Philosophie et physique quantique

C’est une grande science que de savoir ce que l’on sait

G. W. Leibniz

Toute science serait superflue si l’essence des choses et leur forme phénoménale coïncidaient directement.

K. Marx

Il est largement admis que l’histoire de la recherche scientifique dans le domaine de la physique quantique a soulevé des problèmes d’une grande importance philosophique et épistémologique, qui ont conduit les chercheurs à inscrire leur exploration des systèmes atomiques dans un contexte plus général que celui strictement scientifique. En ce sens, les changements de perspective majeurs exigés par la physique quantique ont rendu ces problèmes incontournables pour tous ceux qui s’intéressent aux implications conceptuelles de la science. D’autre part, il convient de souligner que la forte interaction entre la science et la philosophie, qui caractérise la physique quantique, n’est pas due à de purs motifs historiques ou culturels, mais a été imposée par la nature elle-même, de sorte qu’il devient nécessaire de montrer comment des thèmes philosophiques fondamentaux se rattachent naturellement à la problématique générée par les études et les recherches sur les systèmes atomiques. Examinons donc, afin de cerner la personnalité philosophico-scientifique des principaux protagonistes de la nouvelle physique, certaines positions spécifiques concernant la réalité et sa connaissabilité.

1. L’idéalisme et ses dérivés

Pour l’idéalisme, l’objet de la connaissance est l’idée ; mais si celle-ci est conçue comme indépendante de la connaissance et comme une fin qui lui est extérieure (ce qui est le cas, par exemple, dans le platonisme), ce point de vue reste réaliste. En revanche, l’idéalisme moderne est subjectiviste : l’objet de la connaissance est posé, produit, « créé » par l’activité du sujet connaissant lui-même. Il existe évidemment diverses versions de l’idéalisme, plus ou moins radicales, allant de l’hypothèse selon laquelle les représentations de l’esprit ont un niveau d’existence plus élevé que les objets, à celle selon laquelle les objets sont créés par l’esprit, jusqu’à la position extrême selon laquelle il n’y a rien d’autre que l’esprit.

Une position importante, tant pour la tendance objectiviste qu’elle exprime que pour la rigueur théorique de la confrontation entre la philosophie et la science, est celle représentée, à la charnière des XVIIIe et XIXe siècles, par l’idéalisme hégélien, source encore aujourd’hui d’idées et d’axes de recherche loin d’être dépassés (il suffit de penser à la thématique du calcul infinitésimal traitée dans la Science de la logique).

Dans la philosophie contemporaine, ce sont d’ailleurs les positions de type idéaliste qui prédominent et qui, bien que profondément transformées dans un sens analytique, influencent considérablement l’interprétation de la physique contemporaine. Le phénoménalisme (également appelé « monisme neutre »), largement répandu, notamment parmi les philosophies de type empiriste (empirio-criticisme de Mach, atomisme logique de Russell, pragmatisme de James, néopositivisme d’Ayer), considère que l’objet premier et fondamental de la connaissance sont les phénomènes, c’est-à-dire les événements sensibles immédiats. On associe généralement à ce phénoménisme un constructivisme selon lequel les phénomènes ne constituent pas tant l’objet de la connaissance que les données, les éléments à partir desquels cet objet est constitué et à partir desquels il est construit. Ce point de vue a été développé principalement par Bertrand Russell, puis par les néopositivistes.

Les phénomènes interviennent en tant qu’éléments dans des constructions plus ou moins complexes, appelées « descriptions », dans lesquelles interviennent des opérations logiques de niveau plus ou moins élevé.

2. Le réalisme

Cette position, antithétique à celle de l’idéalisme et de ses dérivés empiristes, affirme que les objets du monde extérieur réel ont une existence totalement indépendante de leur perception. Pour le réalisme, l’objet de la connaissance est précisément une entité, généralement conçue comme une substance, subsistant en soi et indépendante de la connaissance elle-même. Cette position, qui, du moins à première vue, est conforme au sens commun, se retrouve chez la plupart des philosophes du passé (à commencer par Aristote) et a été remise en cause principalement par les empiristes anglais (Berkeley et Hume), de Kant et des idéalistes post-kantiens. Au XIXe siècle, elle a trouvé son plus fervent défenseur en la personne de Johann Herbart ; dans la pensée contemporaine, elle est bien moins répandue, mais elle est néanmoins défendue avec vigueur, non seulement par les matérialistes dialectiques, mais aussi par Nicolai Hartmann, pour qui l’approche critique du problème de la connaissance exige un « minimum » d’admission métaphysique consistant précisément en la postulation d’un objet de la connaissance extérieur à la connaissance elle-même. Il existe également différentes versions du réalisme, dont la plus simple, le « réalisme naïf », affirme que le processus perceptif permet d’acquérir une connaissance directe des objets et de leurs propriétés. Même en admettant que ce processus puisse, dans une certaine mesure, fausser la connaissance de l’objet, l’hypothèse selon laquelle l’objet est distinct et indépendant de sa perception reste un point incontournable de la position réaliste. Il convient de souligner qu’adopter une position réaliste n’exige aucune attitude spécifique à l’égard du problème de l’esprit et de la perception consciente, en particulier quant à sa dépendance partielle ou totale à l’égard de la matière (comme le soutient le matérialisme), si ce n’est celle d’accepter, contrairement à certaines versions de l’idéalisme, qu’« il y a bien » quelque chose (à savoir les objets) « là-bas » en dehors de l’esprit et de la perception¹.

3. Le matérialisme

Le terme de matérialisme désigne une théorie philosophique qui voit dans la matière la seule cause des choses et affirme que tout ce qui existe est subordonné ou peut être réduit aux objets matériels et à leurs relations. L’histoire de ce courant philosophique, aussi longue que fascinante, commence à l’Antiquité et au Moyen Âge et se poursuit à l’époque moderne et contemporaine. La conception matérialiste a semblé entrer en crise au XXe siècle, lorsque trois éléments majeurs de cette crise sont apparus : le modèle d’un monde fini bien qu’en expansion, la théorie de la relativité, la physique quantique et le principe d’indétermination.

Il sembla ainsi que le matérialisme avait été réfuté sur certains de ses points clés, à savoir la théorie de l’infinité du monde, le caractère absolu des repères spatiaux et temporels, voire la matérialité même du monde. À ces conclusions, on a objecté que la découverte d’un champ de possibilités au sein de la réalité (qui est le résultat le plus important de la physique quantique) ne contredit pas la matérialité du monde. Tout comme chaque homme sait qu’il dispose de différentes possibilités d’action, de même, dans la matière, on assiste à la production du nouveau.

Le monde dans lequel nous vivons n’est pas un simple prolongement du passé, mais une production de « quanta d’action » qui, en tant que tels, n’existent pas encore. D’ailleurs, grâce à la l’aide de la mécanique quantique, il devient possible de calculer à quel moment une particule est susceptible de se trouver dans une position donnée. On recrée ainsi un lien entre possibilité et nécessité dans lequel se retrouve la matérialité du monde.

Le modèle matérialiste et dialectique s’avère donc utile à la science, en premier lieu, par la conscience méthodologique qu’il confère à la recherche et grâce à laquelle les concepts scientifiques tirent leur contenu uniquement de ce que nous savons du monde, et non de ce que nous y mettons par notre pensée ; en second lieu, par la tendance qu’il manifeste à découvrir la relation interne entre les différents degrés de l’être et par la tentative de détruire, au fur et à mesure, le caractère absolu de la manière dont les choses se présentent ; troisièmement, parce que la dialectique n’est pas seulement une méthode d’exposé, mais avant tout une méthode de recherche. La science moderne a montré que tant les lois des faits macroscopiques que celles des faits microscopiques révèlent des conformités de fait, qui se sont manifestées à nos expériences. D’un point de vue philosophique, la coexistence des deux modèles d’interprétation de la réalité (le modèle microscopique, lié au possible, et le modèle macroscopique, lié au nécessaire) pose donc un problème de « niveaux » et confirme la nécessité purement dialectique d’établir un lien et un ordre entre les conclusions expérimentales, qui tendent (au moins en tant qu’idéal) à les ordonner en atténuant leurs démarcations. En ce qui concerne l’unité qui en résulte, il convient toutefois de souligner la mise en garde méthodologique selon laquelle l’unité ne peut être l’essence simple, originelle et universelle, mais l’unité de la complexité elle-même, ce qui signifie que le mode d’organisation et d’articulation de la complexité constitue l’unité.

Cette mise en garde a également une incidence sur la nouvelle signification que revêtent, dans notre perspective, les rapports passé-futur et réalité-possibilité. Pour le matérialisme mécaniste, il n’existe pas à proprement parler de futur, car le modèle du monde est donné par la répétition. S’appuyant sur la mécanique quantique, l’un des plus brillants défenseurs du matérialisme dialectique, Robert Havemann, a fait remarquer que « si nous rejetons la conception mécanique classique selon laquelle l’avenir serait entièrement déterminé, cela ne signifie bien sûr pas que nous considérons l’avenir comme entièrement indéterminé… Nous acquérons de la liberté dans la mesure où nous modifions les nécessités, créons de nouvelles possibilités et faisons varier le possible. Nous pouvons accroître le degré de possibilité de certains faits et diminuer celui d’autres… Nous devons comprendre que le possible est une composante indissoluble de la réalité, tout comme tout ce qui se réalise à chaque instant. Sur la base de la dialectique, possibilité et réalité forment une unité contradictoire. Elles ne peuvent être séparées que conceptuellement, mais en réalité, elles sont indissolublement liées entre elles. Le réel se manifeste continuellement dans le possible, et de nouvelles possibilités jaillissent sans cesse de la réalité en devenir. Le réel au sens le plus large, tout l’être de notre monde, est à la fois possibilité et réalité »².

4. Le positivisme logique

Cette position a profondément influencé certains des protagonistes du débat sur l’interprétation de la physique quantique. Outre l’influence qu’il a exercée sur Bohr et ses collègues, le positivisme logique est important en raison de ses liens étroits avec la question générale de la signification de la recherche scientifique. L’un de ses objectifs était également de rendre la méthode scientifique plus rigoureuse. En effet, non seulement il souligne la nécessité pour la théorie de rendre compte des données expérimentales, mais il impose aux scientifiques de ne jamais s’aventurer dans des assertions, des conjectures ou des hypothèses sur des entités, des événements ou des propriétés qui ne soient pas directement vérifiables, évitant ainsi des empiétements illégitimes dans des domaines jugés dénués de sens, tels que la métaphysique ou la religion. Ce n’est pas un hasard si l’un des protagonistes de ce mouvement philosophique fut Ernst Mach (1838-1916) , professeur de physique à Prague et à Vienne et auteur d’un célèbre ouvrage sur la mécanique qui suscita l’admiration inconditionnelle d’Einstein.

Mach s’inscrit dans le courant de la philosophie positiviste, mais concentre principalement son attention sur la physique, qu’il considère comme le véritable paradigme de toute connaissance. Suivant la logique du positivisme, Mach nie toute valeur, voire tout sens, à toute affirmation qui ne soit pas empiriquement vérifiable. L’une de ses critiques porte sur les notions d’espace absolu et de temps absolu (notions qui, bien évidemment, ne peuvent faire l’objet d’une vérification expérimentale), de sorte que sa pensée a certainement influencé le jeune Einstein dans l’élaboration de la théorie de la relativité. Il semble presque ironique de devoir reconnaître que c’est précisément l’attitude « scientifiquement rigoureuse » qui a animé les positivistes qui a en fait joué un rôle antiscientifique et a conduit Mach lui-même à se ranger du côté des opposants à Boltzmann en niant toute réalité aux atomes et aux molécules. En effet, l’élaboration de la théorie cinétique des gaz était davantage motivée par le désir de parvenir à une description unifiée des processus naturels que par la nécessité d’affiner la concordance (qui était déjà optimale) entre la thermodynamique et l’expérience^3.

Or, il est important de rappeler que le positivisme logique est né à Vienne vers 1920 sous l’impulsion d’un groupe de philosophes, de scientifiques et de mathématiciens, entrés dans l’histoire comme membres du Cercle de Vienne. Le chef de file du groupe est Moritz Schlick, professeur de philosophie à l’université de cette ville, et parmi ses membres figurent le philosophe Rudolf Carnap et le plus grand mathématicien du XXe siècle, Kurt Gödel. Parmi les sources d’inspiration du Cercle de Vienne figuraient, outre Mach, Bertrand Russell et son élève Ludwig Wittgenstein. Il convient de noter que l’élaboration de la théorie de la relativité d’Einstein a eu, de l’aveu même de ses membres, une grande influence sur ce groupe. En substance, le Cercle de Vienne étend le postulat positiviste selon lequel seule la connaissance scientifique vérifiable représente la vraie connaissance, en y ajoutant l’exigence d’une rigueur logique absolue dans l’argumentation. Cette dernière ne doit pas paraître évidente, car cette exigence n’est pas entendue de manière générique, mais fait précisément référence aux développements importants des systèmes logiques formels au cours de la période considérée. Il s’ensuit que les véritables fondements de la connaissance deviennent la vérifiabilité et la déductibilité logique à partir de prémisses vérifiables, c’est-à-dire les tautologies.

Les assertions métaphysiques, ne présentant pas ces caractéristiques, sont donc dépourvues de sens ; il en va de même pour les assertions éthiques, esthétiques et théologiques, qui sont sans pertinence d’un point de vue cognitif et peuvent, tout au plus, revêtir une signification émotionnelle. Le positivisme logique se présente donc comme une tentative de redéfinir la philosophie elle-même et ses objectifs, en limitant son objet à l’analyse et à la définition du langage scientifique. Puisque les affirmations que la philosophie énonce sont de nature linguistique, et non factuelle, la philosophie devient ainsi une partie de la logique : comme le dira Carnap, la philosophie est la logique des sciences.

Aux fins de notre tour d’horizon historique, il convient de souligner que les idées du Cercle de Vienne ont dominé la philosophie des sciences non seulement au cours des années cruciales qui nous intéressent ici, mais aussi au cours des décennies suivantes. Ce fait a revêtu une importance considérable : il suffit de considérer que, comme il ressort clairement de ce qui précède, pour un positiviste, la position réaliste est dépourvue de sens. Puisqu’il n’existe aucun moyen de vérifier s’il existe quelque chose « là-dehors » si ce n’est par l’expérience que nous en avons, affirmer l’existence d’une réalité indépendante du sujet percevant (voire se poser cette question) ne peut être ni vrai ni faux, mais simplement dénué de sens. De même, le positivisme logique soutient qu’il est dénué de sens de distinguer ou de choisir entre deux théories rivales ayant le même contenu prédictif. Les seules raisons éventuelles pouvant conduire à en préférer une sont des critères de simplicité.

L’intérêt que présente ce bref tour d’horizon des principaux courants philosophiques pour la compréhension du débat sur l’interprétation de la physique quantique tient au fait qu’il nous a permis de reconnaître comment la période historique qui a culminé avec la création du Cercle de Vienne et qui se poursuit encore aujourd’hui a vu s’affronter des philosophes, épistémologues et des scientifiques se positionner sur des points de vue divergents. Aux fins de la présente analyse, les deux conceptions antithétiques du réalisme et du positivisme revêtent donc une importance particulière, car elles ont joué un rôle prépondérant face à la théorie quantique qui s’imposait alors. Ces deux conceptions défendaient la nécessité de la vérifiabilité et de la cohérence logique des théories physiques ; toutes deux acceptaient comme critère directeur possible la recherche d’une certaine forme de simplicité et d’élégance ; mais un fossé les séparait quant aux véritables objectifs qu’elles attribuaient à la recherche scientifique.

Le positivisme conduit presque naturellement à adopter des positions instrumentalistes concernant la connaissance scientifique, positions qui s’avèrent à bien des égards similaires à celles de l’idéalisme philosophique. Ce fait peut sembler, à première vue, presque paradoxal, si l’on considère les motivations du positivisme et ses positions extrêmement critiques à l’égard de la métaphysique. D’un autre côté, cela s’explique si l’on garde à l’esprit que l’insistance sur la vérifiabilité et sur l’élaboration logique et linguistique attribue à la réalité mentale et au monde des idées un rôle, sinon exclusif comme dans certaines formes d’idéalisme, du moins certainement prédominant par rapport à celui de la réalité matérielle. En effet, l’instrumentalisme repose sur le principe fondamental selon lequel les théories scientifiques ne s’intéressent pas à « ce qui existe objectivement là-dehors », puisqu’elles ne sont que des outils permettant de prédire des résultats expérimentaux. Par conséquent, selon ce point de vue, il est absurde de se demander si les théories scientifiques sont vraies ou fausses, car leur signification découle entièrement de leur utilité pratique et s’épuise en celle-ci⁴. Au contraire, un réaliste croit en l’existence d’une réalité extérieure et considère que le but premier de sa recherche est de la comprendre. Cette conviction a été exprimée avec beaucoup d’efficacité par Einstein lui-même : « Je veux connaître les pensées de Dieu, tout le reste n’est que détails »⁵.

5. Les différences entre les protagonistes de l’« interprétation de Copenhague »

Grâce à la définition des positions des différents penseurs concernant l’interprétation de la réalité insaisissable des microsystèmes, il sera désormais plus facile d’identifier les traces de leur formation philosophique et de leur adhésion à l’une ou l’autre des conceptions exposées ci-dessus. Commençons donc par le profil philosophico-scientifique du fondateur de la mécanique quantique et principal représentant de l’« interprétation de Copenhague ». La position de Niels Bohr (1885-1962) est assez complexe et pas toujours claire. Tout d’abord, Bohr accorde une importance absolument prépondérante au langage. Il réfléchit à la pratique scientifique et observe que, de fait, tous les chercheurs utilisent dans leurs travaux, quel qu’en soit l’objet, des appareils de mesure macroscopiques dont les résultats sont ensuite communiqués dans le langage propre à la physique classique. Ce langage devient donc une sorte de condition préalable logique, même pour une théorie traitant de phénomènes et de processus non classiques. Les événements du microcosme doivent être amplifiés pour pouvoir être observés et décrits, mais cette amplification fait appel à des appareils macroscopiques et à une description qui recourt inévitablement à ce langage devenu le patrimoine commun des chercheurs scientifiques depuis l’époque de Galilée et de Newton : le langage de la physique classique. On retrouve ainsi, dans la place centrale accordée au rôle absolument prépondérant du langage, une trace évidente de l’insistance du positivisme sur l’analyse linguistique et logique.

La phrase de Bohr, dans laquelle il exprime sa position sur les processus microscopiques et souligne une fois de plus le rôle essentiel du langage, aurait pu être écrite par l’un des fondateurs du positivisme logique : « Il n’existe pas de monde quantique. Il n’y a qu’une description quantique abstraite. C’est une erreur de penser que le but de la physique est de découvrir comment est la nature. La physique concerne ce que nous pouvons dire sur la nature »⁶.

De même, on retrouve des éléments évidents d’une position positiviste dans la notion de complémentarité à laquelle Bohr a tenu à accorder tant d’importance. Le fait que des procédures différentes mettent en lumière des aspects du réel qui, comme l’a fait remarquer avec perspicacité John Bell (1928-1990), se contredisent au lieu de se compléter mutuellement, ne semble pas le perturber le moins du monde⁷. Quelles raisons Bohr avance-t-il pour justifier cette position singulière ? La raison qu’il invoque est qu’il est en effet impossible de mettre en évidence, dans une même expérience, des aspects contradictoires. Puisque des expériences différentes et incompatibles ne sont pas comparables, la question de savoir si leurs résultats sont cohérents les uns avec les autres n’a aucun sens, elle ne peut même pas être posée. En substance, il n’est pas légitime d’utiliser une description en dehors de son domaine d’applicabilité strict.

De même, pour Bohr, les problèmes d’interprétation de la mécanique quantique n’ont pas de sens dans la mesure où toute question relative à l’interprétation est posée dans le langage de la physique classique, mais se réfère à des domaines qui lui sont étrangers. Ce n’est pas un hasard si les seules affirmations que Bohr considère comme légitimes sont celles qui se rapportent à des situations pour lesquelles s’applique le principe de correspondance, c’est-à-dire la réductibilité à un contexte qui relève, dans une large mesure, du domaine de la physique classique. Nous voyons ainsi comment, dès sa naissance, l’interprétation orthodoxe du formalisme trouve un appui dans le positivisme logique et, en même temps, lui fournit un fondement scientifique.

En ce qui concerne l’orientation philosophico-scientifique de Werner Heisenberg (1901-1976), il convient de noter qu’il existe des différences notables entre la position de ce penseur et celle de Bohr. En effet, dans la pensée de Heisenberg, il apparaît de plus en plus clairement à la fois la nécessité de distinguer l’objet observé du processus d’observation, et la conviction que seul le processus d’observation possède une réalité effective, celle constituée par ses résultats. Il en ressort donc une position positiviste qui rappelle dans une large mesure celle de Mach concernant les constituants microscopiques d’un gaz : toute affirmation se référant à quelque chose qui dépasse l’expérience directe spécifique est dénuée de sens. Néanmoins, Heisenberg a apporté des contributions essentielles à la physique quantique, parmi lesquelles figurent la théorie de la diffusion de la lumière, la mécanique des matrices et le principe d’incertitude. C’est pourquoi, avec Bohr et Born, il est à juste titre considéré comme l’un des trois fondateurs du cadre conceptuel de la mécanique quantique. D’autre part, l’attitude épistémologique de Heisenberg était nettement antiréaliste et contraire aux exigences de causalité et de compréhensibilité. Ses idées ont été exposées à maintes reprises dans divers ouvrages et articles, et l’on peut donc affirmer que la position de Heisenberg est l’une des plus claires. Ainsi, il a déclaré sans ambages ce qui suit : « À la lumière de la théorie quantique, ces particules élémentaires ne sont plus réelles au même sens que les objets de la vie quotidienne, les arbres ou les pierres, mais apparaissent comme des abstractions dérivées de la matière réelle des observations ». Ainsi, si les particules ne sont pas des « objets » au sens réaliste du terme, voici ce qu’elles sont selon Heisenberg : « À l’instar des solides réguliers élémentaires de la philosophie de Platon, les particules élémentaires de la physique moderne sont définies par des conditions mathématiques de symétrie : elles ne sont ni éternelles ni immuables et sont difficilement ce que l’on peut appeler « réelles » au sens propre du terme. Elles sont plutôt de simples représentations de ces structures mathématiques fondamentales auxquelles on parvient en tentant de subdiviser sans cesse la matière »⁸.

Heisenberg a identifié dans l’idée de réalité physique la notion qui unissait les différents opposants à la mécanique quantique. Il a en effet écrit : « … tous les opposants à l’interprétation de Copenhague s’accordent sur un point. Il serait selon eux souhaitable de revenir au concept de réalité de la physique classique, c’est-à-dire, pour employer un terme philosophique plus général, à l’ontologie du matérialisme. Ils préféreraient revenir à l’idée d’un monde réel objectif dont les plus petites parties existent objectivement au même titre que les pierres et les arbres, indépendamment du fait que nous les observions ou non »⁹. En matière de compréhensibilité également, les idées de Heisenberg ont été exprimées avec clarté : « Presque tous les progrès de la science ont été payés au prix d’un sacrifice ; pour presque chaque nouvelle réalisation intellectuelle, il a fallu renoncer à des positions et à des conceptions antérieures. C’est pourquoi, d’une certaine manière, l’accroissement des connaissances et de l’intuition diminue continuellement la prétention du scientifique à « comprendre » la nature »¹⁰. Au sujet de la causalité, Heisenberg a écrit ce qui suit : « En conclusion, on ne pourrait traiter quantitativement la chaîne des causes et des effets que si l’on considérait l’univers entier comme faisant partie du système ; mais alors la physique disparaîtrait et il ne resterait qu’un schéma mathématique. La subdivision du monde en système observateur et système observé empêche ainsi la formulation claire de la loi causale »¹¹. Quant au principe de complémentarité, Heisenberg l’accepta pendant de nombreuses années, avant de s’orienter vers son dépassement afin d’éviter toute référence à la réalité objective (qui, selon Bohr, nécessite l’adoption d’images qui s’excluent mutuellement ou, comme il préférait le dire, complémentaires) . L’opposition de Heisenberg au principe de complémentarité était donc d’une nature très différente de celle d’Einstein, de Schrödinger et de de Broglie. Ces derniers combattaient la complémentarité parce qu’ils ne voulaient pas accepter de limitations sévères à la capacité de l’homme à comprendre la nature, tandis que Heisenberg, qui considérait que la physique théorique était essentiellement une création humaine dont le seul but devait être la prédiction de résultats expérimentaux, proposait d’éviter toute référence à la réalité objective, en excluant la complémentarité elle-même dans la mesure où celle-ci impliquait, même indirectement, une référence à cette réalité.

Max Born (1882-1970) apporta l’une des contributions philosophiques les plus importantes à la mécanique quantique. Il soutint que les ondes obéissant à l’équation de Schrödinger n’avaient pas d’existence objective, contrairement à ce que pensait Schrödinger lui-même, mais qu’elles constituaient simplement un outil mathématique permettant de calculer la densité de probabilité de la position de la particule. Selon cette idée, la probabilité évolue dans le temps de manière déterministe, tandis que le résultat d’une mesure isolée ne peut en aucun cas être prédit. Avec Bohr et Heisenberg, Born est l’un des rares physiciens à qui l’on doit la création de la structure philosophique de la mécanique quantique. Son rôle historique, non seulement en tant que fondateur mais aussi en tant que défenseur cohérent de la théorie, est attesté par ses nombreux écrits et par sa correspondance scientifique avec Einstein. Dans son essai « À la mémoire d’Einstein », commentant les différentes positions épistémologiques qui les séparaient, Born écrit franchement qu’il s’agissait d’« … une différence fondamentale dans notre manière de concevoir la nature » et cite la célèbre lettre d’Einstein dans laquelle ce dernier lui écrit : « Dans notre attitude scientifique, nous sommes aux antipodes. Tu crois au Dieu qui joue aux dés, et moi, je crois en des lois rigoureuses dans un monde qui existe objectivement et que j’essaie de saisir de manière hautement spéculative »¹².

En discutant du théorème de von Neumann (1903-1957) contre les soi-disant « variables cachées » , Born polémiqua avec les physiciens déterministes en ces termes : « Il en résulte que le formalisme de la mécanique quantique est déterminé de manière univoque par les axiomes ; en particulier, aucun paramètre caché ne peut être introduit de manière à ce que la description indéterministe puisse être transformée en une description déterministe. Par conséquent, si une future théorie doit être déterministe, elle ne pourra pas être une modification de la théorie actuelle, mais devra être fondamentalement différente. Quant à savoir comment cela pourrait être possible sans sacrifier tout un trésor de résultats bien établis, je laisse cette question aux déterministes¹³. Cette affirmation est intéressante à plusieurs égards, car elle exprime à la fois la position de Born en défense de la mécanique quantique, l’affirmation implicite qu’il est indéterministe, et enfin son opinion sur la validité du théorème de von Neumann, qui a souvent été utilisé, et pas seulement par Born, comme un rempart contre les attaques des « déterministes ». Soit dit en passant, il est important de noter que l’importance de ce théorème a été fortement relativisée par des études ultérieures¹⁴.

Concernant le principe de complémentarité, introduit par Bohr, qui nie implicitement la possibilité de comprendre les phénomènes microscopiques, Born a exprimé son entière adhésion. Sur la question de la réalité objective, Born a adopté des positions somme toute assez ambiguës, cherchant à l’introduire exclusivement sous la forme d’une série d’invariants d’observation. Born se décrivait comme opposé tant au positivisme qu’au matérialisme, mais il n’a pas exposé sa position avec suffisamment de clarté. Quoi qu’il en soit, son rôle historique de créateur et de défenseur d’une théorie qui limite fortement le concept de réalité objective ne peut laisser aucun doute quant au caractère antiréaliste de son œuvre scientifique. Du reste, il est incontestable que l’atmosphère positiviste qui régnait à cette époque a largement contribué à préparer le terrain pour l’acceptation de la théorie qui s’imposera finalement.

À l’issue de ce bref aperçu de la pensée des principaux représentants de l’interprétation « orthodoxe » de la mécanique quantique, il convient de formuler quelques remarques. Tout d’abord, il faut admettre qu’il est exagéré d’utiliser un terme unique et particulièrement caractéristique (l’« orthodoxie » ) pour désigner une série de positions qui présentent des différences parfois notables. Les citations tirées des nombreux écrits de Bohr, souvent reprises par divers auteurs, ne sont pas toujours claires ni même cohérentes entre elles. Les positions de Bohr diffèrent considérablement de celles d’autres membres du groupe. Mais au-delà de ces différences notables, il existe certainement certains points communs à tous ceux qui ont élaboré l’interprétation de Copenhague. Tout d’abord, la position selon laquelle l’objectif de la science est de prédire les résultats des processus de mesure : le but de la recherche scientifique n’est pas de comprendre ce qui existe, mais ce qui est découvert. Par conséquent, l’interprétation attribue à l’observateur un rôle absolument primordial : à cet égard, il a été dit à plusieurs reprises que la mécanique quantique, en un certain sens, a nié la « révolution copernicienne », puisqu’elle a replacé l’homme au centre de l’univers. En troisième lieu, d’un point de vue épistémologique, la structure conceptuelle de l’interprétation mérite d’être soulignée : la théorie ne fait que des assertions probabilistes concernant les résultats des procédures de mesure sur des systèmes physiques, mais ces assertions ne valent que si les mesures sont effectivement réalisées.

6. Les opposants à l’interprétation « orthodoxe »

Louis de Broglie (1892-1987) est toujours resté profondément insatisfait de l’interprétation dominante de la théorie qu’il avait pourtant si efficacement contribué à faire naître.

En particulier, il a soutenu avec conviction qu’il était erroné d’abandonner l’idée classique de trajectoire pour les particules matérielles : l’onde quantique joue certes un rôle important dans la détermination des trajectoires, mais leur réalité ne doit pas être remise en cause. L’importance de cette position sera déterminante pour le développement des « théories à variables cachées », un axe de recherche qui a déclenché un débat, favorisé des recherches théoriques et donné une impulsion à une série d’expériences ayant permis un bond qualitatif dans la compréhension des phénomènes microscopiques, en mettant en évidence des aspects qui étaient totalement insoupçonnés à l’époque où la « théorie standard » dominait. De Broglie a poursuivi, à travers sa thèse et ses travaux ultérieurs, une ligne de recherche très proche, sur le plan épistémologique, du point de vue d’Einstein.

Il convient également de noter que de Broglie s’est opposé aux abus des mathématiques abstraites en physique théorique. À ce sujet, il a écrit : « L’essentiel, lorsqu’on étudie un phénomène physique, me semble donc être de se représenter la réalité physique qu’il traduit, dans le cadre de l’espace et du temps, et d’essayer de la comprendre. C’est ensuite, et seulement ensuite, qu’il faut recourir à des formalismes mathématiques pour préciser la description entrevue. C’est à mon avis une grave erreur que de vouloir développer un formalisme mathématique sans s’être préalablement fait une image claire et complète des phénomènes à décrire »¹⁵. Enfin, des affirmations explicites en faveur de l’idée de causalité sont fréquentes dans les ouvrages de de Broglie, comme par exemple celle-ci : « Sans aller jusqu’à affirmer de manière absolue que le déterminisme est universel, je pense que la recherche de la causalité qui relie les phénomènes physiques successifs a toujours été et reste encore le fil conducteur le plus sûr de la recherche scientifique »¹⁶.

Erwin Schrödinger (1887-1961) , l’un des pères de la mécanique quantique, s’inscrit dans la lignée de pensée de de Broglie et d’Einstein, motivé principalement par sa conviction profonde quant à la nécessité de préserver la continuité spatio-temporelle dans la description physique. Lors des discussions à Copenhague avec Bohr et Heisenberg sur les problèmes de la nouvelle théorie, il resta ferme sur ses positions. Sa référence savoureuse aux « maudits sauts quantiques » est restée proverbiale . Ce rejet instinctif de la discontinuité impliquée par le formalisme et de l’impossibilité d’inscrire les phénomènes dans un cadre spatio-temporel cohérent lui permettra d’être l’un des rares physiciens à saisir la signification véritable et profonde des travaux fondamentaux d’Einstein, Podolsky et Rosen de 1935¹⁷. Il convient par ailleurs de souligner avec une force particulière que ce physicien autrichien, contrairement à Einstein, n’a jamais considéré l’indéterminisme quantique comme une source potentielle de problèmes. Le paradoxe du chat à la fois vivant et mort est en effet célèbre : c’est par ce biais qu’en 1935, Schrödinger a mis en évidence les conséquences contradictoires découlant de l’application du principe de complétude de la mécanique quantique au monde macroscopique¹⁸.

La personnalité d’Albert Einstein (1879-1955) était si riche et tant de choses ont été écrites à son sujet qu’il est difficile de donner une idée suffisamment complète de son orientation scientifique en quelques traits¹⁹. Et pourtant, il existe dans son attitude certaines constantes que l’on peut immédiatement tenter de mettre en lumière. Tout d’abord, il s’opposa à la formulation finale de la mécanique quantique, qu’il considérait pour le moins incomplète au même titre que la thermodynamique classique était incomplète (en ce sens, c’est-à-dire, qu’elle n’intégrait pas la structure atomique des systèmes physiques). Ensuite, il n’accepta pas l’idée de complémentarité de Bohr. Enfin, il était un fervent défenseur des principes de causalité et de compréhensibilité. En substance, Einstein rejetait l’interprétation « orthodoxe » de la mécanique quantique. C’était un réaliste déclaré et il insista à plusieurs reprises sur le critère heuristique selon lequel le physicien doit chercher à se forger une image mentale, presque une photographie hypothétique du processus étudié, qui ne peut acquérir de validité qu’après de nombreuses vérifications et qui doit servir de base à ses constructions théoriques. Cependant, comme cela arrive souvent, la pensée de ce génie à l’égard de la mécanique quantique a été sérieusement déformée, en invoquant presque exclusivement son opposition de longue date à l’indéterminisme. Mais prétendre résumer sa pensée à la célèbre phrase « Dieu ne joue pas aux dés » ne rend pas justice à la profondeur et à la richesse de sa position et revient à lui imputer un dogmatisme qui était tout à fait étranger à sa manière de penser.

Certes, à la négation radicale de l’espace absolu et du temps absolu opérée par la théorie de la relativité, Einstein associe une revendication tout aussi radicale du réalisme cognitif : c’est la réalité extérieure qui, en dernière instance, nous impose les critères pour la comprendre, et non un « moi » transcendantal et législateur à la Kant. Einstein reprend ainsi la critique de Mach à l’égard de l’espace absolu newtonien, mais l’inscrit dans un cadre réaliste sans pour autant adhérer au phénoménalisme empirio-critique : contre Kant, il réévalue Hume en tant que penseur de l’expérience, pour qui nos idées sur la nature sont toujours strictement a posteriori. L’exhortation à critiquer les a priori exprime la conviction qu’il faut élaborer un cadre conceptuel susceptible d’imprimer à la science un développement historique progressif, et qu’il est légitime de poser le problème d’une description (à la limite) complète et adéquate de la réalité, telle qu’elle est indépendamment de l’observation²⁰. Einstein formule cette conviction, purement philosophique, de manière explicite, notamment dans la polémique qu’il mène en dernier lieu contre la théorie statistique, qui obtenait pourtant de brillants résultats et ralliait la majorité des physiciens. À cette théorie, il oppose un postulat fondamental, qu’il qualifie de « classique » : il adhère au principe de la connaissabilité du monde extérieur et considère l’évolution historique de la physique moderne comme « une tentative de saisir conceptuellement la réalité telle qu’on la conçoit indépendamment de son observation »²¹. C’est sur cette base, estime Einstein, que sont nées les deux grandes théories classiques : celle de Newton, fondée sur le concept d’action à distance entre des masses discrètes, et celle de Maxwell, qui y substitua le concept de champ continu. La théorie statistique, en revanche, rejette l’approche réaliste classique et renonce à décrire les phénomènes physiques tels qu’ils sont indépendamment de l’observation, et donc aussi à la possibilité d’en donner une description complète qui englobe la « préhistoire » du système observé et repose sur le principe de causalité.

La fracture entre Einstein et la théorie statistique, et donc son isolement par rapport à la grande majorité des physiciens, s’est accentuée au fil des ans. Dans une lettre tardive adressée à Born²², il se plaignait en plaisantant que la jeune génération considérait son opposition à la physique statistique comme « un effet de sclérose », mais il confirmait qu’il continuerait avec ténacité à œuvrer pour la renaissance d’une physique classique. Et si Dieu ne joue pas aux dés et, selon la pensée cartésienne, n’est pas trompeur (ou, pour reprendre les mots d’Einstein lui-même, « le Seigneur est subtil, mais il n’est pas malveillant »), alors il n’y a aucune raison de désespérer de parvenir un jour à une description complète. En 1937, lorsque Bohr vint lui rendre visite aux États-Unis, Einstein l’entraîna dans de longues discussions pour le convaincre que Spinoza, s’il renaissait, embrasserait la théorie classique, plus conforme à l’assertion selon laquelle « ordo et connexio idearum idem est ac ordo et connexio rerum ». C’est donc pour des raisons purement philosophiques qu’Einstein n’adhéra pas à la théorie statistique : « Le caractère statistique de la théorie actuelle », fit-il remarquer, dépend « du caractère incomplet de la description des systèmes propre à la mécanique quantique », incapable de décrire les systèmes tels qu’ils sont indépendamment de l’observation ; mais il s’agit d’une incomplétude uniquement de facto, manifestation d’une crise historiquement déterminée et due à l’incapacité de maîtriser pleinement les problèmes qui émergent des nouvelles données d’observation. Rien n’oblige à « supposer que les fondements futurs de la physique doivent reposer sur la statistique […]. Celle-ci n’offre aucun point de départ utile pour un développement futur. C’est sur ce point que mes prévisions divergent de celles de la plupart des physiciens contemporains »²³.

7. Trois questions sur la réalité, la compréhensibilité et la causalité

Pour définir les différences, les variations et les points communs qui existent, sur le plan interprétatif, entre les principaux acteurs de la mécanique quantique dont les positions ont été examinées ici, trois questions doivent donc être posées :

l) Les entités fondamentales de la physique atomique, telles que les électrons, les photons et les atomes eux-mêmes, existent-elles objectivement et indépendamment des êtres humains et de leurs observations ?

2) Est-il possible de comprendre la structure et l’évolution des processus atomiques, c’est-à-dire de se former des images mentales dans l’espace et dans le temps correspondant à leurs caractéristiques réelles ?

3) Les lois de la physique doivent-elles être formulées de telle sorte qu’au moins une cause soit donnée pour chaque effet observé ?

Comme on l’a vu, il existe de bonnes raisons de conclure qu’en général, les opposants à l’interprétation de Copenhague (Einstein, Schrödinger et de Broglie) ont répondu par l’affirmative aux questions précédentes, tandis que les créateurs et défenseurs de la synthèse finale y ont répondu par la négative. Cette conclusion peut être précisée en rappelant également certaines limites. Tout d’abord, tous les opposants n’ont pas maintenu une position uniforme tout au long de leur vie, puisque Schrödinger et de Broglie ont accepté la formulation finale de la mécanique quantique pendant plusieurs années après 1927 sans émettre de réserves substantielles : ce n’est que plus tard qu’ils sont revenus à leur position critique initiale.

Deuxièmement, il n’a pas toujours été possible de trouver des réponses claires pour chaque auteur et pour chaque question. Il faut ajouter que les réponses à la première question ont souvent été moins nettes que celles fournies aux deux autres : seul Heisenberg, parmi les défenseurs de l’interprétation de Copenhague, s’est opposé très clairement au concept de réalité objective, tandis que Bohr et Born se sont montrés plus ambigus et moins clairs, même si l’on ne peut toutefois pas affirmer qu’ils acceptaient une solution affirmative au problème de la réalité. Malgré ces précisions, les éléments évoqués ici sont suffisamment solides pour suggérer directement que la principale contradiction dans le développement de la physique quantique portait sur les problèmes de la réalité objective, de la causalité et de la compréhensibilité.

Il convient enfin de noter que ces trois problèmes ne sont pas indépendants les uns des autres : il est inutile d’insister sur la réalité des objets atomiques s’ils sont, en principe, inconnaissables. Sans compréhensibilité, la réalité objective devient une sorte de fantôme mystérieux, dans la mesure où elle est isolée de l’homme. Sans causalité, il devient en outre impossible de visualiser de manière continue l’évolution des processus physiques. Il n’est donc pas surprenant d’avoir constaté une forte corrélation tant entre les réponses positives qu’entre les réponses négatives aux problèmes fondamentaux concernant la réalité, la compréhensibilité et la causalité²⁴.

Eros Barone

Notes

1 J’ai analysé conjointement la problématique du réalisme cognitif et du matérialisme dialectique dans l’essai suivant, auquel je me permets de renvoyer : https://sinistrainrete.info/filosofia/17473-eros-barone-come-si-vede-il-mondo.html.

2 R. Havemann, Dialectique sans dogme. Marxisme et sciences naturelles, Turin 1965, pp. 127-132.

3 Même si cela s’écarte quelque peu de la ligne directrice de la présente étude, je juge utile de signaler un article consacré à ce joyau de la littérature marxiste que constitue la réfutation des positions idéalistes et antiréalistes opérée par Lénine dans l’essai intitulé Matérialisme et empirio-criticisme : https://sinistrainrete.info/marxismo/16339-eros-barone-la-filosofia-come-kampfplatz-e-l-intervento-di-lenin-nella-crisi-delle-scienze.html.

4 Pour approfondir la question de la signification et du critère de la connaissance du point de vue du matérialisme dialectique, je signale, dans ce même cadre, l’article suivant : www.sinistrainrete.info/filosofia/29598-eros-barone-la-signora-ponza-il-linguaggio-la-conoscenza-della-realta-e-il-criterio-della-verita.html.

5 Lettre d’Albert Einstein, datée du 3 janvier 1954, adressée au philosophe Erik Gutkind.

6 Aage Petersen, qui fut l’assistant de Niels Bohr jusqu’en 1962, rapporte cette phrase de son maître dans l’article intitulé « The philosophy of Niels Bohr », publié dans « The Bulletin of the Atomic Scientists » en septembre 1963.

7 J. S. Bell, « Le dicible et le non-dicible en mécanique quantique », Milan, 2010.

8 W. Heisenberg, *Physics and Philosophy*, New York, 1958 (trad. it., *Physique et philosophie*, Milan, 2008, p. 143).

9 Ibid., p. 129.

10 Cité dans M. Jammer, The Conceptual Development of Quantum Mechanics, New York 1966, p. 206.

11 W. Heisenberg, Les principes physiques de la théorie quantique, Turin 1958, p. 78.

12 Lettre d’Einstein à Born, du 4 décembre 1926.

13 M. Born, *Physics in My Generation*, New York 1969, p. 28.

14 Pour une présentation claire des limites et des erreurs présentes dans le théorème de von Neumann, voir le troisième chapitre de l’ouvrage de F. Selleri, *La causalité impossible*, Milan 1998.

15 L. de Broglie, *Recherches d’un demi-siècle*, Paris 1976, p. 73.

16 Ibid., pp. 49-50.

17 L’article d’Einstein, Podolsky et Rosen (EPR), connu dans la littérature scientifique sous le nom de « paradoxe EPR », a revêtu une importance fondamentale tant pour le débat sur les fondements de la mécanique quantique que pour le développement concret de la théorie et de ses applications. L’objectif du « paradoxe EPR » est de montrer que, dès lors que l’on admet la validité du « critère de réalité » et du « principe de localité », il s’avère que la mécanique quantique est une théorie « incomplète ».

18 Cf. F. Selleri, La causalità impossibile, Milan 1988, p. 55.

19 Pour un aperçu synthétique de la pensée philosophico-scientifique et politico-sociale du grand physicien allemand, je me permets de signaler l’ouvrage suivant : https://sinistrainrete.info/articoli-brevi/15236-eros-barone-il-piu-grande-filosofo-del-novecento.html.

20 Concernant le problème fondamental de l’objectivité de la mécanique quantique et les implications idéologiques qui en découlent, je me permets de signaler l’article suivant : https://sinistrainrete.info/ filosofia/32469-eros-barone-le-problème-de-l’objectivité-en-mécanique-quantique-entre-réalisme-et-subjectivisme.html.

21 A. Einstein, Autobiographie scientifique, avec des contributions de W. Pauli, M. Born, W. Heitler, N. Bohr, H. Margenau, H. Reichenbach, K. Gödel, Turin 1979, p. 41.

22 A. Einstein – H. et M. Born, Science et vie. « Présentation » de B. Russell, « Introduction » de W. Heisenberg, commentaire de M. Born, Turin 1973 ; lettre du 7 septembre 1944.

23 A. Einstein, Autobiographie scientifique, op. cit., p. 51.

24 F. Selleri, La causalité impossible, op. cit., p. 47.