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Mécanique Quantique et
philosophie
Dissoudre quelques Paradoxes
Plan
1. La philosophie et les “mystères” de la
mécanique quantique
2. Retour sur une question historique :
-
La dualité onde-corpuscule
3. La décohérence: sur trois interprétations
4. L’Information Quantique: au-delà de la
dualité sujet-objet
Variétés de de “Mystères” en Physique
Quantique
Roger Penrose: 1) Puzzles et 2) Paradoxes: « Z-mysteries and Xmysteries » (Shadows of the Mind, p. 237)
Définition et exemples
- Z: “Expérimentalement corroborés”, “Vérités quantiques
sur le monde où nous vivons”, “ Choses auxquelles nous
pourrions nous habituer et finir par accepter comme
naturelles”
Type: Corrélations EPR
-X: “(…) philosophiquement inacceptables (…) surgissent
parce que la MQ est une théorie incomplète”
Type: Paradoxe du chat de Schrödinger (superposition
macroscopique)
Le rôle de la philosophie
D’abord, quelle espèce de philosophie?
Spéculative: Formuler en langage ordinaire une image
(métaphysique) du monde qui rende raison de nos
pratiques ordinaires et de la forme de nos théories
scientifiques.
Critique: “La philosophie (…) est une lutte contre la
fascination qu’exercent sur nous les formes
d’expression” (Wittgenstein, Cahier bleu)
Une libre généralisation de la définition de Wittgenstein:
‘La philosophie des sciences est une lutte contre la
fascination que d’anciens modes de théorisation
exercent sur nous’
Dissiper les fascinations
Chaque « mystère » de Penrose est conditionné par au
moins une de ces “fascinations” dont la philosophie
a pour but de nous libérer
-
Le « mystère » des corrélations EPR est lié à une fascination pour le
mode classique de théorisation
• Connecter les phénomènes spatio-temporels par le biais de processus euxmêmes spatio-temporels
- Une part du « mystère » du chat de Schrödinger est lié à une
fascination pour le langage et/ou le mode de théorisation classiques
• Le mot “état” et le mode de théorisation probabiliste
Les corrélations EPR et le mode classique de théorisation
-
En physique classique, prédire un phénomène qui apparaît dans
l’espace-temps exige la description de processus spatio-temporels
intermédiaires (trajectoires, ou évolutions de champs).
• Expliquer les phénomènes signifie habituellement utiliser une version
inversée dans le temps des processus spatio-temporels prédictifs.
-
En physique quantique, les phénomènes spatio-temporels sont prédits
au moyen d’un formalisme pré-probabiliste qui se déploie dans un
espace de Hilbert. Ce formalisme prédit indifféremment des valeurs
d’observables locales ou globales (d’où les corrélations). Ces
prédictions ne sont que secondairement connectées à travers l’espacetemps.
• Comment expliquer les corrélations dans ce cas? Les deux types
d’explications standard (causes communes ou signaux) comprennent des
processus spatio-temporels.
Le paradoxe du chat et le langage
classique
Le mot “ETAT”.
• Phrase 1: “Après la préparation de Schrödinger, le chat est dans
l’ETAT:
2-1/2(vivant mort ”
• Phrase 2: “On trouve expérimentalement que le chat est soit dans
l’ETAT « vivant » soit dans l’ETAT « mort »”.
Sans le mot commun “état”, les deux phrases ne se contrediraient pas
• B. Van Fraassen (Quantum Mechanics, An Empiricist View).
o Etat dynamique= “Comment le système évoluerait s’il était
isolé”
o Etat de valeur= “Quelles observables ont une valeur, et
quelle est cette valeur”
Paradoxe du Chat 2: Le mode de
théorisation
• “Quelle est la solution du problème de la mesure?
Je dis que c’est celle-ci: lorsqu’on mesure X avec
des états propres xile résultat xi est observé
avec la probabilité:
xi , où est l’état initial. C’est ce à quoi
nous en revenons, et cela conviendra aussi comme
point de départ” (S. Saunders, 1994)
• Bien sûr, il s’agit là d’une dissolution, pas d’une
solution du problème de la mesure
Le paradoxe du chat 3: Le noyau
résiduel du problème de la mesure
 L’accord mutuel du langage de la
prédiction et du langage de ce à propos
de quoi est faite la prédiction.
 P. Mittelstaedt: accord mutuel entre la
théorie (quantique) et sa méta-theorie.
Retour à l’histoire:
La “Révolution Quantique”
 Planck: La théorie quantique est un « explosif
puissant et dangereux pour nos concepts
physiques »
 Heisenberg: « Le changement de concept de
réalité qui se manifeste dans la théorie quantique
n’est pas qu’un prolongement du passé; il semble
être une rupture réelle dans la structure de la
science moderne »
 Schrödinger: « Nos idées sur la matière ont changé
de manière radicale durant les 50 dernières
années »
De quoi est faite la “Révolution
quantique”?

Quatre composantes, ou quatre conceptions, de
cette révolution:
1) Introduction d’une discontinuité « quantique » dans
l’espace des états des objets microscopiques
2) Dualité onde-corpuscule
3) Probabilités, Indéterminisme, Incertitudes etc.
4) D’une vision statique de l’objectivité à une
conception dynamique de l’objectivation. La
contextualité.

Contextualité and objectivation (point 4) soustendent les moments révolutionnaires 1-3
La dualité onde-corpuscule réévaluée
1. Einstein 1905-1911

Einstein 1905: Dans le rayonnement électromagnétique, “l’énergie n’est pas
distribuée uniformément sur des régions de plus en plus vastes de l’espace
mais est constituée d’un nombre fini de quanta d’énergie localisés”
 Einstein 1909: “L’étape suivante en physique théorique nous fournira une
sorte de fusion de la théorie ondulatoire avec la théorie de l’émission
(corpusculaire)”. “Je tends à imaginer ces points singuliers comme s’ils étaient
entourés d’un champ de forces ayant essentiellement la nature des ondes
planes, mais possédant une amplitude qui décroît avec la distance à l’égard de
ces points”
 Einstein 1910: “Peut-on réconcilier les quanta d’énergie avec le principe de
Huyghens? Cela semble impossible, mais Dieu semble avoir trouvé une
astuce!”
 Einstein 1911: (Congrès Solvay): “J’insiste sur le fait que cette conception
(des quanta de rayonnement électromagnétique) est provisoire, puisqu’elle ne
semble pas pouvoir être réconciliée avec les conséquences expérimentales de
la théorie ondulatoire”
La dualité onde-corpuscule réévaluée.
2. L. de Broglie 1923-1924
La dualité onde-corpuscule réévaluée. 2. L. de Broglie 1923-1924
La dualité onde-corpuscule réévaluée.
3. E. Schrödinger 1925-1926

E. Schrödinger 1926: “Les règles usuelles de quantification peuvent être remplacées par
une autre condition dans laquelle la mention de ‘nombres entiers’ ne figure même pas.
Au lieu de cela, les nombres entiers apparaissent de la même manière naturelles que
ceux qui spécifient le nombre de modes sur une corde vibrante”
Quel est le statut des ondes de de Broglie?
1.
2.
Une partie du monde réel, inextricablement associée aux
corpuscules (de Broglie et Bohm, théorie de l’onde Pilote)
La totalité du réel, puisque les phénomènes d’allure corpusculaire
peuvent être décrits par des paquets d’ondes (Schrödinger 1926);
Mais les paquets d’ondes se dispersent, sauf dans le cas des
oscillateurs harmoniques.
(Everett: Théorie interprétée sur le mode de Schrödinger. Décoherence: voir
H.D. Zeh, 1993 “There are no particles nor are there quantum jumps!”)
3.
Un outil mathématique pour calculer les probabilités de trouver des
particules réelles ici ou là (Born 1926)
Ondes: réalité, demi-réalité, sans réalité
Corpuscules: sans réalité, demi-réalité, réalité
Aucune de ces trois interprétations n’est pleinement acceptable ni ne peut
se réserver l’exclusivité.
Sur une “preuve” de l’existence des ondes de de Broglie
Davisson et Germer
(1927): Figures de
Diffraction de flux
d’électrons.
“Elles ont fourni la
confirmation la plus simple
possible de l’hypothèse de
de Broglie sur le caractère
ondulatoire des particules de
matière” (Kramers)
“Elles ont prouvé que les ondes
de de Broglie ont une réalité
physique” (Gamow)
Mais cela “prouve-t-il” la
nature ondulatoire de quoi
que ce soit, voire la réalité
des ondes?
Preuves et Sous-détermination
 Pour prouver l’existence d’une entité par une expérience,
on se base sur une “inférence vers la meilleure explication
(d’un résultat expérimental)”
 Mais:
•
Sur le plan logique, cela n’est pas suffisant. Une véritable preuve
demanderait une “inférence vers la seule explication possible”.
• Sur le plan épistémologique, c’est généralement faux en raison de
la sous-détermination des théories par l’expérience. Plusieurs
théories, et plusieurs interprétations de ces théories, peuvent rendre
raison des mêmes données.
Explications alternatives (1)
 Une explication alternative de la distribution d’aspect
ondulatoire des impacts (figures de diffraction-interférence)
• Duane (1923), Bohm (1951), Landé (1961): La distribution angulaire
d’aspect ondulatoire des particules peut être expliquée en supposant que
l’échange de quantité de mouvement entre particules incidentes et réseau
de diffraction est quantifiée.
• Discussion par Bohm (1951): “Etant donné que nous pouvons expliquer
l’expérience de Davisson-Germer à l’aide de la théorie de BohrSommerfeld, nous pourrions être tentés de ne pas franchir un pas aussi
radical que d’affirmer que les électrons ont certaines propriétés des ondes”.
Mais ce doute sur l’existence des « ondes de matière » est vite étouffé: les
théories ondulatoires sont plus générales que les conditions de
quantification de Bohr-Sommerfeld.
 Plus général encore : un theorème sur la contextualité
• Remarque: L’explication de Duane-Bohm-Landé n’implique pas seulement
les propriétés des particules incidentes, mais aussi leur interaction avec le
contexte expérimental (le réseau de diffraction).
• Un formalisme probabiliste capable de rendre raison de phénomènes
relatifs à des contextes mutuellement exclusifs, prédit des distributions
d’allure ondulatoire (J.L. Destouches, P. Destouches-Février, 1939)
Explications alternatives (2)
Compton 1923. On ne rend pas raison de la diffusion des rayons X
sur un flux d’électrons, si les rayons X sont décrits comme des
ondes et les électrons comme des particules. Mais on y arrive si
les rayons X sont (aussi) décrits comme des particules obéissant
au principe de conservation de la quantité de mouvement. ‘Par
conséquent’, les rayons X sont des particules (?)
 Explications alternatives de la diffusion de Compton
• Schrödinger 1927. La diffusion de Compton est prise en
compte si les ondes électromagnétiques du rayonnement X
traversent un réseau de diffraction fait d’ondes Psi
électroniques. ‘Par conséquent’, les rayons X sont des
ondes (?)
• Mécanique quantique standard. Vecteur d’état intriqué du
système Rayons X + électron. La conservation de la quantité
de mouvement est automatiquement assurée (L’opérateur
d’évolution commute avec l’opérateur quantité de
mouvement)
 Généralisation
• Kidd, Ardini, Anton, Strnad (1985-1986). Toute
description incorporant les lois de conservation rend raison
de l’effet Compton.
• Les ontologies sont indéterminées, pas les structures
Interpréter la Décohérence
 U. Mohrhoff (2000) “ La décohérence n’est
pas un élément pour une stratégie
interprétative. Elle est un phénomène
physique prévu par la mécanique quantique,
et en quête d’interprétation comme le reste
de la mécanique quantique”.
 Deux interprétations dominantes: réalisme
et empirisme… ou un mélange des deux.
 Une interprétation alternative:
l’interprétation néo-kantienne.
Une interprétation
réaliste de la décohérence
 Le vecteur d’état est conçu comme la représentation d’une
caractéristique intrinsèque des systèmes physiques
appelée leur “état”
 Le but de la décohérence est de montrer que la structure
des états quantiques implique la structure macrospique qui
est observée au laboratoire et dans la vie ordinaire
 Selon cette interprétation, la décohérence accomplit rien
moins que déduire les apparences classiques à partir
d’une réalité quantiques.
 Kant 1770 (avant la Critique de la raison pure!): Nos sens
nous montrent les choses telles qu’elles apparaissent,
tandis que la raison représente les choses telles qu’elles
sont.
Trois problèmes Pour une
interprétation réaliste de la
Décohérence
1. Persistance et récurrence de termes
d’interférence
2. Pas de vrai mélange statistique, seulement
un mélange impropre (d’Espagnat). Donc,
pas de vraie “réduction de l’état” (Sans parler
du problème et/ou!)
3. Qu’elle est l’origine de l’hypothèse que
l’univers est divisé en sous-systèmes? Une
origine classique! Il y a là un cercle délétère
pour la lecture réaliste de la décohérence
Une interprétation empiriste de la
décohérence
 Les vecteurs d’état ne représentent pas une
réalité plus profonde que les faits qu’ils
permettent de prédire. Ils sont seulement des
outils d’évaluation des probabilités des
phénomènes contextuels
 La décohérence décrit comment une
approximation de la forme standard,
kolmogorovienne, des probabilités, émerge
de la forme quantique des probabilités (du
contextuel au non-contextuel )
 Ici, l’environnement classique n’est pas du
tout une pure apparence. Il est la seule
réalité, la réalité factuelle!
Retour sur les trois problèmes de
la décohérence
 La persistance de petits termes d’interférence signifie
seulement que le détachement des systèmes vis-à-vis de
leur environnement est une idéalisation
 Puisque la théorie quantique n’est qu’un genre particulier
de formalisme probabiliste, il est absurde de penser qu’elle
puisse sélectionner d’elle-même un résultat donné.
 La circularité n’est pas choquante pour un empiriste. On
ne peut pas éviter de partir de faits mésoscopiques
tangibles pour élaborer une théorie physique. La seule
condition à imposer à la théorie est d’être compatible avec
cette réalité tangible qui a été prise comme son point de
départ naturel.
 S’agit-il là d’une explication?
Une interprétation néo-kantienne de la
décohérence
 Dans un cadre néo-kantien, ce qui est réel n’est ni un
universel formel, ni des particuliers factuels pris à part,
mais le processus même de leur définition mutuelle
• Les empiristes ont raison quand ils suggèrent que l’organisation classique
du monde macroscopique est une pré-condition du formalisme quantique
(Si ce n’était pas le cas, nul ne pourrait dire sur quoi portent les
évaluations probabistes de la MQ!)
• Les réalistes ont raison d’affirmer que la signification même des faits leur
est conférée par le formalisme qui les ordonne
 Mais un philosophe néo-kantien est aussi peu attiré par le
biais empiriste que par le biais réaliste. Selon lui, le
contenu ne peut pas plus être rendu indépendant de la
forme que la forme ne peut être dérivée du contenu.
 Pour paraphraser Kant, Les faits sans formalismes sont
aveugles et les formalismes sans faits sont vides
Un regard néo-kantien sur les trois problèmes
de la décohérence
 Les deux premières difficultés de la lecture réaliste de la
décohérence sont dissoutes à la manière empiriste. Qu’en est-il de la
troisième?
 Selon un philosophe néo-kantien, Les faits ne sont pas plus réels
que les formes et les formes pas plus réelles que les faits
 La décohérence prouve la validité de l’une des deux étapes de la
dialectique constitutive par laquelle faits et formalismes sont
mutuellement définis dans le paradigme quantique.
 La décohérence au sens néo-kantien ne se réduit pas à une preuve
de non-contradiction. Elle montre comment faits et formalismes se
façonnent l’un l’autre de manière cohérente.
 Au sens de causalité, ou de dérivation linéaire, la décohérence
n’explique pas l’organisation classique des faits. Mais au sens de
relations de définition mutuelle, la décohérence, prise avec le
mouvement réciproque d’élaboration du formalisme à partir du
principe de correspondance sur les observables, est explicative.
Sur quelques phrases de Joos (1999)
 “La décohérence résout-elle le problème de la mesure ?
Certainement pas. A une étape ou à une autre nous devrons encore
appliquer les règles probabilistes habituelles de la théorie quantique.
Elles sont par exemple cachées dans les matrices densité”
 “Les propriétés classiques locales sont expliquées par les
caractéristiques non-locales des états quantiques”
 “La décohérence explique pourquoi certains objets microscopiques
(les ‘particules’) semblent être localisées dans l’espace
 Il n’existe pas de particules”
 “La décohérence explique pourquoi les systèmes microscopiques
sont habituellement trouvés dans leurs états propres d’énergie (et
semblent donc sauter entre eux)
 Il n’existe pas de sauts quantiques”
L’information comme Interface
 Zeilinger, 2003: “Tout prédicat que nous pourrions attribuer à
un système quantique, en nous basant toujours sur
l’observation de propriétés de l’appareil classique utilisé,
représente notre connaissance, ou information, sur le
système, telle que nous l’avons obtenue par
l’expérimentation”.
• Information = Connaissance-sur-un-système (sans séparation)
• L’information est Relationnelle; elle n’est ni une reproduction
de la nature, ni une création des observateurs
 Heisenberg, 1956: “La science de la nature ne décrit ni
n’explique simplement la nature; elle est une partie du rapport
entre la nature et nous-mêmes; elle décrit la nature en tant
qu’exposée à notre méthode d’interrogation”.
 Les termes de la relation cognitive devraient et pourraient être
redéfinis en termes d’information
 Zeilinger, 2003: “Le système le plus simple représente
seulement un bit d’information. Pour nous, un système est
une construction basée sur l’information”.
Le cercle des théories et des métathéories
 Une théorie physique requiert une métathéorie. Exemple: La
mécanique quantique fournit des probabilités à propos d’événements
expérimentaux. L’énoncé des événements expérimentaux utilise un
langage métathéorique.
 Le niveau métathéorique n’est pas un fondement absolu de la théorie.
Il représente seulement un rôle qui doit être tenu.
 Grinbaum 2004: Le cercle de la théorie physique et de sa métathéorie
La MQ à partir d’axiomes sur l’information

Wheeler (1988) a été le premier à formuler le programme consistant à
dériver le formalisme quantique à partir de principes informationnels.
 Josza : ”Placer la notion d’information à un niveau primaire et
fondamental dans la formulation de la physique quantique”
 Axiome 1 :
 Rovelli: ”Il existe une quantité maximale d’information pertinente qui
peut être extraite d’un système.”
 Fuchs:”Il y a une information maximale à propos d’un système.”
 Brukner et Zeilinger: ”Le contenu d’information d’un système quantique
est fini”
 Axiome 2 :
 Rovelli: ”Il est toujours possible d’acquérir de l’information nouvelle sur
un système.”
 Fuchs: ”Il y a toujours des questions que nous pouvons poser au sujet
d’un système mais dont nous ne pouvons pas prédire les résultats.”
 Brukner and Zeilinger: Enoncer qu’il y a des propositions mutuellement
complémentaires; et que le contenu total d’information du système est
invariant sous un changement de l’ensemble des propositions
mutuellement complémentaires.
 Et quelques autres axiomes
Grinbaum arXiv:quant-ph/0306079. Bub et al. 2001
Conclusions
 Pas d’‘Etats’. Pas de particules. Pas
d’ondes. Pas de fondement absolu (ni
formel ni factuel)
 PAS DE PARADOXES
 …Mais quelle thérapeutique de choc!
 Wittgenstein: “Le traitement
philosophique d’une question est
comme le traitement d’une maladie”
 Chaque révolution en physique
implique une nouvelle conception de
ce qu’est la physique, pas (seulement)
de la nature