01/06/2025 Le monde subatomique est-il réel ?

Les hypothèses des physiciens quantiques concernant le monde subatomique paraissent incompatibles avec ce que la science nomme la réalité. Faut-il les modifier ou se donner une définition nouvelle de la réalité. Ce dilemme a toujours été celui de la science. Mais avec la physique quantique apparue dans le premier tiers du 20e siècle, il atteint un paroxysme.

Citons notamment la dualité onde-particule. Pour celle-ci les particules peuvent exister aussi en tant qu’ondes. Autrement dit, la lumière se comporte à la fois comme une onde et comme une particule. La manifestation ondulatoire ou particulaire dépend des conditions de l’expérience . De même le temps ne s’ écoule pas du passé vers le futur et le concept de vide cosmologique n’a pas de sens.

Pour le physicien Niels Bohr, nous ne pouvons pas parler de réalité mais de la perception que nous en avons. Cependant pour une large majorité de physiciens, le monde est composé d’objets sensibles existant indépendamment de l’idée que nous nous en faisons.

L’un de ceux-ci est Robert Spekkens en poste au Perimeter Institute, Canada. Il considère que la réalité est réelle, à condition que nous modifions ce que signifie le terme de réel.

Le problème n’est pas nouveau. La mécanique quantique nous a permis de développer aussi bien des puces semi-conductrices que des calculateurs quantiques. Mais pour cela il nous a fallu accepter le concept de fonction d’onde

(voir wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Fonction_d%27onde)

La fonction d’onde est un des concepts fondamentaux de la mécanique quantique. Elle correspond à la représentation de l’état quantique | Ψ ( t ) ⟩ d’un système dans une base de dimension infinie[1], en général celle des positions | r ⟩ . Dans ce dernier cas, elle est notée Ψ ( r , t ) , qui, par définition, correspond à Ψ ( r → , t ) = ⟨ r | Ψ ( t ) ⟩ , si l’état quantique | Ψ ( t ) ⟩ est normé. La fonction d’onde correspond à une amplitude de probabilité, en général à valeurs complexes. La probabilité de trouver une particule au voisinage de la position à l’instant t est alors proportionnelle au carré du module de la fonction d’onde | Ψ ( r , t ) | 2 , densité de probabilité (volumique) de présence, et à la mesure du volume du voisinage considéré de ce phénomène . Cette interprétation probabiliste de la notion de fonction d’onde a été développée dans les années 1925-1927 par Max Born, Werner Heisenberg et d’autres. Elle constitue l’interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, laquelle considère ce caractère probabiliste dans l’interaction entre le système de mesure (macroscopique, donc classique) et le système quantique, conduisant à la réduction du paquet d’onde.

Si elle est la plus couramment admise en pratique, cette interprétation soulève divers problèmes épistémologiques tel que le problème de la mesure quantique. Il faut accepter de considérer les objets étudiés non comme des objets proprement dits mais comme des «  nuages de possibilités » On appelle ceci le « measurement problem » ;

Le problème est encore plus évident si l’on considère un couple de particules et leur intrication, même si elles sont séparées par la moitié du monde. Albert Einstein, qui n’y croyait pas, avait qualifié ce phénomène de “spooky action at a distance”.

En fait, il ne faut pas penser que la réalité consiste en l’idée que nous nous en faisons. La question concerne d’ailleurs toutes les sciences et pas seulement la physique. Si un phénomène nous paraît bizarre, c’est parce qu’il nous manque un élément du puzzle.

Pour Sabine Hossenfelder de la Ludwig Maximilian University de Munich, il s’agit d’une position philosophique et non scientifique.

Beaucoup de physiciens évoquent la question du réalisme sous le terme de « réalisme local ». Celui-ci peut être testé expérimentalement sous ce nom, une combinaison de localisme et le réalisme.

Concernant la mécanique quantique, il y a eu de nombreux efforts pour en développer une version conforme au réalisme local. Mais aucune n’a encore abouti du fait du manque de consensus sur le contenu de ce concept. Dans les années soixante, le physicien John Stewart Bell avait proposé un test mathématique des théories des variables cachées supposant que le monde est local, mais sans résultats.

Aujourd’hui la question est toujours en discussion, Nous y reviendrons s’il y a lieu.