonnance, accroche, avec ce qui est, certes, d’une façon réduite dans la Nature mais il faut la considérer comme une étape pour se hisser vers une compréhension plus multiple, plus complète. Selon mon entendement la Nature doit être comprise comme un état qui comprend tous les ‘fonctionnements’ possibles ».

La fonction d’onde de la connaissance globale du Monde, c’est l’éternité. Peu importe si Sapiens ou le produit de son évolution sera en mesure de l’atteindre. L’état de la connaissance réduite actuelle du monde c’est un Univers, conçu par les scientifiques avec ses compétences intellectuelles et ses moyens technologiques. Avec cet état dominant, se superpose d’autres états de connaissance en cours de réduction : je pense aux deux hypothèses suivantes qui sont celles du multivers et des mondes multiples d’Everett. La théorie du multivers est suggérée dans le cadre et dans le prolongement de la relativité générale, c’est-à-dire que la R.G. ne contrevient pas à cette hypothèse et elle élémine l’impasse de l’interprétation Anthropique, bien sûr qu’elle est sujet à controverse : « L. Susskind estime qu’il est enthousiasmant de penser que l’univers est peut-être beaucoup plus grand, plus riche, plus divers que nous ne l’avons jamais cru ; B. Carr explique que la notion d’un multivers ouvre une nouvelle perspective sur la nature de la science, et il n’est pas étonnant que cela cause un inconfort intellectuel ; G. Ellis relativise en disant : d’un côté nous avons M. Rees qui dit que l’univers ne s’arrête pas à notre horizon visuel, et donc, en un sens, c’est un multivers. Et je suis évidemment d’accord ; Et un peu plus loin, vous avez l’inflation chaotique d’A. Linde, avec son nombre infini d’univers-bulles et encore avec le paysage de la théorie des cordes, où la physique est différente dans chaque bulle… »

Dans le champ de la pensée scientifique, il n’est plus tabou de concevoir le multivers d’une façon ou d’une autre. L’esprit scientifique s’ouvre, saisit des indices. La fonction d’onde de la connaissance globale du Monde est en cours de réduction sur un ‘état de connaissance’ qui englobe le précédent et qui aura peut-être la même ampleur que celui à propos de la reconnaissance de l’existence de l’atome au XIXe siècle. Quant à la thèse des mondes multiples d’Everett, elle est conçue pour déverrouiller la problématique de la mesure. Il y a une accoutumance à cette thèse de la part d’une minorité de physicien, certes, mais elle fait évoluer la pensée scientifique comme dans le cas précédent. Ce qui est peut-être significatif c’est que ces deux extrapolations sont le fruit des deux théories jusqu’alors déclarées incompatibles, ceci peut être un sujet de méditation !  

Ce que je propose ci-dessus est suscité par l’idée que ce qui a été essentiellement fondé par l’école de Copenhague correspond à un état de l’art de la pensée scientifique et bien qu’elle fût énoncée à l’occasion de la découverte du monde physique à l’échelle de l’infiniment petit, elle vaut aussi pour tout scientifique en quête de connaissances physiques fondamentales de la nature à l’échelle macroscopique. Le rôle du sujet pensant est tout aussi déterminant dans les deux cas de figure. C’est ce que je déclame depuis un certain temps : « Au sein d’une éternité, parmi tous les possibles, Anthropos ne cesse de creuser sa connaissance de l’univers ! »

 

[1] Dans le livre de Sabine Hossenfelder (S.H.), p.169 : « L’intuition peut découler de l’expérience, or la mécanique quantique est une théorie relativement jeune (sic). Les générations futures la trouveront peut-être plus intuitive.

[2] Freeman J. Dyson, né le 15 décembre 1923 à Crowthorne dans le Berkshire (Royaume-Uni) et mort le 28 février 2020 à Princeton (New Jersey)1, est un physicien théoricien et mathématicien britanno-américain. Il contribua notamment aux fondements de l'électrodynamique quantique en 1948. Il a également fait de nombreuses contributions à la physique des solides, l’astronomie et l’ingénierie nucléaire. On lui doit plusieurs concepts qui portent son nom, tels que la transformée de Dyson, l'arbre de Dyson, la série de Dyson et la sphère de Dyson.

 

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