Interprétations quantiques

2po

Two-Dimensional Representation of the 2p Orbital Wavefunction

3so

Two-Dimensional Representation of the 3s Orbital Wavefunction

http://archives.evergreen.edu/webpages/curricular/1999-2000/mandm99/chemistry/orbitals/2p.htm 

 


 

Mécanique quantique : quelles interprétations ?

Extraits de plusieurs ouvrages consacrés

aux interprétations de la mécanique quantique.

 

 

Ou plutôt, elle [la mécanique quantique] autorise à chaque fois plusieurs réponses, car il est possible d’avoir des interprétations différentes de cette théorie, et il n’existe pas véritablement de consensus actuellement parmi les physiciens ou parmi les philosophes concernant la bonne interprétation quantique. Les interprétations quantiques offrent des images différentes du monde dans lequel la théorie est vraie, avec des types d’entités et de propriétés différents. Autrement dit, il n’y a pas d’accord parmi les physiciens ou les philosophes sur ce qui compose le monde de l’infiniment petit ! Toutefois, ces différentes interprétations sont empiriquement équivalentes au sens où elles ne peuvent être départagées par l’expérience. Cela signifie que les physiciens ne sont pas en désaccord sur les prédictions expérimentales – les interprétations de la mécanique quantique ne sont pas des théories concurrentes en un sens fort.

Thomas Boyer-Kassem. Les interprétations de la mécanique quantique : une vue d’ensemble introductive.

http://www.implications-philosophiques.org/actualite/une/les-interpretations-de-la-mecanique-quantique/

 

 

Rapidement, toute la physique et toute la chimie deviennent quantiques. La théorie rend compte des atomes, de la structure moléculaire, mais aussi de la structure nucléaire, des propriétés des électrons dans les solides, de la conductibilité, des chaleurs spécifiques, etc. L’astrophysique, payée de retour, connait un extraordinaire développement grâce à la théorie quantique. Celle-ci permet une compréhension profonde et fine du rayonnement, et ouvre des accès nouveaux et quantitatifs au cosmos, à sa composition, aux conditions physiques qui y règnent. La théorie quantique seule permet de comprendre certains états et
processus cosmiques : formation et évolution d’étoiles, existence d’astres quantiques comme les naines blanches ou les étoiles à neutrons. Le bouleversement intellectuel et philosophique qu’elle a provoqué est considérable. Bouleversement conceptuel : pour la première fois, non seulement la raison ure, mais ce qu’on croit être le
« sens commun » sont mis en défaut par les faits expérimentaux. On doit construire une nouvelle façon de penser le réel, une nouvelle logique. Il faut façonner une intuition quantique, contraire à l’intuition immédiate. On voit percer une révolution épistémologique. La pensée philosophique va jouer un rôle profond dans la domestication de cette science nouvelle. Kierkegaard, Höffding, Wittgenstein et bien d’autres, avaient déjà découvert les traîtrises du langage courant. Le langage intègre de façon occulte quantité d’a-priori ; or, un champ expérimental nouveau requiert des concepts et un langage qui lui sont propres. Telle «évidence » n’est que le fruit de notre intuition et de notre perception immédiate des choses. La mécanique quantique semble se complaire à leur donner raison. Elle heurte un certain rationalisme. Il est étonnant de constater que si, à l’heure actuelle, le formalisme, l’appareil mathématique et le cadre opératoire de cette théorie sont universellement reconnus, il existe encore des débats charnés sur son interprétation et ses implications philosophiques.

Jean-Louis Basdevant et Jean Dalibard. Mécanique quantique. Cours de l’Ecole polytechnique. Février 2002.

 

 

 

L’interprétation « orthodoxe », l’école de Copenhague (Bohr, Heisenberg, Born…).

L’état d’un système quantique (particules, atomes…) est décrit par une fonction d’onde (ou vecteur d’état dans un espace mathématique de Hilbert approprié). L’équation de Schrödinger, qui permet d’établir la structure des fonctions d’onde, est parfaitement déterministe. Elle donne une description complète du système. Mais les grandeurs usuelles en mécanique classique (position, vitesse, énergie…), susceptibles d’être mesurées, ne sont pas définies.

Toute les représentations étaient auparavant déclinées en termes mécaniques : position, vitesse… Cette interprétation de la mécanique quantique oblige donc à dépasser l’obstacle du mécanicisme.

Au moment d’une « mesure », disons d’une interaction avec le système quantique, il y a « réduction » de la fonction d’onde. Alors les grandeurs classiques évoquées plus haut obtiennent certaines valeurs dont on ne peut prévoir que la probabilité.

 

 

La notion d’état quantique physique diffère de la notion ordinaire d’état physique, qui est rapportée généralement à des grandeurs directement observables par des instruments gouvernés par les lois de la physique classique. Un état quantique n’est accessible à l’expérience qu’indirectement, mais ceci n’affecte pas la possibilité d’en avoir connaissance. Les grandeurs qui le caractérisent ne sont pas non plus directement accessibles, puisqu’elles ne sont pas à valeurs numériques. […] On peut conclure que, tout comme le concept de champ (au sens classique) s’est avéré, avec la théorie de la relativité d’Einstein, se suffire à lui-même sans support du type d’un éther mécanique, de même le concept de quanton (ou de système quantique, ou de champ quantifié) est autosuffisant, sans substance discernable, ondulatoire ou corpusculaire, sous-jacente, sans projection ou
réduction sur des concepts extérieurs à la théorie, comme, par exemple, la séparabilité locale.

Michel Paty. Interprétations et significations en physique quantique. Revue Internationale de Philosophie, Presses Universitaires de France, 2000, pp.199-242.

 

 

 

Le réalisme d’Einstein.

La physique doit traiter de l’intimité du réel, indépendamment de nous. C’est la position d’Einstein. Le hasard et les probabilités ne peuvent être érigés en principe. La mécanique quantique est donc selon lui incomplète, inachevée. Mais Einstein reconnait tout de même : “On doit admettre que ces nouvelles conceptions théoriques résultent, non pas d’un accès de fantaisie, mais de la force contraignante des faits d’expérience.” (Einstein. Fondements de la physique théorique. 1940).

 

 

B. d’Espagnat distingue soigneusement trois types de réalismes : le réalisme naïf, le réalisme proche et le réalisme mathématique. Le premier se réfère à notre expérience quotidienne où nous manions des poids et des objets étendus. Le réalisme proche est celui  de la mécanique classique où l’on parle de masse et de point matériel ; on y construit également les concepts d’énergie et d’accélération : ce sont là des idéalisations très simples des concepts de la vie quotidienne. Ce réalisme proche est celui de la mécanique classique. Ce qui est appelé réalisme mathématique est celui qui fait passer d’un réalisme proche à la considération des équations, à l’essence des choses. Ce réalisme-là n’est que mathématique, et l’un de ses défenseurs les plus ardents fut Einstein. L’essence des réalités est donc alors considérée comme proprement mathématique.

Jean-Dominique Robert. Approches des positions de Bernard d’Espagnat dans l’ouvrage Une incertaine réalité.

 

Le problème de la réalité physique se propose en premier lieu: il est inséparablement problème de la nature de cette réalité et problème de sa représentation. Pour les physiciens quantiques ‘orthodoxes’, il se confond avec la question de l’observation et de la mesure.  Einstein veut montrer, au contraire, que la réalité physique peut être pensée, et donc décrite, indépendamment de l’acte de mesure. […]

Le problème de la réalité physique et de l’observation constitue l’enjeu fondamental du débat entre Einstein d’un côté, Niels Bohr, Max Born et l’‘école orthodoxe’ de l’autre. La mise en évidence du concept de non séparabilité locale s’est imposée, à la lumière des développements ultérieurs, comme le résultat le plus tangible de ce débat du point de vue physique: dans les conditions de la physique quantique, la réalité physique est ‘non séparable localement’, et la mécanique quantique rend bien compte de cette propriété. […]

Mais la revendication d’Einstein concernant la réalité des systèmes physiques séparables localement ne doit pas être confondue avec les tentatives effectuées par ailleurs en vue de restaurer le déterminisme et la causalité. La nature probabiliste de la mécanique quantique semble impliquer que c’est seulement à partir de données statistiques que l’on peut reconstituer les propriétés de systèmes individuels; cette situation est inverse de celle de la physique classique, où les comportements d’ensembles statistiques sont au contraire déduits des comportements individuels, comme l’ont remarqué aussi bien Einstein que des partisans de l’interprétation orthodoxe, en matière de constatation d’un état de fait. C’est précisément dans la perspective de revenir à une situation plus traditionnelle à cet égard, et
de restaurer, dans le domaine quantique, un déterminisme et une causalité au sens classique, en considérant la possibilité de décrire les systèmes physiques d’une façon qui ne soit pas seulement probabiliste, que les ‘théories à variables cachées’ ont été proposées par divers auteurs comme alternatives à la mécanique quantique.

Michel Paty. Albert Einstein, David Bohm et Louis de Broglie sur les variables cachées de la mécanique quantique. La Pensée, 1993, p.93-116.

 

 

[…] Cette théorie [de la décohérence] tente d’expliquer pourquoi les objets macroscopiques ont un comportement classique, tandis que les objets microscopiques, atomes et autres particules, ont un comportement quantique. Elle fait intervenir « l’environnement », constitué de tout ce qui baigne les objets, par exemple l’air dans lequel ils se propagent ou, si l’on fait le vide, le rayonnement ambiant. C’est l’interaction avec leur environnement qui fait très rapidement perdre aux objets macroscopiques leurs propriétés quantiques. L’environnement agit, en somme, comme un observateur qui mesure les systèmes en permanence, ce qui élimine toutes les superpositions à l’échelle macroscopique. Ce processus de décohérence a pu être saisi au vol : plusieurs expériences récentes ont permis d’explorer, pour la première fois, la transition entre comportements quantique et classique. On commence ainsi à comprendre comment la décohérence peut protéger le caractère classique du monde macroscopique. Un siècle après la conférence de Max Planck [concernant le corps noir], les problèmes de fond posés par Bohr, Heisenberg, Einstein, Schrödinger ou Pauli restent d’actualité, mais on dispose pour les traiter de davantage de résultats et d’arguments. Plusieurs systèmes épistémologiques essaient d’intégrer ces nouvelles donnes. On pourrait évoquer la thèse du réel voilé de Bernard d’Espagnat, le solipsisme convivial de Hervé Zwirn, le réalisme physique de Michel Paty ; et, de façon plus diffuse, le réalisme ouvert, l’antiréalisme, l’empirisme, l’opérationnalisme, le phénoménalisme ; enfin, l’idéalisme, lui-même divisé en idéalisme radical et idéalisme modéré, les deux pouvant être plus ou moins kantiens… Ce pluralisme peut sembler encombrant, mais il a au moins l’avantage d’être plus fécond que les glaciations doctrinales ou les crispations idéologiques. Il faut simplement souhaiter que les partisans d’un réalisme fort n’érigent pas en dogme absolu le principe selon lequel le réel serait totalement intelligible et, pour faire bonne mesure, que les positivistes radicaux ne condamnent pas l’idée que cela a un sens de se préoccuper du réel, sous prétexte que cette idée serait bassement métaphysique.

Etienne Klein. La physique quantique et ses interprétations.

https://www.cairn.info/revue-etudes-2001-5-page-629.htm