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Qu’est-ce que l’école de Copenhague de la physique ? - Matière et Révolution
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Qu’est-ce que l’école de Copenhague de la physique ?

mardi 17 novembre 2015, par Robert Paris

Niels Bohr, le fondateur de l’Ecole de Copenhague de la physique

« Les deux vues sur la nature de la lumière doivent plutôt être considérées comme des tentatives différentes d’interpréter la preuve expérimentale en termes de l’expression, suivant des voies complémentaires, de la limitation des concepts classiques. »

« Quantum Theory and measurement », Bohr, Wheeler et Zurek

Le face à face Bohr-Einstein

Le physicien Léon Lederman :

« On raconte que nombre des discussions entre Bohr et Einstein se sont déroulées lors de promenades en forêt. Je peux imaginer ce qui s’est passé lorsqu’ils sont tombés nez à nez avec un ours énorme. Bohr a immédiatement tiré de son sac une paire de chaussures de course Reebok à 1500 francs et a commencé à les enfiler. Einstein : « Que faites-vous, Niels ? Vous savez bien que vous ne pouvez pas battre un ours à la course ? » « Oh, je n’ai pas besoin de battre l’ours, cher Albert, répondit Bohr. Je n’ai besoin que de vous battre. »

Niels Bohr a fait d’énormes efforts pour entraîner Albert Einstein dans son sillage, sans le moindre succès… Bohr et Einstein bavardant sans fin...

Rappelons que le positivisme en physique (représenté dans la physique quantique par l’école de Copenhague) a consisté à dire que l’on ne peut qu’étudier les phénomènes et en déduire des règles probabilistes, mais pas décrire ce qui se passe dans la réalité, laquelle est sujette à caution. L’expérience ne nous dirait rien, selon cette thèse, sur la réalité de la matière. Par exemple, si nous détectons un électron, cela ne veut pas dire qu’il y aurait un électron si on ne faisait pas ce qu’il faut pour le détecter !!!! C’est une remise en cause fondamentale de la possibilité de comprendre le monde….

Le physicien quantique Werner Heisenberg explique que c’est la séparation radicale entre l’« objet » et l’observateur à travers ses appareils de mesure qui est illusoire :

« En physique classique, la science partait de la croyance - ou devrait-on dire de l’illusion ? - que nous pouvons décrire le monde sans nous faire en rien intervenir nous-mêmes. [...] La théorique quantique ne comporte pas de caractéristiques vraiment subjectives, car elle n’introduit pas l’esprit du physicien comme faisant partie du phénomène atomique ; mais elle part de la division du monde entre « objet » et reste du monde, ainsi que du fait que nous utilisons pour notre description les concepts classiques. Cette division est arbitraire. »

Le physicien quantique Werner Heisenberg expose ainsi ce retour philosophique à Kant dans « La partie et le tout, le monde de la physique atomique » :

« Mécanique quantique et philosophie de Kant »

« Le cercle de collaborateurs que je m’étais créé à Leipzig s’élargit rapidement au cours des années. (…) Le suisse Félix Bloch apportait des résultats permettant de comprendre les propriétés électriques des métaux ; le Russe Landau et l’Allemand Peierls discutaient des problèmes mathématiques de l’électrodynamique quantique ; Friedrich Hund mettait au point la théorie de la liaison chimique ; Edward Teller calculait les propriétés optiques des molécules. Carl von Weizsäcker, alors âgé de dix-huit ans, vint également adhérer à ce groupe. Pour sa part, il apportait une note philosophique aux discussions ; bien qu’il étudiât la physique, on sentait que, à chaque fois que les problèmes physiques traités dans notre séminaire débouchaient sur des problèmes de philosophie ou de théorie de la connaissance, il écoutait avec une attention toute particulière, et participait alors à la discussion avec beaucoup de passion. L’occasion d’avoir de nombreuses discussions philosophiques se présenta en particulier un ou deux jours plus tard, lorsqu’une jeune philosophe, Grete Hermann, vint nous rejoindre à Leipzig ; elle désirait en effet discuter avec les physiciens atomistes de leurs affirmations philosophiques – affirmations que, de prime abord, elle jugeait fausses. Grete Hermann avait étudié et travaillé sous la direction du philosophe Nelson à Göttingen ; là-bas, elle avait reçu une formation basée sur les schémas de pensée de la philosophie kantienne telle qu’elle avait été interprétée par le philosophe et naturaliste Fries au début du 19ème siècle. C’était l’une des exigences de l’école de Fries – et par conséquent aussi celle de Nelson – que les réflexions philosophiques devaient avoir le même degré de rigueur que celui exigé par les mathématiques modernes. Effectivement, Grete Hermann pensait être en mesure de prouver en toute rigueur que la loi de causalité – dans la forme que lui avait donnée Kant – devait rester entièrement valable. La nouvelle mécanique quantique, cependant, remettait tout de même en question, dans une certaine mesure, cette forme de la loi de la causalité ; et c’est sur ce point que la jeune philosophe était décidée à mener le combat jusqu’au bout. La première discussion qu’elle eut à ce sujet, avec Carl von Weizsäcker et moi-même a pu commencer par la remarque suivante : « Dans la philosophie de Kant, la loi de causalité n’est pas une affirmation empirique qui pourrait être soit justifiée soit réfutée par l’expérience ; elle est au contraire la condition de toute expérience, elle fait partie de ces catégories de pensée que Kant appelle « a priori ». En effet, les impressions sensorielles qui nous sont communiquées par le monde extérieur ne constitueraient qu’un ensemble subjectif de sensations, auxquelles ne correspondrait aucun objet, s’il n’existait pas une règle en vertu de laquelle les impressions résultent d’un processus qui les a précédées. Cette règle, à savoir la connexion univoque entre la cause et l’effet, doit donc être admise a priori si l’on veut affirmer que l’on a éprouvé ou expérimenté quelque chose, que ce soit un objets ou un processus. D’un autre côté, la science traite d’expériences, et précisément d’expériences objectives ; seules les expériences qui peuvent également être contrôlées par d’autres, qui sont donc objectives dans ce sens précis, peuvent faire l’objet de la science. Il s’ensuit obligatoirement que toute science doit supposer la loi de causalité, et que la science ne peut exister que dans la mesure où la loi de causalité existe. Cette loi est donc en un certain sens l’outil de notre pensée, à l’aide duquel nous essayons de transformer le matériau brut de nos impressions sensorielles en expérience. Et ce n’est que dans la mesure où nous réussissons à effectuer cette transformation que nous possédons un objet pour notre science. Comment peut-il donc se faire que la mécanique quantique tende d’un côté à rendre moins stricte la loi de causalité, et d’un autre côté prétende encore rester une science ? »

Werner Heisenberg explique que c’est la séparation radicale entre l’« objet » et l’observateur à travers ses appareils de mesure qui est illusoire :

« En physique classique, la science partait de la croyance - ou devrait-on dire de l’illusion ? - que nous pouvons décrire le monde sans nous faire en rien intervenir nous-mêmes. [...] La théorique quantique ne comporte pas de caractéristiques vraiment subjectives, car elle n’introduit pas l’esprit du physicien comme faisant partie du phénomène atomique ; mais elle part de la division du monde entre « objet » et reste du monde, ainsi que du fait que nous utilisons pour notre description les concepts classiques. Cette division est arbitraire. »

Le fait que l’objet « en soi » est inaccessible à notre connaissance et que nous intervenons de façon active dans tout acte de connaissance était déjà au centre de la philosophie d’Emmanuel Kant. Les tenants de l’école de Copenhague vont conclure du fait que l’on n’a jamais observé quoi que ce soit indépendamment d’une mesure (soit par les cinq sens soit à travers les appareils de mesure qui en sont le prolongement) que parler de l’évolution d’un système entre des mesures n’a pas de sens.

Pour Erwin Schrödinger, qui a découvert la fonction d’onde, un outil essentiel de la nouvelle physique quantique, ce serait la fin de toute la démarche philosophique scientifique :

« Du point de vue philosophique, un verdict définitif dans ce sens (l’abandon des images intuitives de la matière et de la lumière voulue par Bohr) équivaudrait pour moi à l’obligation de déposer les armes. »

Schrödinger écrit à Bohr le 23 octobre 1926 :

« Vous dites : les mots et les concepts que l’on a utilisés jusqu’à présent ne sont plus suffisants. Ce constat ne me satisfait pas et je ne peux pas en déduire une justification pour continuer à opérer avec des concepts contradictoires. On peut bien affaiblir les énoncés en disant par exemple que l’ensemble des atomes « se comporte sous certains rapports comme si… » et « sous d’autres rapport comme si… », mais ce n’est rien d’autre, pour ainsi dire, qu’un expédient juridique qui ne peut pas être converti en un raisonnement clair. […] La seule chose que je vois vaguement devant moi, c’est le principe suivant : même si l’on échoue cent fois, il ne faut pas abandonner l’espoir d’arriver au but, je ne dis pas au moyen d’images classiques, mais par des conceptions logiquement consistantes de la vraie nature des événements spatio-temporels. »

Cité par Niels Bohr dans « Physique atomique et connaissance humaine »

Les grands fondateurs de la Physique quantique : en haut, de gauche à droite, Bohr, Einstein, Planck et en bas, de gauche à droite, Pauli, Heisenberg et Schrödinger.

Et ce n’est pas le point de vue de Bohr sur la causalité qui risquait d’entraîner l’adhésion de Schrödinger ni d’Einstein :

« La mécanique quantique est en contradiction logique avec la causalité (...) Il n’y a pas pour le moment d’occasion de parler de causalité dans la nature, parce qu’il n’y a pas d’expérience qui indique sa présence. »

Niels Bohr dans « Théorie atomique et description de la nature »

Einstein n’a nullement approuvé :

« Je n’aime pas du tout cette tendance à la mode qui consiste à coller de façon « positiviste » aux données observables. »

Albert Einstein - Lettre à Karl Popper (septembre 1935)

On a souvent été étonnés de la tenacité, sinon de l’entêtement, d’un Einstein faisant face, presque seul, contre Bohr, Heisenberg, Born, contre l’école de Copenhague et le courant dominant de la physique quantique et d’autant plus étonnés qu’Einstein lui-même avait initié ou soutenu au départ la plupart des changements radicaux de la physique quantique : discontinuité de la matière et des interactions, dualité onde/corpuscule, caractère probabiliste des lois quantiques, destruction des anciens concepts physiques liée à la notion d’action, etc.

Cependant il existait une différence profonde de conception entre Einstein et Copenhague : le réalisme de la description auquel Einstein ne comptait à aucun prix renoncer.

Pour Bohr et les adeptes de ses conceptions, les lois ne dictent pas un comportement de la nature car elles n’indiquent rien sur ce qu’est la nature mais seulement sur ce qu’elle peut faire. Si elles sont probabilistes, cela ne signifie, pour Bohr et compagnie, qu’elles indiquent une probabilité de mouvement de quelque chose car on ne peut pas dire ce qu’est ce « quelque chose » ni même s’il existerait si on n’avait pas fait l’expérience…

Selon Bohr, l’expérience perturbe tellement la réalité qu’on ne sait rien de ce qui se passait avant de la mener et c’est l’expérience elle-même qui dicterait les résultats.

Si les lois conçues par l’école de Copenhague sont probabilistes, il ne s’agit pas d’une probabilité au sens de celle résultant en thermodynamique de l’agitation sous-jacente des molécules, il ne s’agit pas d’une probabilité provenant du grand nombre d’éléments de niveau inférieur de structure produisant les phénomènes quantiques de la matière et de la lumière.

La probabilité dont parle Copenhague est une « probabilité de présence » sans qu’on puisse dire vraiment de présence de quoi !!

Quel lien entre les propriétés de type onde et celles de type corpuscule de la particule ? La version Copenhague dit qu’on ne peut pas y répondre et même qu’on ne doit pas se poser la question. Elle dit que ce n’est pas un sujet pour la physique !

Ce qu’il reste de cela, c’est une probabilité de présence qui n’a d’existence que mathématique et non réelle et qui ne fonde aucune explication de « ce qui se passe quand »…

Cette version a été retenue dans un premier temps car elle a vaincu les attaques d’Einstein et notamment son paradoxe EPR.

Mais est-ce que cela signifie que la physique quantique moderne est sur les bases philosophiques et conceptuelles de Bohr ?

Nous ne le pensons pas, l’étude du vide quantique, la quantification des champs du vide, a permis l’émergence d’un niveau sous-particulaire, celui des particules et de la lumière virtuels, niveau qui donne une interprétation du type « ce qui se passe quand » de phénomènes étranges comme l’expérience des fentes de Young.

Cela signifie que, sur les bases mêmes de la physique quantique, on peut désormais contredire les a priori limités de l’école de Copenhague.

Et Louis de Broglie ?

La physique quantique restera-t-elle indéterministe ? de Louis de Broglie

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De Broglie n’était pas enthousiaste non plus (même s’il se ralliera provisoirement) :

« On a voulu tirer de l’interprétation indéterministe et de la notion de complémentarité des conclusions bien fragiles et périlleuses, comme par exemple de mettre en relation les incertitudes de Heisenberg avec le libre arbitre humain. »

De Broglie (dans « Nouvelles perspectives en microphysique »)

Louis de Broglie, dans « Le dualisme des ondes et des corpuscules dans l’œuvre d’Albert Einstein » :

« Bientôt M. Bohr allait la résumer en introduisant la curieuse, mais un peu trouble, notion de « complémentarité » suivant laquelle le corpuscule et l’onde sont des « aspects complémentaires de la réalité » qui se complètent en s’excluant, chacun de ces deux aspects ne se manifestant dans l’expérience qu’au détriment de l’autre. En s’orientant vers de telles conceptions, on s’éloignait évidemment complètement de la représentation synthétique des corpuscules et des champs dans le cadre de l’espace et du temps qu’avait rêvée Einstein… A la fin d’octobre 1927, eut lieu, à Bruxelles, le 5 ème Conseil de Physique Solvay consacré à la Mécanique ondulatoire et à son interprétation. J’y fis un exposé de ma tentative, mais, pour diverses raisons, je le fis sous une forme un peu tronquée en insistant principalement sur l’image hydrodynamique. Mon rapport ne fut guère goûté : groupés autour de MM. Bohr et Born, le groupe très actif des jeunes théoriciens qui comprenait MM. Pauli, Heisenberg et Dirac étaient entièrement acquis à l’interprétation purement probabiliste dont ils étaient les auteurs. Quelques voix s’élevaient cependant pour combattre ces idées nouvelles. H. A. Lorentz affirmait sa conviction qu’il fallait conserver le déterminisme des phénomènes et leur interprétation par des images précises dans le cadre de l’espace et du temps, mais son intervention très remarquable n’apportait aucun élément constructif. M. Schrödinger préconisait l’abandon complet de la notion du corpuscule pour ne conserver que celle des ondes régulières du type classique, mais j’étais convaincu qu’une telle tentative ne pouvait aboutir . Qu’allait dire Einstein dans ce débat dont pouvait sortir la solution du redoutable problème qui l’avait tant préoccupé depuis sa géniale intuition sur les quanta de lumière ? A mon grand désappointement, il ne dit presque rien. Une seule fois, il prit la parole pendant quelques minutes : rejetant l’interprétation probabiliste, il lui fit en termes très simples une objection qui, je le crois, a conservé un grand poids. Puis il retomba dans son mutisme. (…)Je revins du Conseil Solvay très décontenancé par l’accueil qu’avaient reçu mes idées. Je ne voyais pas la manière de surmonter les obstacles qu’elles rencontraient et les objections qui m’avaient été faites. J’avais l’impression que le courant qui portait la presque unanimité des théoriciens qualifiés à adopter l’interprétation probabiliste était irrésistible. Je me ralliai donc à cette interprétation et je la pris comme base de mes enseignements et de mes recherches. »

Pourquoi refuser à tout prix une conception « purement probabiliste » ? Pourquoi traiter de trouble cette notion nouvelle de complémentarité ?

« La nouvelle interprétation était très révolutionnaire : elle renonçait aux descriptions précises dans le cadre de l’espace et du temps, elle abandonnait la causalité et le déterminisme des phénomènes physiques. Bientôt M. Bohr allait la résumer en introduisant la curieuse, mais un peu trouble, notion de « complémentarité » suivant laquelle le corpuscule et l’onde sont des « aspects complémentaires de la réalité » qui se complètent en s’excluant, chacun de ces deux aspects ne se manifestant dans l’expérience qu’au détriment de l’autre. En s’orientant vers de telles conceptions, on s’éloignait évidemment complètement de la représentation synthétique des corpuscules et des champs dans le cadre de l’espace et du temps qu’avait rêvée Einstein. » écrit Louis de Broglie, dans « Le dualisme des ondes et des corpuscules dans l’œuvre d’Albert Einstein ».

Le dualisme des ondes et des corpuscules dans l’œuvre d’Albert Einstein, de Louis de Broglie

Bohr donnait à chaque fois des définitions différentes des notions qu’il inventait, comme complémentarité ou dualité, au point qu’Einstein a dit un jour qu’en dépit des efforts de toute une vie, il n’avait jamais pu comprendre ce que Bohr voulait dire par « principe de complémentarité » et parfois il en changeait au cours du même exposé ou du même écrit. Voici diverses interprétations données par Bohr :

« Des informations obtenues sur le comportement d’un seul et même objet atomique dans des conditions d’expérience chaque fois bien définies, mais s’excluant mutuellement, peuvent, néanmoins, suivant une terminologie courante en physique atomique, être dites complémentaires : bien qu’il soit impossible de les rassembler en une image unique décrite à l’aide des concepts de la vie journalière, elles représentent chacune des aspects également essentiels de tout ce que l’on peut apprendre en ce domaine sur l’objet en question. C’est justement en reconnaissant ce caractère complémentaire des analogies mécaniques par lesquelles on essaye de rendre intuitives les diverses actions du rayonnement, que l’on a obtenu une solution entièrement satisfaisante des énigmes dont nous avons parlé plus haut au sujet des propriétés de la lumière. De même, c’est seulement en tenant compte des relations de complémentarité existant entre les différents renseignements obtenus sur le comportement des particules atomiques que nous sommes arrivés à comprendre le contraste frappant entre les propriétés des modèles mécaniques ordinaires et les lois toutes particulières de stabilité qui régissent les structures atomiques et qui forment la base de toute explication précise des propriétés physiques et chimiques de la matière. »

Niels Bohr dans « Physique atomique et connaissance humaine »

« Personnellement, commente Bohr, je pense qu’il n’y a qu’une solution : admettre que dans ce domaine de l’expérience, nous avons affaire à des phénomènes individuels et que notre usage des instruments de mesure nous laisse seulement la possibilité de faire un choix entre les différents types de phénomènes complémentaires que nous voulons étudier. »

Heisenberg dans « Physique et Philosophie »

Parfois « complémentaire » indiquait seulement la dualité onde/corpuscule, parfois cela impliquait l’utilisation de l’observation et son caractère de discontinuité causale, parfois cela impliquait l’observateur en tant que sujet conscient influençant les résultats de l’expérience (!) et parfois même la complémentarité était indiquée par Bohr ou Heisenberg comme une loi générale au monde…

Louis de Broglie a été un exemple typique du combat mené par l’Ecole de Copenhague pour faire reculer quiconque prétendait développer une thèse adverse ou différente… Louis de Broglie avait pourtant été un des maillons essentiels de la chaîne qui a donné naissance à la physique quantique en imaginant les ondes de matière que l’expérience allait ensuite trouver et en donnant ainsi un fondement à à la dualité onde/particule de la matière après que l’on ait trouvé cette dualité pour la lumière. Cela n’a pas empêché l’école de Copenhague de mettre de Broglie à l’écart parce qu’il n’acceptait pas les présupposés philosophiques de cette "école"...

« A l’heure actuelle beaucoup de chercheurs subissent encore, parfois à leur insu, l’influence de la doctrine positiviste. (...) Elle tend à atténuer sinon à supprimer la notion de réalité physique objective indépendante de nos observations. »

Louis De Broglie (dans Sur les sentiers de la science)

Georges Lochak dans sa préface à « La physique nouvelle et les quanta » écrit :

« Louis de Broglie, comme presque tous les physiciens, avait succombé à la fascination des idées de Bohr sur l’indéterminisme. Il avait même cédé à cette étrange délectation qu’éprouvent beaucoup de physiciens de notre siècle à découvrir que les choses ne sont pas claires et à se sentir plus humains parce qu’ils se sentent plus ignorants. (…) Car c’est à cette même époque que Niels Bohr, grand physicien habité par d’étranges démons philosophiques, fit de la non-réponse à cette question (pourquoi les objets quantiques nous apparaissent tour à tour sous l’aspect d’ondes ou sous celui de corpuscules) un système philosophique et verrouilla le problème dans un discours épistémologique dont le maître mot était : « complémentarité ». Idée séduisante mais nébuleuse qu’un élève de Bohr, Léon Rosenfeld, exprima un peu pompeusement en disant que « la crise a été résolue sur un plan plus élevé de la théorie de la connaissance ». C’est ce qui fait encore aujourd’hui que, pour beaucoup de physiciens, le problème du dualisme onde-corpuscule n’est pas seulement difficile, ni même insoluble : il n’est pas convenable d’en parler parce que ce n’est pas un problème. L’idéologie de l’Ecole de Copenhague, de Broglie s’y était rallié sous la pression ambiante (…) En 974, Louis de Broglie considérait à nouveau l’interprétation en vigueur, celle de Bohr, comme une entrave à l’imagination. »

Introduction de Louis de Broglie à la seconde édition de « Physique nouvelle et quanta » :

« Un doute s’est glissé dans mon esprit au sujet de l’exactitude de la nature indéterminée et acausale qu’on avait été amené à attribuer aux phénomènes micro-physiques et que je m’étais résigné à admettre contrairement à mes convictions primitives. (…) »

Avant-propos de Georges Lochak à « Louis de Broglie, un itinéraire scientifique » :

« On imagine difficilement, derrière les apparences feutrées de la vie universitaire et les chaleureuses proclamations unanimistes de la communauté scientifique, la violence des combats d’idées en science et le sort qui a toujours été réservé aux idées minoritaires et aux novateurs solitaires (or comment être novateur si l’on n’est pas solitaire ? (…) De même, on nous représente un Einstein artificiel, doucement rêveur et nimbé de cheveux blancs, son noble visage souligné d’un sempiternel E = mc² ; mais on oublie les attaques, les insultes qu’il a subies dans sa jeunesse de la part des détracteurs de la relativité, ainsi que l’isolement (enjolivé de fleurs certes, mais l’isolement quand même) dans lequel l’avaient plongé aussi bien son refus d’admettre l’interprétation orthodoxe de la mécanique quantique que son opiniâtreté à poursuivre ses recherches sur le champ unitaire. Lui qui, à la fin de ses jours, écrivait depuis Princeton, et alors même que le grand public l’adulait : « je suis considéré ici comme une sorte de fossile que les ans ont rendu aveugle et sourd. (…) La pire des choses, sans doute, est ce mur de silence dont les idées minoritaires sont entourées. Et ce mur est surtout impressionnant lorsqu’il s’élève autour d’un personnage aussi célèbre que Louis de Broglie, auteur de dizaines de livres et de centaines d’articles de revues, mais qu’on ne cesse de lire et de citer dès lors que ce qu’il dit n’est plus dans le courant de la mode, et cela tout simplement parce que les ténors du moment font silence de sur son nom. »

Dans la préface de septembre 1955 à « Nouvelles perspectives en microphysique », Louis de Broglie écrit :

« J’avais cherché pendant plusieurs années, de 1923 à 1927, à obtenir une interprétation conforme à l’idée de causalité et utilisant, suivant la tradition des physiciens, une représentation de la réalité physique (…) Les difficultés que j’avais rencontrées en développant cette tentative, l’hostilité qu’elle avait suscitée de la part des autres théoriciens de la Physique m’ont conduit en 1928 à l’abandonner et je me suis rallié pendant près de 25 ans à l’interprétation probabiliste issue des travaux de MM. Born, Bohr et Heisenberg qui était devenue la doctrine officielle de la Physique théorique. (…) J’ai été amené à reprendre ma tentative d’autrefois et à me demander si ce n’était pas elle qui indiquait la bonne voie à suivre pour parvenir à une véritable compréhension du dualisme des ondes et des corpuscules et à une interprétation vraiment intelligible de la Mécanique ondulatoire. »

Louis de Broglie, dans « La physique quantique restera-t-elle indéterministe ? », 31 octobre 1960 :

« L’histoire des Sciences montre que les progrès de la Science ont été constamment entravés par l’influence tyrannique de certaines conceptions que l’on avait fini par considérer comme des dogmes. »

Pour conclure sur le point de vue de Louis de Broglie concernant l’interprétation de l’école de Copenhague, rien de mieux que de donner la parole à Louis de Broglie dans « Interprétations nouvelles de la mécanique ondulatoire », conférence au Palais de la Découverte le 16 octobre 1954 :

« En résumé, la Physique atomique contemporaine ne me paraît aucunement être arrivée à comprendre la véritable nature du dualisme onde-corpuscule qui est liée à l’existence du mystérieux quantum d’Action : elle s’est bornée à cacher son ignorance sous le mot un peu vague de « complémentarité ». »

La conférence de la physique à Copenhague en 1929

La conférence de la physique à Copenhague en 1930

Qu’est-ce que l’école de Copenhague de la physique ?

Le physicien Bohr a été placé à la tête de l’Institut de la Physique de Copenhague au Danemark et s’est servi des grands moyens organisationnels et financiers que lui donnait l’Etat danois pour s’entourer des meilleurs physiciens du monde (Born, Heisenberg, Jordan, von Neumann, Wheeler, Pauli, von Weizsäcker, Kramers, Fermi, Dirac, Segrè, Stern, Franck, Rosenfled, Solomon, etc.) qu’il invitait et qu’il proposait d’appuyer à condition… que ceux-ci adhèrent à son groupe (appelé « école de Copenhague »), acceptent ses thèses (appelées « interprétation de Copenhague ») et sa direction scientifique. De très grands physiciens ont refusé de céder à ses pressions comme Einstein, de Broglie, Böhm ou Schrödinger…

Un article de presse annonçant la fondation en 1920 de l’Institut Niels Bohr de Physique

Le personnel de l’Institut Niels Bohr en 1921

Aux débuts de la physique quantique, on trouve Einstein et Planck. C’est eux qui ont prouvé l’existence des quanta, assumé leur caractère révolutionnaire pour la physique et développé la nouvelle physique, y compris dans ses aspects probabilistes. Ils restent les physiciens les plus importants des études quantiques jusqu’aux travaux d’Einstein de 1916 sur la théorie quantique du rayonnement. Bohr prend le relai à partir de 1918. Bohr publie alors, sous une forme nouvelle et cohérente, l’ensemble de sa théorie de l’atome (Sur la théorie quantique des spectres de raies, 1918-1922). Il pose le principe d’une correspondance générale entre les descriptions classique et quantique des phénomènes atomiques et il en développe toutes les implications. C’est en s’appuyant sur ce principe de correspondance que Kramers et Heisenberg, en 1924-1925, fournissent une interprétation des phénomènes de dispersion et de diffusion de la lumière par la matière. Leur travail a une portée considérable : il constitue l’ébauche de la mécanique quantique des matrices. Le cinquième Conseil de physique Solvay, en 1927, affirme la suprématie de la mécanique matricielle, désormais appelée mécanique quantique, sur la mécanique ondulatoire. Bohr propose alors sous le nom de « complémentarité » une interprétation des principes de description des phénomènes atomiques appelée « interprétation de Copenhague ».

C’est en 1929 que Bohr a institutionnalisé ses conversations privées avec des scientifiques, fondant les « conférences de Copenhague » et profitant de celles-ci pour embaucher les meilleurs chercheurs à son Institut…

Ces conférences n’avaient rien de classique. Il n’y avait aucun programme prévu d’avance. On ne pouvait pas du tout savoir d’avance ce qui allait y être exposé et discuté ni qui allait exposer ses thèses et recherches. Les communications orales n’étaient pas publiées. Tout était informel. La discussion était ouverte. Les débats se poursuivaient généralement en privé avec Bohr lors de mémorables promenades et excursions.

La Conférence de physique de Copenhague de 1937. A partir de la gauche, au premier rang : N. Bohr, W. Heisenberg, W. Pauli, O. Stern, L. Meitner, R. Ladenburg, J. C. Jacobsen. Second rang, assis à partir de la gauche : V. Weisskopf, C. Moller, H. Euler, R. Peierls, F. Hund, M. Goldhaber, W. Heitler, E. Segrè . . . Troisième rang, assis, à partir de la gauche : G. Placzek, C. yon Weiszacker, H. Kopferman . . . Debout : H. D. Jensen, L. Rosenfeld, G. C. Wick.

Bohr, Heisenberg et Pauli

Pauli, Heisenberg et Fermi

Heisenberg et Bohr

Bohr et Pauli, discutant du spin de l’électron en regardant une toupie

Werner Heisenberg (1955) :

« Ce qui est né à Copenhague en 1927, ce n’est pas seulement un ensemble de prescriptions non ambigües pour l’interprétation des expériences, c’est aussi un langage dans lequel on parle de la nature au niveau atomique, et dans cette mesure c’est une partie de la philosophie. La manière dont Bohr réfléchissait aux phénomènes atomiques depuis 1912 a toujours été quelque chose d’intermédiaire entre la physique et la philosophie. »

Philosophiquement parlant, les physiciens quantiques de l’école de Copenhague, comme Bohr et Heisenberg, ont plutôt eu tendance à affirmer que la nature ne répondra pas à nos questions générales, qu’il faut renoncer à la description des mécanismes naturels et qu’on ne peut aller au delà du mesurable (thèse dite positiviste*).

Si la physique quantique a tenu bon contre ses détracteurs, si la suite des recherches n’a pas donné raison à Einstein (notamment en ce qui concerne le paradoxe dit EPR), ni à Schrödinger, la première version de la physique quantique, dite de Copenhague, contrairement à ce qu’affirme à tort Wikipedia notamment, n’est pas retenue dans les versions suivantes de la physique quantique. Ce n’est finalement ni le matérialisme, ni le déterminisme, ni la causalité qui sont mis en cause par l’étude du niveau quantique de la matière. Le positivisme et le kantisme ne sont pas non plus justifiés par les études quantiques, pas plus que les conceptions idéalistes, métaphysiques ou dualistes que soutenaient les physiciens de l’Ecole de Copenhague.

Les problèmes soulevés à l’époque de Copenhague par la physique proviennent du fait que l’étude se déroule aux limites entre quantique et macroscopique, deux niveaux différents d’organisation de la matière. Il n’y a aucun lien inéluctable entre physique quantique et idéalisme. Le problème dit de la mesure qui est celui de l’interaction entre le phénomène quantique observé et l’appareillage ne nécessite pas, pour être interprété, de nier l’existence de la matière et de considérer que celle-ci n’existe que parce qu’on la mesure. La théorie de la décohérence permet aujourd’hui d’interpréter ce passage de niveau. Contrairement à ce que disait l’interprétation de Copenhague, il n’y a pas de frontière infranchissable entre une quantique (qui serait uniquement probabiliste) et une physique macroscopique (dite classique) qui ne les serait pas.

La physique quantique moderne, fondée notamment sur l’électrodynamique de Feynman et sur la physique quantique des champs, se base sur la matière mais sur celle, dite virtuelle c’est-à-dire éphémère, du vide… La physique actuelle considère que les particules sont produites par le vide quantique et également détruites par lui. C’est dans le vide que se trouvent les particules virtuelles entre lesquelles sautent les bosons de Higgs porteurs de la propriété de masse. Ainsi, successivement des particules virtuelles portent puis perdent la propriété de masse. L’électron (ou le proton ou toute autre particule) voit ses propriétés sauter d’une particule virtuelle du vide à une autre toute proche. C’est là que se situent les sauts qui caractérisent le niveau quantique. Quant au niveau classique, il émerge des interactions entre les particules de matière au travers des photons émis et absorbés par la matière.

Pour Bohr, la science ne peut prétendre ce qu’est la matière et elle doit se contenter de décrire l’interaction entre la matière et l’observateur (ou l’appareillage). Pour Heisenberg, la matière n’existe même pas indépendamment de l’observateur humain et de la pensée humaine. C’est en pensant la matière qu’on construit la matière ! Position ultra-idéaliste que très peu de scientifiques ont suivie finalement.

S’il s’avère exact que l’on ne peut pas suivre l’individu « particule » dans son déplacement, ce n’est pas à cause de l’interaction avec le matériel d’observation (ni, pire encore, d’interaction avec l’observateur) mais du fait que l’individu particule, toujours identique à lui-même, n’existe pas. Les particules ne sont pas des objets mais des structures émergentes du vide quantique. voir ici

Il n’était nécessaire de suivre les pensées positivistes des tenants de l’école de Copenhague pour penser que l’on ne pouvait pas suivre une particule comme un objet individuel. Ainsi, Schrödinger, qui récusait Copenhague, écrivait :

« Les particules ne sont pas des objets identifiables. (...) elles pourraient être considérées comme des événements de nature explosive (...) On ne peut pas arriver – ni dans le cas de la lumière ni dans celui des rayons cathodiques - à comprendre ces phénomènes au moyen du concept de corpuscule isolé, individuel doué d’une existence permanente. »

Erwin Schrödinger, dans « Physique quantique et représentation du monde »

Schrödinger écrivait encore :

« Si j’observe une particule ici et maintenant, et si j’observe une particule identique un instant plus tard et à un endroit qui est très proche de l’endroit précédent, non seulement je ne peux pas être assuré qu’il s’agit de « la même » particule, mais un énoncé de ce genre n’aurait aucune signification absolue. Ceci paraît être absurde. Car nous sommes habitués de penser que, à chaque instant, entre les deux observations, la première particule doit avoir été « quelque part », qu’elle doit avoir suivi une « trajectoire », que nous connaissions celle-ci ou non. Et de même nous sommes habitués de penser que la seconde particule doit être venue de quelque part, doit avoir « été » quelque part au moment de notre première observation. (…) En d’autres termes, nous supposons – en nous conformant à une habitude de pensée qui s’applique aux objets palpables (note de matière et révolution : c’est ce que croyait Schrödinger avant que l’on montre que nous ne voyons rien en continu, même à notre échelle) – que nous aurions pu maintenir notre particule sous une observation « continue » et affirmer ainsi son identité. C’est cette habitude de pensée que nous devons rejeter. Nous ne devons pas admettre la possibilité d’une observation continue. Les observations doivent être considérées comme des événements discrets, disjoints les uns des autres. Entre elles il y a des lacunes que nous ne pouvons combler. Il y a des cas où nous bouleverserions tout si nous admettions la possibilité d’une observation continue. C’est pourquoi j’ai dit qu’il vaut mieux ne pas regarder une particule comme une entité permanente, mais plutôt comme un événement instantané. Parfois ces événements forment des chaînes qui donnent l’illusion d’être des objets permanents, mais cela n’arrive que dans des circonstances particulières et pendant une période de temps extrêmement courte dans chaque cas particulier. (…) »

La différence entre Copenhague et les autres physiciens, c’est que Copenhague affirmait que c’est l’observation qui créait la réalité, que les propriétés intrinsèques de la matière n’existaient que si on les observait et que, sinon, on ne pouvait rien dire dessus, que, par conséquent, la matière elle-même ne pouvait pas se voir attribuer une existence tant qu’on ne l’avait pas observée et qu’on ne pouvait rien dire sur ce qu’était la matière avant observation. Toute réalité objective devait donc être bannie, selon ces physiciens !

A contrario, on peut lire aujourd’hui :

« Des systèmes microscopiques peuvent exister et posséder des propriétés définies indépendamment de toute connaissance qu’un observateur quelconque peut avoir ou ne pas avoir à leur sujet. »

Bernard d’Espagnat, dans "Conceptions de la physique contemporain"

Loin d’être une « chose » fixe, prédéfinie, stable, la particule de matière est une structure capable de sauter d’un état à un autre et d’une particule fugitive à une autre. Sa forme seule est durable, parce qu’elle est issue des interactions avec les particules voisines et, surtout, avec les particules et antiparticules fugitives du vide. Ce sont ces interactions qui la rendent pérenne ou la font disparaître et apparaître plus loin (saut quantique). Sans ces interactions, la structure « matière » se désintégrerait en un temps très bref. La particule matérielle a une existence qui dépend de son environnement, des autres particules (particules d’interaction et particules fugitives du vide). Car le vide n’est pas passif. Il est plein de fluctuations d’énergie qui agissent sur la particule. Le vide se structure pour l’entourer (nuage de polarisation du vide). La particule ne peut être comprise indépendamment de la zone de vide qui l’entoure, car c’est avec elle que la particule échange sans cesse des messages et des particules virtuelles. Considérée indépendamment, isolément, la particule n’est que virtualité. Le vide, lui aussi, hors de la présence de la particule n’est que virtualité. Ce sont les relations qui donnent, momentanément, à la particule, comme aux particules virtuelles du vide, existence et réalité. La matière n’est ni stable, ni même durable, du fait de son seul contenu physique. Nous avons longtemps cru que la masse était une « chose » fixe, compacte, palpable. En fait, on pense aujourd’hui que la masse n’est pas plus figée dans les corps que la charge ou une autre propriété. La notion de chose a de nombreux défauts qui ne nous aident pas à décrire la matière et le principal est que la chose ne contient pas son propre contraire alors que toute structure issue des contradictions ne peut être conçue que comme une manière, provisoire, d’unir les contraires. La structure ne se maintient que par le mécanisme par lequel elle interagit avec son environnement. Telle est, à toutes les échelles, la dialectique de la transformation et de la conservation. La clef de sa préservation ne réside pas dans son corps physique. Sa structure découle de l’organisation des boucles de rétroaction, entre éléments de la structure comme entre l’intérieur et le monde extérieur. Toute interaction physique est une structuration, une espèce d’organigramme souple et dynamique, d’une série de boucles de rétroaction. On peut à juste titre parler de « vie sociale » des cellules ou des particules comme dans tout l’univers matériel. Car il s’agit d’une dynamique collective et non de propriétés fixes d’objets individuels.

Le physicien Niels Bohr, fondateur, organisateur et véritable chef de l’école de Copenhague, affirmait :

« Le point décisif est ici d’avoir reconnu que toute tentative est vouée à l’échec, qui aurait pour but d’analyser à l’aide des méthodes et des concepts de la physique classique « l’individualité » des processus atomiques qui résulte de l’existence du quantum d’action, et cela parce qu’il est impossible de séparer nettement un comportement non perturbé des objets atomiques de leur interaction avec les instruments de mesure indispensables pour cette analyse. » (dans « Physique atomique et connaissance humaine »)

Heisenberg :

« L’interprétation de Copenhague de la théorie quantique prend naissance dans un paradoxe. Toute expérience physique, qu’il s’agisse de phénomènes de la vie quotidienne ou de phénomènes atomiques, se décrit forcément en termes de physique classique. Les concepts de physique classique forment le langage grâce auquel nous décrivons les conditions dans lesquelles se déroulent nos expériences et communiquons leurs résultats. Il nous est impossible de remplacer ces concepts par d’autres et nous ne devrions pas le tenter. Or, l’application de ces concepts est limitée par les relations d’incertitude et, quand nous utilisons ces concepts classiques, nous ne devons jamais perdre de vue leur portée limitée, sans pour cela pouvoir ou devoir essayer de les améliorer. » (dans « Physique et Philosophie »)

L’interprétation d’Heisenberg contre Einstein, en anglais

L’explication de ses conceptions et de celles de Bohr par Heisenberg, en anglais

Comment Bohr répondait à Einstein, en anglais

Ce que rétorquait Einstein

Hervé Zwirn explique la pensée de Bohr :

« Pour Bohr, on ne peut pas parler de l’existence d’un système et de ses propriétés indépendamment de la présence d’instruments de mesure susceptibles d’interagir avec lui. Selon cette position, une propriété physique n’appartient pas à un système microscopique mais à l’ensemble constitué du système et de l’appareil de mesure. Ce n’est que par commodité de langage que nous attribuons la propriété mesurée au système lui-même. [En ce qui concerne l’expérience du paradoxe EPR], Bohr admet bien sûr que la mesure de A n’influence pas B de manière mécanique (par une quelconque perturbation physique au sens habituel du terme), mais sa conclusion est beaucoup plus dévastatrice pour la conception intuitive qu’on peut se faire des deux systèmes. Elle aboutit à cette conséquence qu’avant la mesure de A, les deux particules A et B, bien que spatialement séparées par une distance éventuellement très grande, ne forment pas deux entités séparées [...] Il est bien sûr hors de question d’avoir une représentation intuitive ou imaginée d’une telle propriété, elle est trop radicalement en dehors de notre expérience macroscopique. » (dans « Les limites de la connaissance »)

Niels Bohr dans « Physique atomique et connaissance humaine » :

« Il est plus correct dans une description objective, de ne se servir du mot phénomène que pour rapporter des observations obtenues dans des conditions parfaitement définies, dont la description implique celle de toute le dispositif expérimental. »

Max Born :

« Il est clair que le dualisme onde-corpuscule et l’incertitude essentielle qu’il implique nous obligent à abandonner tout espoir de conserver une théorie déterministe. La loi de causalité… n’est plus valable, du moins au sens de la physique classique. Quant à la question de savoir s’il existe encore une loi de causalité dans la nouvelle théorie, deux points de vue sont possibles. Soit, on persiste à envisager les phénomènes à l’aide des images d’onde et corpuscule, alors la loi de causalité n’est plus valable… La loi de causalité est donc sans contenu physique ; la nature des choses impose que la physique soit indéterministe. »

John von Neumann :

« En physique macroscopique, aucun expérience ne peut prouver la causalité, car l’ordre causal apparent n’y a pas d’autre origine que la loi des grands nombres, et cela tout à fait indépendamment du fait que les processus élémentaires, qui sont les véritables processus physiques, suivent ou non des lois causales… C’est seulement à l’échelle atomique, dans les processus élémentaires eux-mêmes, que la question de la causalité peut réellement être mise à l’épreuve : mais, à cette échelle, dans l’état actuel de nos connaissances, tout parle contre elle, car la seule théorie formelle s’accordant à peu près avec l’expérience et la résumant est la mécanique quantique qui est en conflit avec la causalité… Il ne subsiste aujourd’hui aucune raison permettant d’affirmer l’existence de la causalité dans la nature. »

Bohr allait jusqu’à remettre en question la causalité :

« La mécanique quantique est en contradiction logique avec la causalité (...) Il n’y a pas pour le moment d’occasion de parler de causalité dans la nature, parce qu’il n’y a pas d’expérience qui indique sa présence. »

Niels Bohr dans « Théorie atomique et description de la nature »

Les tenants de l’école de Copenhague vont conclure du fait que l’on n’a jamais observé quoi que ce soit indépendamment d’une mesure (soit par les cinq sens soit à travers les appareils de mesure qui en sont le prolongement) que parler de l’évolution d’un système entre des mesures n’a pas de sens.

Ni Einstein, ni Schrödinger, De Broglie et Planck ne furent satisfaits de cette position.

Werner Heisenberg résume ainsi la position d’Albert Einstein, qui s’opposait à l’interprétation de Copenhague :

« Cette interprétation [dit Einstein] ne nous décrit pas ce qui se passe, en fait, indépendamment des observations, ou pendant l’intervalle entre elles. Mais il faut bien qu’il se passe quelque chose, nous ne pouvons en douter ; [...] Le physicien doit postuler qu’il étudie un monde qu’il n’a pas fabriqué lui-même et qui est présent, essentiellement inchangé, si le scientifique est lui-même absent. »

Werner Heisenberg répond :

« L’on voit facilement que ce qu’exige cette critique, c’est encore une fois la vieille ontologie matérialiste. Mais quelle peut être la réponse du point de vue de l’interprétation de Copenhague ? [...] Demander que l’on « décrive ce qui se passe » dans le processus quantique entre deux observations successives est une contradiction in adjecto, puisque le mot « décrire » se réfère à l’emploi des concepts classiques, alors que ces concepts ne peuvent être appliqués dans l’intervalle séparant deux observations [...] L’ontologie du matérialisme reposait sur l’illusion que le genre d’existence, la « réaliste » directe du Monde qui nous entoure, pouvait s’extrapoler jusqu’à l’ordre de grandeur de l’atome. Or, cette extrapolation est impossible. »

Einstein critique ainsi cette attitude courante à l’époque chez les physiciens quantiques :

« A la source de ma conception, il y a une thèse que rejettent la plupart des physiciens actuels (école de Copenhague) et qui s’énonce ainsi : il y a quelque chose comme l’état "réel" du système, quelque chose qui existe objectivement, indépendamment de toute observation ou mesure, et que l’on peut décrire, en principe, avec des procédés d’expression de la physique. » (dans "Remarques préliminaires sur les concepts fondamentaux").

A l’époque de l’école de Copenhague, il y avait plusieurs types de conceptions des grands physiciens :

matérialistes comme Rohrlich, Selleri, Vigier, etc...

réaliste comme Einstein

idéalistes comme Bauer, Heitler, London, Wigner et Heisenberg

ceux qui pensaient qu’on n’avait pas à trancher en philosophie comme Bohr et l’école de Copenhague

L’école de Copenhague en déduit la fin du déterminisme en sciences et, pour certains d’entre eux, la fin du matérialisme.

En fait, c’est plutôt la fin de la matière conçue comme des objets individuels : les particules, les objets matériels s’opposant au vide. En fait une particule n’est pas un seul objet mais un nuage de particules virtuelles (et d’antiparticules) dont une seule est porteuse de la propriété de matière. Cette propriété saute d’une particule virtuelle à une autre à grande vitesse. Du coup, on ne peut suivre l’histoire de la particule matérielle et il en découle tous les paradoxes de la physique quantique du type des expériences à deux fentes notamment et surtout l’impossibilité de suivre une trajectoire d’une particule et d’exposer des liens de cause à effet pour un individu particule.

La physique quantique ne mène pas infailliblement, contrairement à ce que croyait l’école de Copenhague, à la négation de la matière mais seulement au fait que les particules matérielles ne sont pas des briques élémentaires de la réalité. Les particules de masse inerte du type de l’électron sont certes de petite taille en termes d’espace mais pas en termes de temps. Plus élémentaires sont les particules virtuelles du vide (et les antiparticules correspondantes) qui sont comme les électrons, les protons, etc mais sur une beaucoup plus courte durée (et sans masse). On ne peut pas les traiter comme des objets à notre échelle (d’autant que le temps s’écoule dans les deux sens) mais ils sont la matière universelle et notamment fondent les particules de masse et les photons lumineux de l’électromagnétisme.

David Böhm explique ainsi dans « Observation et Interprétation » :

« Dans cette théorie, par conséquent, il n’y a pas de particule qui garde toujours son identité (...) Le mouvement est ainsi analysé en une série de recréations et de destructions, dont le résultat total est le changement continu de la particule dans l’espace. »

Cela ne veut pas dire que le déterminisme soit mort. La loi ne s’applique pas à des objets particules individuelles.

L’interprétation de l’école de Copenhague rapportée par Werner Heisenberg dans « Physique et philosophie » :

« L’observation elle-même change de façon discontinue la fonction de probabilité ; elle choisit entre tous les phénomènes possibles celui qui a lieu en fait. Etant donné que, par l’observation, notre connaissance du système a changé de façon discontinue, sa représentation mathématique a également subi un changement discontinu, et nous parlons de saut « quantique »… Par conséquent, la transition du « possible » au « réel » a lieu pendant l’acte d’observer. Si nous voulons décrire ce qui se passe au cours d’un phénomène atomique, il faut que nous nous rendions compte que le terme « se passe » ne s’applique qu’à l’observation et non à l’état des choses entre deux observations ; il s’applique à l’acte physique d’observer et non à l’acte psychologique et nous pouvons dire que la transition du « possible » au « réel » se produit dès que l’interaction de l’objet avec la jauge de mesure (donc avec le reste du monde) est entrée en jeu. »

Le physicien quantique Werner Heisenberg explique ainsi que c’est la séparation radicale entre l’« objet » et l’observateur à travers ses appareils de mesure qui est illusoire :

« En physique classique, la science partait de la croyance - ou devrait-on dire de l’illusion ? - que nous pouvons décrire le monde sans nous faire en rien intervenir nous-mêmes. [...] La théorique quantique ne comporte pas de caractéristiques vraiment subjectives, car elle n’introduit pas l’esprit du physicien comme faisant partie du phénomène atomique ; mais elle part de la division du monde entre « objet » et reste du monde, ainsi que du fait que nous utilisons pour notre description les concepts classiques. Cette division est arbitraire. »

Le physicien Niels Bohr, fondateur de l’école de Copenhague expose ainsi :

« Le point décisif est ici d’avoir reconnu que toute tentative est vouée à l’échec, qui aurait pour but d’analyser à l’aide des méthodes et des concepts de la physique classique « l’individualité » des processus atomiques qui résulte de l’existence du quantum d’action, et cela parce qu’il est impossible de séparer nettement un comportement non perturbé des objets atomiques de leur interaction avec les instruments de mesure indispensables pour cette analyse. » (dans « Physique atomique et connaissance humaine »)

Dans sa version moderne, la physique quantique précise, comme ici Cohen-Tannoudji dans « La Matière-Espace-Temps » :

« La définition de ces conditions d’observation implique la maîtrise complète de toutes les étapes de l’acte de mesure : la préparation du système et de l’appareil, la détermination de tous les états expérimentalement observables et la détection des signaux émis lors du couplage entre le système et l’appareil. Le phénomène quantique ainsi conçu est tout le contraire d’un événement passivement observé, c’est un fait expérimental consciemment construit et élaboré.Cette modification du statut des concepts des phénomènes… ne revient pas à nier l’existence d’une réalité objective, indépendante de l’observation. C’est simplement prendre acte du caractère non fiable des concepts classiques qui prétendent décrire directement la réalité indépendante. En théorie quantique, on ne renonce pas à l’objectivité ; l’objectivité est atteinte au prix de tout un travail, tout un cheminement. Aucun concept quantique, pris isolément, n’épuise la totalité de la réalité qui est l’objet de recherche, mais la part d’information que chaque concept quantique nous donne sur cette réalité est fiable, utilisable pour composer, avec d’autres concepts, des représentations de plus en plus fidèles de la réalité. De plus, selon l’idée fondamentale de la complémentarité, la réalité quantique ne peut être épuisée par une représentation unique, mais par une dualité de représentations, contradictoires l’une avec l’autre mais se complétant l’une l’autre. »

En fait, il y a eu des physiciens quantiques ayant toutes les sortes de philosophie, du réalisme d’Einstein au monisme idéaliste de Schrödinger et la physique quantique est bien loin de favoriser particulièrement une thèse dualiste…

Récit d’Heisenberg des méthodes organisationnelles et psychologiques de l’école de Copenhague, pour se soumettre tous les physiciens, cité par Franco Selleri. Dans « Le grand débat de la physique quantique » :

« Schrödinger dut livrer une difficile bataille à Copenhague. Bohr l’invita à faire une conférence à la fin de 1926 "et lui demanda, non seulement de faire un exposé sur sa mécanique ondulatoire, mais aussi de rester à Copenhague assez longtemps pour avoir la possibilité de discuter de l’interprétation de la théorie quantique. »

Heisenberg décrit ainsi l’intensité de la discussion :

« ... Bien que Bohr fut quelqu’un de particulièrement obligeant et attentionné, il était capable, dans de telles discussions concernant les problèmes épistémologiques qu’il considérait comme d’importance vitale, d’insister fanatiquement et avec une inflexibilité presque terrifiante, sur la complète clarté de tous les arguments. Après des heures de lutte, il ne voulut pas se résigner, devant Schrödinger, à admettre que son interprétation fut insuffisante et incapable même d’expliquer la loi de Planck. Toute tentative de la part de Schrödinger d’évoquer ce fâcheux résultat était réfutée, lentement, point par point, dans des discussions laborieuses et interminables. C’est sans doute par la suite du surmenage, qu’après quelques jours, Schrödinger tomba malade et dut garder le lit chez Bohr. Même là, il était difficile de tenir Bohr éloigné du lit de Schrödinger ... »

Et Heisenberg conclut : « Finalement, Schrödinger quitta Copenhague plutôt découragé, tandis qu’à l’Institut de Bohr, nous sentions qu’au moins, nous étions débarrassés de l’interprétation donnée par Schrödinger à la théorie quantique, interprétation trop hâtivement arrivée à utiliser les théories ondulatoires classiques pour modèles... »

Voilà comment ont été traitées les questions fondamentales, et comment un groupuscule est devenu hégémonique.

Le physicien quantique Werner Heisenberg expose ainsi le retour philosophique à Kant de l’Ecole de Copenhague dans « La partie et le tout, le monde de la physique atomique » :

« Mécanique quantique et philosophie de Kant

« Le cercle de collaborateurs que je m’étais créé à Leipzig s’élargit rapidement au cours des années. (…) Le suisse Félix Bloch apportait des résultats permettant de comprendre les propriétés électriques des métaux ; le Russe Landau et l’Allemand Peierls discutaient des problèmes mathématiques de l’électrodynamique quantique ; Friedrich Hund mettait au point la théorie de la liaison chimique ; Edward Teller calculait les propriétés optiques des molécules. Carl von Weizsäcker, alors âgé de dix-huit ans, vint également adhérer à ce groupe. Pour sa part, il apportait une note philosophique aux discussions ; bien qu’il étudiât la physique, on sentait que, à chaque fois que les problèmes physiques traités dans notre séminaire débouchaient sur des problèmes de philosophie ou de théorie de la connaissance, il écoutait avec une attention toute particulière, et participait alors à la discussion avec beaucoup de passion. L’occasion d’avoir de nombreuses discussions philosophiques se présenta en particulier un ou deux jours plus tard, lorsqu’une jeune philosophe, Grete Hermann, vint nous rejoindre à Leipzig ; elle désirait en effet discuter avec les physiciens atomistes de leurs affirmations philosophiques – affirmations que, de prime abord, elle jugeait fausses. Grete Hermann avait étudié et travaillé sous la direction du philosophe Nelson à Göttingen ; là-bas, elle avait reçu une formation basée sur les schémas de pensée de la philosophie kantienne telle qu’elle avait été interprétée par le philosophe et naturaliste Fries au début du 19ème siècle. C’était l’une des exigences de l’école de Fries – et par conséquent aussi celle de Nelson – que les réflexions philosophiques devaient avoir le même degré de rigueur que celui exigé par les mathématiques modernes. Effectivement, Grete Hermann pensait être en mesure de prouver en toute rigueur que la loi de causalité – dans la forme que lui avait donnée Kant – devait rester entièrement valable. La nouvelle mécanique quantique, cependant, remettait tout de même en question, dans une certaine mesure, cette forme de la loi de la causalité ; et c’est sur ce point que la jeune philosophe était décidée à mener le combat jusqu’au bout. La première discussion qu’elle eut à ce sujet, avec Carl von Weizsäcker et moi-même a pu commencer par la remarque suivante : « Dans la philosophie de Kant, la loi de causalité n’est pas une affirmation empirique qui pourrait être soit justifiée soit réfutée par l’expérience ; elle est au contraire la condition de toute expérience, elle fait partie de ces catégories de pensée que Kant appelle « a priori ». En effet, les impressions sensorielles qui nous sont communiquées par le monde extérieur ne constitueraient qu’un ensemble subjectif de sensations, auxquelles ne correspondrait aucun objet, s’il n’existait pas une règle en vertu de laquelle les impressions résultent d’un processus qui les a précédées. Cette règle, à savoir la connexion univoque entre la cause et l’effet, doit donc être admise a priori si l’on veut affirmer que l’on a éprouvé ou expérimenté quelque chose, que ce soit un objets ou un processus. D’un autre côté, la science traite d’expériences, et précisément d’expériences objectives ; seules les expériences qui peuvent également être contrôlées par d’autres, qui sont donc objectives dans ce sens précis, peuvent faire l’objet de la science. Il s’ensuit obligatoirement que toute science doit supposer la loi de causalité, et que la science ne peut exister que dans la mesure où la loi de causalité existe. Cette loi est donc en un certain sens l’outil de notre pensée, à l’aide duquel nous essayons de transformer le matériau brut de nos impressions sensorielles en expérience. Et ce n’est que dans la mesure où nous réussissons à effectuer cette transformation que nous possédons un objet pour notre science. Comment peut-il donc se faire que la mécanique quantique tende d’un côté à rendre moins stricte la loi de causalité, et d’un autre côté prétende encore rester une science ? »

Einstein critique ainsi cette attitude courante à l’époque chez les physiciens quantiques :

« A la source de ma conception, il y a une thèse que rejettent la plupart des physiciens actuels (école de Copenhague) et qui s’énonce ainsi : il y a quelque chose comme l’état "réel" du système, quelque chose qui existe objectivement, indépendamment de toute observation ou mesure, et que l’on peut décrire, en principe, avec des procédés d’expression de la physique. » dans "Remarques préliminaires sur les concepts fondamentaux".

Werner Heisenberg explique que c’est la séparation radicale entre l’« objet » et l’observateur à travers ses appareils de mesure qui est illusoire :

« En physique classique, la science partait de la croyance - ou devrait-on dire de l’illusion ? - que nous pouvons décrire le monde sans nous faire en rien intervenir nous-mêmes. [...] La théorique quantique ne comporte pas de caractéristiques vraiment subjectives, car elle n’introduit pas l’esprit du physicien comme faisant partie du phénomène atomique ; mais elle part de la division du monde entre « objet » et reste du monde, ainsi que du fait que nous utilisons pour notre description les concepts classiques. Cette division est arbitraire. »

Pourquoi Bohr et Heisenberg rejettent la dialectique des contradictions ?

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