Th`ese Thomas Boyer La pluralité des interprétations d`une théorie

Universit´ e de Paris 1 Panth´ eon-Sorbonne
Th` ese
pour l’obtention du grade de docteur en Philosophie
de l’Universit´e de Paris 1 Panth´eon-Sorbonne
pr´esent´ee et soutenue publiquement
le 2 d´ecembre 2011 par
Thomas Boyer
La pluralit´e des interpr´etations
d’une th´eorie scientifique :
le cas de la m´ecanique quantique
Sous la direction de Jacques Dubucs et d’Anouk Barberousse
Membres du Jury :
Anouk Barberousse professeure `a l’Universit´e de Lille 1
Jacques Dubucs directeur de recherches au CNRS, IHPST (Paris 1, ENS, CNRS)
Alexandre Guay maˆıtre de conf´erences `a l’Universit´e de Bourgogne
Franck Lalo¨ edirecteur de recherches au CNRS, LKB (ENS, CNRS)
St´ephanie Ruphy maˆıtre de conf´erences HDR `a l’Universit´e de Provence
Rapporteurs :
Philip Kitcher (professeur `a l’Universit´e de Columbia, New-York) et St´ephanie Ruphy
Ann´ee 2011

Sommaire
Remerciements 7
Introduction 9
I Les interpr´etations de la m´ecanique quantique 15
1 Interpr´eter une th´eorie scientifique 19
Introduction................................... 19
1 L’interpr´etation en logique et en math´ematiques . . . . . . . . . . . . 20
2 L’interpr´etation d’une th´eorie physique . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1 Difficult´es de l’interpr´etation d’une th´eorie physique . . . . . . 23
2.2 ` A quoi sert une interpr´etation ? . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 D´efinition d’une interpr´etation : un aper¸cu historique . . . . . 28
2.4 Une proposition : l’interpr´etation d’une th´eorie physique fournit
uneimagedumonde ....................... 31
2.5 Quelques questions g´en´erales sur l’interpr´etation d’une th´eorie 35
Conclusion.................................... 38
2 Pr´esentation de plusieurs interpr´etations quantiques 41
Introduction................................... 41
1 L’interpr´etation orthodoxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.1 L’interpr´etation orthodoxe contemporaine des manuels . . . . 44
1.2 Le probl`eme de la mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
1.3 Une interpr´etation orthodoxe minimale . . . . . . . . . . . . . 54
1.4 L’interpr´etation historique de Copenhague . . . . . . . . . . . 57
1.5 Conclusion............................. 60
2 L’interpr´etation de Bohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.1 Pr´esentation g´en´erale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.2 Formulation de la m´ecanique bohmienne . . . . . . . . . . . . 63
2.3 L’image bohmienne du monde . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3 L’interpr´etation des mondes multiples d’Everett . . . . . . . . . . . . 67
3.1 Formulation de la th´eorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.2 L’image everettienne du monde . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.3 Conclusion de la pr´esentation des diff´erentes interpr´etations . 72

4 En quel sens ces interpr´etations sont-elles ´equivalentes ? . . . . . . . . 72
4.1 Des pr´edictions probabilistes, `a partir d’une mˆeme fonction d’onde 75
4.2 La r´eduction de la fonction d’onde entraˆıne-t-elle une diff´erence
pr´edictive? ............................ 77
4.3 Des pr´edictions `a propos de faits diff´erents . . . . . . . . . . . 83
4.4 Une ´equivalence empirique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.5 Conclusion sur l’´equivalence entre les interpr´etations . . . . . 89
Conclusion.................................... 89
3 Diff´erentes conceptions de ce que sont les interpr´etations quantiques 91
Introduction................................... 91
1 Les interpr´etations quantiques selon la conception syntaxique des th´eories 92
1.1 Pr´esentation de la Conception Dominante . . . . . . . . . 92
1.2 La Conception Dominante permet-elle de rendre compte de la
th´eorie de la m´ecanique quantique et de sa pluralit´e d’interpr´e-
tations? .............................. 98
1.3 Pr´esentation de la conception de Nagel . . . . . . . . . . . . . 106
1.4 La conception de Nagel permet-elle de rendre compte de la
pluralit´e des interpr´etations quantiques ? . . . . . . . . . . . . 109
2 Les interpr´etations quantiques selon la conception s´emantique des th´eo-
ries..................................... 112
2.1 Pr´esentation de la conception s´emantique des th´eories . . . . . 113
2.2 La conception s´emantique permet-elle de rendre compte de la
m´ecanique quantique et de sa pluralit´e d’interpr´etations ? . . . 118
Conclusion.................................... 122
II La pluralit´e des interpr´etations quantiques d’un point
de vue pratique 123
4 Les interpr´etations quantiques dans la pratique scientifique 127
Introduction................................... 127
1 Comment la pratique scientifique peut d´ependre de l’interpr´etation
quantique ................................. 129
1.1 Le langage et les ´enonc´es accept´es . . . . . . . . . . . . . . . . 131
1.2 Les questions significatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
1.3 Motifs d’explication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
1.4 Les informateurs cr´edibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
1.5 Exp´erimentation et observation . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
1.6 La notion de pratique sugg´er´ee par une interpr´etation . . 145
1.7 Existe-t-il une pratique interpr´etativement neutre ? . . . . . . 146
2 Les divers rˆoles en pratique d’une interpr´etation dans la recherche . . 150
2.1 Dans la production d’un travail . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
2.2 Dans la publication d’un travail . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
2.3 Formalisation ........................... 153

3 La pluralit´e des interpr´etations dans la pratique scientifique . . . . . 154
3.1 Exemples dans le domaine du calcul quantique . . . . . . . . . 155
3.2 Exemples dans le domaine des fondements de la m´ecanique
quantique : autour de la question des variables cach´ees . . 158
3.3 Exemples de travaux en collaboration . . . . . . . . . . . . . . 160
3.4 L’interpr´etation utilis´ee dans la publication . . . . . . . . . . . 161
Conclusion.................................... 163
5 L’unit´e de la m´ecanique quantique d’un point de vue pratique 165
Introduction................................... 165
1 L’unit´e en pratique de la m´ecanique quantique selon Kitcher (1993) . 169
1.1 La pratique consensuelle selon Kitcher . . . . . . . . . . . 170
1.2 Quelle est la pratique scientifique consensuelle en m´ecanique
quantique? ............................ 171
1.3 Remarques sur l’unit´e en m´ecanique quantique selon Kitcher . 177
2 Proposition d’une unit´e fond´ee sur une relation de f´econdation entre
lestravaux................................. 181
2.1 Les limites d’une conception de l’unit´e fond´ee sur un consensus 182
2.2 D´efinition d’une relation de f´econdation . . . . . . . . . . . . . 185
2.3 D´efinition d’une unit´e par la f´econdation . . . . . . . . . . . . 188
2.4 Commentaires sur cette notion d’unit´e par la f´econdation . . . 191
3 L’unit´e par la f´econdation de la m´ecanique quantique . . . . . . . . . 196
3.1 La compr´ehension et la r´eutilisation des articles . . . . . . . . 197
3.2 Exemples de relations de f´econdation avec des interpr´etations
diff´erentes............................. 198
Conclusionduchapitre............................. 205
III La pluralit´e des interpr´etations : une approche norma-
tive par l’´epist´emologie sociale 207
6 Les scientifiques devraient-ils partager leurs d´ecouvertes interm´e-
diaires ? 213
Introduction................................... 213
1 D´efinition et exemples de r´esultats interm´ediaires . . . . . . . . . . . 215
2 Quelques explications possibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
3 Un mod`ele de recherche s´equentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
3.1 Un mod`ele formel, en ´epist´emologie sociale . . . . . . . . . . . 221
3.2 Pr´esentation du mod`ele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
4 R´esultatsdumod`ele ........................... 227
4.1 Ce que la soci´et´e veut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
4.2 Cas du mod`ele avec l’hypoth`ese de temps fini . . . . . . . . . 227
4.3 Cas du mod`ele avec l’hypoth`ese de chaˆıne finie . . . . . . . . . 229
4.4 Quand devrait-on ne pas publier les ´etapes interm´ediaires ?
Deux modifications du mod`ele. . . . . . . . . . . . . . . . . . 230