HASARDS      




Du hasard en physique ! N'est-ce pas choquant ?


Christian Magnan
Collège de France, Paris
Université de Montpellier II


Une page précédente nous a présenté la fonction d'onde d'une particule (en mécanique quantique) comme une quantité servant à mesurer la probabilité de présence de cette particule en un point de l'espace et du temps.

Le mot était lâché. « Probabilité » : voilà le maître mot de la mécanique quantique.

C'est là sans doute le concept le plus révolutionnaire qu'a imposé en physique la nouvelle théorie, celui que les scientifiques ont eu le plus de mal à admettre au début (et certains l'acceptent encore mal de nos jours), car qui dit probabilité dit hasard, et introduire le hasard en science, c'est comme mettre le diable dans un couvent.

À un premier niveau cette notion de hasard bouleverse déjà notre façon d'envisager une simple mesure. En physique classique, le résultat d'une expérience était parfaitement prévisible : telle mesure (position, temps, intensité d'un courant, température, etc.), effectuée dans telles et telles conditions, devait donner tels ou tels nombres - aux erreurs expérimentales près, il est vrai -, les nombres que prévoyait la théorie. En revanche, situation invraisemblable pour une science qui se targue de rigueur, on ne peut plus, dans le cadre de la mécanique quantique, prévoir à coup sûr le résultat d'une mesure : on ne peut le prévoir que de façon statistique sans être capable d'assurer ce que l'on obtiendra pour un « essai » donné, comme si on tirait au sort ce résultat dans une urne pleine de réponses potentielles.

Autrement dit, la nature se réserve de façon tout à fait fondamentale une part de « surprise ».

Expérimentalement parlant, on peut en gros distinguer deux cas de figure. Si on effectue une seule mesure, alors la théorie pourra donner la valeur autour de laquelle on est en droit d'attendre le résultat ainsi que la fourchette à l'intérieur de laquelle celui-ci doit se trouver. Si on effectue toute une série de mesures en répétant une même expérience, alors on pourra constater que les points obtenus se répartissent au hasard autour de la valeur précitée, selon une certaine loi de distribution, que doit également fournir la théorie.

Dans les deux cas il s'agit bien d'une statistique de mesures, opération ne permettant pas de prévoir le résultat d'une mesure particulière.

C'est ainsi donc que depuis l'avènement de la physique quantique la science doit se contenter d'exprimer ses conclusions sous la forme  «  si on effectue telle opération-de-mesure la probabilité d'obtenir tel résultat est de tant... ». Vous avouerez avec moi qu'un tel énoncé, par le degré d'incertitude qu'il manifeste, est un sérieux coup porté au machinisme et autres visions déterministes d'antan.

Cependant cette interprétation probabiliste de la mécanique quantique va plus loin encore : elle change du tout au tout notre rapport au réel.

Il ne faudrait pas croire que le monde réel existerait à la façon dont nous l'entendons d'ordinaire, c'est-à-dire comme une structure bien déterminée et définie selon les critères usuels, et continuerait à se comporter « en douce » de façon classique, sauf que nous n'aurions accès, pour des raisons qui nous échappent (mais auxquelles il faudrait bien se plier), qu'à un aspect déformé de ce réel. En somme, pour reprendre l'image de Bernard d'Espagnat (à laquelle je n'adhère pas), nous ne pourrions percevoir qu'un « réel voilé ».

Non ! Il ne faudrait pas croire que le corpuscule étudié, disons l'électron, aurait bien une position, mais que nous ne pourrions pas mesurer et que nous verrions seulement à travers une sorte de filtre ne laissant passer que la probabilité de présence.

De même, il ne faudrait pas croire non plus, pour reprendre un exemple antérieur, qu'un atome d'hydrogène se trouve réellement dans un niveau d'énergie (c'est-à-dire dans un certain état) ou dans un autre, mais que nous ne pourrions pas prévoir lequel.

Cette vision des choses comme un monde classique parfaitement structuré et agencé d'une manière mécanique, mais qui ne serait connaissable qu'à travers un pouvoir de résolution limité, grossièrement perçu à travers des sortes de moyennes et non dans tous ses détails, n'est basée sur aucun argument. C'est un simple article de foi, auquel je n'adhère pas.

Je prétends au contraire, à considérer simplement l'évidence de la situation, que le réel microscopique semble irréductible à la description que nous en donnons en termes finalement macroscopiques. Nous avons beau parler de photons, d'électrons, de particules élémentaires, de quarks et de gluons comme des entités « réelles », ces mots ne constituent en rien les ingrédients de la théorie. Dans ces conditions l'interprétation probabiliste ne peut pas prétendre décrire le réel lui-même.

Dans mon esprit cette interprétation probabiliste se limite à une simple règle de traduction nous permettant d'exprimer les résultats de la théorie en termes physiques - forcément physiques car la théorie est bien forcée de revenir au réel pour devenir féconde. Plus précisément ces termes se bornent à décrire une expérience et ne peuvent pas prétendre, faute de preuve, décrire le réel lui-même, lequel paraît rester inaccessible en tant que tel.

Une fois de plus, nous pouvons exprimer le rapport, mais pas le monde avec lequel nous sommes en rapport.

À la limite, pour éviter de se laisser abuser par l'ambiguïté du langage, il conviendrait dans un premier temps de s'en tenir à la description stricte de l'expérience. Il ne faudrait pas parler, comme dans l'absolu, de « la chance que la particule se trouve à tel endroit » mais seulement de la chance que « l'expérience de détection et de mesure de position fournisse tel résultat ».

Autrement dit, dans une expérience concrète je ne peux pas dire que je vais mesurer la position d'une particule, comme si je savais ce qu'est une particule et comme si celle-ci occupait une position dans l'espace, mais je peux seulement me permettre d'énoncer : si j'effectue telle expérience - que je me dois de décrire en détail, exactement à la façon d'une recette de cuisine -, dans le cas présent expérience que je baptiserai peut-être « mesure de position » (mais il ne s'agit que d'un nom), celle-ci me fournira tel nombre (ou plus exactement tel nombre avec telle probabilité).

La nuance de termes n'est nuance qu'en apparence. En réalité selon ceux que nous utilisons nous débouchons sur des conceptions radicalement différentes des rapports science-nature. Dans un cas j'ose parler du réel explicitement comme s'il était objet et concept de ma science tandis que dans l'autre j'ai la modestie de ne nommer que le rapport que j'établis, sans préjuger des termes de la relation. D'objet, la nature devient sujet.

Étant donné que seule l'opération expérimentale elle-même, forcément macroscopique, est décrite sans ambiguïté par notre langage ordinaire, rien ne nous autorise (jusqu'à nouvel ordre) à affirmer qu'à travers l'expérience scientifique nous avons observé quelque chose de réel, ni même quelque chose du réel.

Dans les temps anciens, les premiers grands savants utilisaient la périphrase savoureuse « tout se passe comme si », qui traduisait à merveille ce que je tente de dire. Cette expression est malheureusement passée de mode car le sentiment d'humilité des savants en face du réel n'est plus de mise aujourd'hui.

Mais, concernant ce rapport entre la réalité et la théorie, une autre question encore plus grave nous attend : peut-on observer le monde réel sans le perturber ?


Version revue, corrigée et enrichie
du livre de Christian Magnan
La nature sans foi ni loi,
Éditions Belfond/Sciences (1988)
Dernière modification : 28 octobre 2005


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