LA RÉALITÉ DE LA FICTION !      




Dans le monde de l'infiniment petit, la théorie est tellement abstraite que c'est la fiction qui semble constituer la réalité


Christian Magnan
Collège de France, Paris
Université de Montpellier II


Après le monde astronomique, abordons celui de l'extrêmement petit, que l'on découvre en explorant la matière à des dimensions de plus en plus réduites. Ne le cachons pas, la présentation sera un peu plus délicate.

Pourquoi ?

Si le titre de ce chapitre « Onde, atome et fantaisie » contient le mot « fantaisie », inattendu dans un contexte théorique et donc (ô combien !) sérieux, c'est pour signifier que le monde du plus petit présente un aspect tout à fait étrange selon nos critères d'évaluation habituels. Notre expérience courante détermine, qu'on le veuille ou non, nos habitudes de pensée et nous conduit à modeler les concepts dont nous nous servons d'ordinaire. Elle dépend en outre étroitement de notre perception sensible du monde, notamment par le toucher, l'audition et la vision. Or cette expérience quotidienne est uniquement fondée sur les propriétés des objets matériels macroscopiques de sorte que ceux-ci constituent les repères auxquels se réfère notre vision du monde.

Le comportement de ces objets macroscopiques est décrit de façon satisfaisante par la physique classique et notamment la physique newtonienne ou, sous certains aspects (lorsque les vitesses en jeu sont trop grandes), par la mécanique relativiste. Mais dès l'instant où l'on atteint les dimensions de l'atome les notions jusque-là valables perdent leur sens, au point que la « fantaisie » la plus totale semble régner dans cet univers microscopique.

Attention ! Il faut soigneusement définir à quel niveau se situe le bizarre, l'anormal. Il ne faut pas croire, contrairement à ce que de nombreuses présentations de la mécanique quantique laissent entendre, que des objets identiques à ceux que nous avons l'habitude de côtoyer (en somme des morceaux de matière plus ou moins gros) adopteraient dans l'infiniment petit un comportement autre, à la limite du féerique ou du merveilleux. Non ! En réalité le changement qui intervient quand on passe d'un monde à l'autre est tellement radical que s'opère une vraie rupture dans la façon d'appréhender le réel. En mode microscopique les « objets » eux-mêmes, c'est-à-dire les éléments du discours théorique et les concepts manipulés, diffèrent totalement de ceux auxquels nous sommes accoutumés dans notre monde macroscopique. C'est en cela que le monde de l'infiniment petit se situe tout à fait en dehors des normes habituelles.

Un autre aspect de la question vient aggraver les difficultés de compréhension : c'est la physique classique, celle adaptée à notre macrocosme, qui se déduit (au moins en principe) de la physique quantique, celle adaptée au microcosme, et non l'inverse.

Autrement dit, s'il est possible d'expliquer et de retrouver les comportements classiques et les lois qui s'y rattachent en partant des comportements microscopiques (à dire vrai, par des raisonnements tirés par les cheveux...) et en passant « à la limite » du macroscopique, il est strictement impossible d'accomplir le trajet inverse, celui qui consisterait à passer des lois du monde ordinaire aux lois du monde atomique. Il est même exclu de vouloir s'inspirer du premier pour aborder le second.

La situation est différente de celle que nous rencontrions en physique de l'Univers. En effet, pour bizarres que certains aient pu paraître, les résultats de la théorie de la relativité n'en demeuraient pas moins susceptibles de se comprendre et de se décrire en termes concrets. Lorsque nous soulignions l'effort d'abstraction exigé de l'esprit pour définir les concepts relativistes (par exemple un « événement » vu comme un vecteur à quatre dimensions ou la définition de l'intervalle entre deux événements, etc.) nous pouvions néanmoins raisonner à l'aide de concepts s'inspirant de notions courantes telles que mesures de distances et d'intervalles de temps. Même la théorie très abstraite de la gravitation (c.-à-d. la relativité générale) est une géométrie basée sur l'arpentage de l'univers (certains d'ailleurs ont regretté cet aspect empiriste des choses et reproché à Einstein d'avoir fait de l'univers un vaste assemblage d'horloges et de chaînes d'arpenteur). Pour présenter cette géométrie nous nous sommes servi d'un modèle réduit bien concret fait de tiges et de boules et pour dire ce qu'était un univers fermé nous avons imaginé l'histoire d'un voyageur parti tout droit devant lui et revenant (tel Magellan) au point de départ. Et encore, l'anecdote des jumeaux réussissait à concrétiser un effet physique heurtant pourtant le sens commun.

Rien de tel malheureusement dans le monde atomique ! Nous plongeons ici dans la fiction. Nous partons de concepts introduits par simple nécessité logique mais n'ayant a priori aucun rapport avec la réalité. Nous manions des objets mathématiques soumis à des règles en apparence arbitraires et déraisonnables, quoique formant un système abstrait cohérent. Dans ces conditions le chemin suivi pour atteindre le réel - car c'est bien le but que poursuit la physique - est souvent loin d'être évident, même si, paradoxalement, il finit par nous y conduire, et même plus sûrement qu'un autre qui aurait semblé plus direct et naturel au premier abord.

« La réalité dépasse la fiction » : c'était le titre d'un ouvrage humoristique des années 50 rassemblant des choses vues loufoques ou incongrues. Ici, nous pourrions dire que c'est la fiction qui semble constituer le fondement, la source de la réalité ; que la réalité repose sur la fiction.

L'impossibilité de représenter le monde atomique en usant de termes macroscopiques et concrets gêne tout recours au raisonnement par analogie. Il est difficile de parler d'un tel monde. Plus encore, l'absence de traduction concrète des règles auxquelles sont soumis les objets théoriques et la nouveauté des concepts utilisés font que les comparaisons avec le monde ordinaire ont tendance à rendre les choses confuses. Elles ont un effet doublement pervers parce que soit elles laissent supposer que les objets macroscopiques seraient doués de propriétés tout à fait extraordinaires (« miraculeuses » serait plus juste, le dernier tour de magie de la science étant la téléportation) soit elles font croire que les objets microscopiques ne seraient qu'une image de corps matériels à échelle réduite. Or ces deux propositions sont aussi contraires à la vérité l'une que l'autre.

Ainsi je pense qu'en mécanique quantique le recours à l'analogie est à éviter comme plus nuisible qu'utile. Il obscurcit ou fausse les choses sans apporter une aide quelconque à la compréhension des mécanismes physiques. Je préfère donc partir des notions théoriques elles-mêmes, qui ont l'immense avantage de pouvoir se définir sans ambiguïté, et expliquer les règles qu'on leur applique. Puisqu'en théorie on sait exactement de quoi on parle, autant en profiter et s'interdire des raisonnements vagues et approximatifs faisant appel au monde macroscopique sous le seul prétexte que ce dernier nous est familier.

Je souhaite aussi que le lecteur non préparé ne soit pas rebuté par le côté spécialisé et que les difficultés dues à l'emploi de termes forcément scientifiques (disons techniques) ne bloquent pas l'accès au texte. Ne pas tout comprendre dans les détails n'est sans doute pas si grave car l'une des idées que je veux justement faire ressortir est que le langage de la théorie du monde atomique est si spécifique qu'il est inutile de vouloir le comprendre... sans l'apprendre, c'est-à-dire sans se donner les moyens de comprendre. Langue nouvelle, elle est à prendre comme telle.

Ne pas comprendre en ayant conscience que la compréhension réclame un apprentissage est de fort loin préférable à se croire certain de comprendre alors qu'en fait on conçoit les choses de travers. Dans un cas l'esprit reste juste, dans l'autre il devient faux. Dans un cas (je l'ai expérimenté) le dialogue est ouvert et la progression reste possible, dans l'autre il est bloqué et le raisonnement tombe dans l'impasse.

Enfin au-delà des démonstrations et des résultats de la théorie je cherche plutôt à partager un certain regard sur la démarche scientifique, la thèse principale que je soutiens étant l'affirmation du caractère radical et définitif de la différence séparant le monde théorique du monde existant. Or il faut dire qu'en ouvrant ces chapitres sur le monde atomique je suis particulièrement bien servi car ce thème de la différence est nourri et illustré dans ce domaine de la façon la plus éclatante. La mécanique quantique, puisque telle est le nom de la théorie de l'atome, est tellement éloignée du réel qu'on ne voit pas comment soutenir qu'elle soit un modèle fidèle identifiable à ce qui existe réellement.

Partons donc à la découverte de cette nouvelle mécanique.


Version revue, corrigée et enrichie
du livre de Christian Magnan
La nature sans foi ni loi,
Éditions Belfond/Sciences (1988)
Dernière modification : 17 février 2006


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