Mécanique quantique

Christian Larcher

I - Des réussites étonnantes

Depuis 60 ans nous assistons au succès spectaculaire de la physique quantique. Non seulement dans le domaine de la physique mais aussi en chimie et en cosmologie.
La précision obtenue par la Physique Quantique est parfois stupéfiante ; c'est ainsi que pour l'électromagnétisme quantique elle atteint 8 décimales….On est capable aujourd'hui d'écrire le sigle IBM en manipulant un par un des atomes de xénon sur un substrat en nickel. Le développement des dispositifs utilisant des rayons lasers est prodigieux.
On est en train de mettre au point des manipulations de " cryptographie quantique " dont l'objectif est la transmission de messages secrets entre 2 personnes avec une sécurité totale. Ce dispositif est une application directe de l'expérience EPR (Einstein, Podolsky et Rosen), expérience validée par Alain Aspect et Philippe Granger sur la " violation de l'inégalité de J. Bell " (Orsay 1982) ;
Les chercheurs commencent même à entrevoir les possibilités de fabriquer des " ordinateurs quantiques " dont les capacités seront gigantesques.

II - La fin des images

Dans les théories classiques on disposait d'images devenues familières : longueur d'onde ou fréquence d'une onde, caractéristiques des particules telles masse, position, quantité de mouvement…
On avait d'une part des ondes qui, par nature, occupent presque tout l'espace et d'autre part des particules qui, par nature, occupent un espace très petit ce qui permet de les assimiler à des points matériels.
Les ondes peuvent donner des phénomènes caractéristiques d'interférences ; les particules sont localisables sur un écran.
Ces deux entités sont antinomiques mais elles apparaissent pour Bohr complémentaires. Cela rend la physique quantique bien abstraite et surtout sans rapport avec nos intuitions ordinaires.
Une propriété d'un objet quantique (ou " quanton ") n'est plus caractérisée par une valeur numérique particulière mais admet un spectre de valeurs ; cela conduit à l'utilisation du calcul matriciel.
Non seulement ces " quantons " deviennent inconnaissables, on ne percevrait plus que leurs apparences mathématiques (des sortes de fantômes) mais de plus ils interagissent malicieusement avec les instruments qui permettent d'effectuer les mesures, ce qui contribue encore un peu plus à nous éloigner du déterminisme Laplacien.
Schrödinger n'aimait pas les chats ; et en définitive c'est en regardant le chat " que l'on tue le chat ". Avant l'observation ce pauvre chat avait au moins " l'avantage " d'être dans une combinaison d'état mort et d'état vivant...

III - " La déraisonnable efficacité des mathématiques "

On sait qu'en physique quantique les mathématiques jouent un rôle primordial. Elles ont en effet une très grande force de conviction en alliant simplicité, rigueur et beauté dans leurs structures.
Les physiciens dégagent des mathématiques implicites dans la nature en découvrant des symétries cachées. Les mathématiciens en font systématiquement l'étude théorique.
En physique quantique on se pose la question de savoir s'il y a une différence entre " réalité physique " et " réalité mathématique ".
Albert Einstein disait : " Mes équations sont plus intelligentes que moi ".
L'étude de la physique quantique nécessite un arsenal mathématique de plus en plus important.

IV - Comprendre et/ou expliquer ?

Peut-on " comprendre " la théorie quantique ? Richard Feynman (prix Nobel de physique) disait : " Je crois pouvoir affirmer que personne ne comprend la Mécanique Quantique ".
En fait on a d'une part le domaine de l'expérimentation et d'autre part une machinerie mathématique bien rodée d'une " redoutable efficacité " pour faire des prédictions.
Pour les positivistes et les " orthodoxes " de l'école de " Copenhague " la "recherche du réel est dénuée de sens " ; comprendre signifie strictement calculer à l'avance et le reste appartient au domaine de la métaphysique. On peut aussi estimer, avec Bernard d'Espagnat, que le monde est probablement ontologiquement voilé pour le cerveau humain. On retrouve, en quelque sorte, le mythe de la caverne de Platon : l'homme ne perçoit que " l'ombre de la réalité ".