L'étrangeté quantique est-elle juste une impression ?

15 janvier 2015

L'étrangeté quantique est-elle juste une impression ?

Certains physiciens cherchent à réinterpréter la théorie quantique en considérant les probabilités comme une notion subjective. Selon ce « bayésianisme quantique », ou « QBisme », l'étrangeté du monde microscopique ne serait alors qu'apparente.

Hans Christian Von Baeyer

L'essentiel

- Les lois de la théorie quantique semblent étranges et leur interprétation soulève maintes difficultés.

- Une idée récemment développée, le bayésianisme quantique, ou QBisme, fait appel à l'interprétation subjective des probabilités pour tenter d'éliminer les paradoxes ou de leur donner une forme moins dérangeante.

- Le QBisme ne considère pas la fonction d'onde d'un système quantique comme une entité physique, mais comme un outil mathématique qui reflète les connaissances dont dispose l'observateur sur ce système.

L'auteur

Hans Christian von BAEYER est physicien théoricien des particules et professeur émérite au College of William and Mary, en Virginie (États-Unis).

La physique quantique rend compte sans faillir du comportement de la matière à toutes les échelles, du niveau subatomique jusqu'aux immensités astronomiques. C'est la théorie la plus féconde de toutes les sciences physiques. C'est aussi la plus étrange.

Dans le monde quantique, les particules semblent se trouver en plusieurs endroits à la fois, l'information semble voyager plus vite que la lumière, et les chats semblent être à la fois morts et vivants. Cela fait neuf décennies que les physiciens sont aux prises avec les paradoxes apparents du monde quantique. Contrairement à la théorie de l'évolution ou à la mécanique céleste, dont les enseignements font partie intégrante du paysage intellectuel général, la théorie quantique est encore considérée (même par de nombreux physiciens) comme une anomalie bizarre, un puissant livre de recettes très utiles, mais quelque peu énigmatiques. La confusion qui règne autour de l'interprétation de la théorie quantique continuera à entretenir la perception selon laquelle ce qu'elle indique sur notre monde est sans rapport avec notre vie quotidienne et trop bizarre pour nous concerner.

En 2001, quelques physiciens ont commencé à développer un modèle qui élimine les paradoxes quantiques ou, du moins, les présente sous une forme moins troublante. Le modèle, nommé bayésianisme quantique, ou QBisme en abrégé, réinterprète l'entité qui se trouve au cœur de l'étrangeté quantique : la fonction d'onde.

Dans la vision usuelle de la théorie quantique, un objet tel qu'un électron est représenté par sa « fonction d'onde », une fonction c( x , t ) qui assigne à chaque instant t une valeur à tout point x de l'espace et qui décrit les propriétés de l'objet. Pour prédire le comportement de l'électron, il faut calculer l'évolution de sa fonction d'onde au cours du temps. Le résultat du calcul fournira la probabilité que l'électron ait une certaine propriété (par exemple celle de se trouver à tel ou tel endroit). Mais des problèmes surgissent lorsqu'on suppose que la fonction d'onde a une réalité.

Le QBisme, qui combine la théorie quantique avec une interprétation particulière des probabilités, affirme que la fonction d'onde n'a pas de réalité objective. En fait, pour le QBisme, la fonction d'onde est une sorte de manuel de l'utilisateur, un outil mathématique dont se sert l'observateur pour prendre des décisions éclairées concernant le monde qui l'entoure. Plus précisément, selon cette interprétation, l'observateur utilise la fonction d'onde pour traduire sa conviction personnelle qu'un système quantique possède telle ou telle propriété, sachant que les choix et actions propres de l'individu modifient le système d'une manière par nature incertaine.

La fonction d'onde, une abstraction

Un autre observateur, utilisant une fonction d'onde qui décrit le monde tel que cette personne le voit, peut parvenir à une conclusion totalement différente sur le même système quantique. À un système donné (un événement donné) peuvent ainsi correspondre autant de fonctions d'onde différentes qu'il y a d'observateurs. C'est lorsque les observateurs ont communiqué entre eux et modifié leurs fonctions d'onde personnelles pour rendre compte des connaissances nouvellement acquises qu'une vision du monde cohérente émerge.

Vue ainsi, la fonction d'onde « pourrait bien être l'abstraction la plus puissante que l'on ait jamais trouvée », selon David Mermin, un physicien théoricien de l'Université Cornell récemment converti au QBisme.

L'idée selon laquelle la fonction d'onde ne serait pas une entité réelle remonte aux années 1930 et aux écrits de Niels Bohr, l'un des fondateurs de la mécanique quantique. Ce physicien danois considérait qu'elle faisait partie du formalisme « purement symbolique » de la théorie quantique : un outil de calcul, et rien de plus. Le QBisme est le premier modèle à donner un ancrage mathématique à l'affirmation de Bohr. Il fusionne la théorie...