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Mécanique Quantique et philosophie Dissoudre quelques Paradoxes Plan § La philo

Mécanique Quantique et philosophie Dissoudre quelques Paradoxes Plan § La philosophie et les “mystères” de la mécanique quantique § Retour sur une question historique: - La dualité onde-corpuscule § La décohérence: sur trois interprétations § L’Information Quantique: au-delà de la dualité sujet-objet Variétés de de “Mystères” en Physique Quantique Roger Penrose: 1) Puzzles et 2) Paradoxes: « Z-mysteries and X- mysteries » (Shadows of the Mind, p. 237) Définition et exemples - Z: “Expérimentalement corroborés”, “Vérités quantiques sur le monde où nous vivons”, “ Choses auxquelles nous pourrions nous habituer et finir par accepter comme naturelles” Type: Corrélations EPR -X: “(…) philosophiquement inacceptables (…) surgissent parce que la MQ est une théorie incomplète” Type: Paradoxe du chat de Schrödinger (superposition macroscopique) Le rôle de la philosophie D’abord, quelle espèce de philosophie? Spéculative: Formuler en langage ordinaire une image (métaphysique) du monde qui rende raison de nos pratiques ordinaires et de la forme de nos théories scientifiques. Critique: “La philosophie (…) est une lutte contre la fascination qu’exercent sur nous les formes d’expression” (Wittgenstein, Cahier bleu) Une libre généralisation de la définition de Wittgenstein: ‘La philosophie des sciences est une lutte contre la fascination que d’anciens modes de théorisation exercent sur nous’ Dissiper les fascinations Chaque « mystère » de Penrose est conditionné par au moins une de ces “fascinations” dont la philosophie a pour but de nous libérer - Le « mystère » des corrélations EPR est lié à une fascination pour le mode classique de théorisation • Connecter les phénomènes spatio-temporels par le biais de processus eux- mêmes spatio-temporels - Une part du « mystère » du chat de Schrödinger est lié à une fascination pour le langage et/ou le mode de théorisation classiques • Le mot “état” et le mode de théorisation probabiliste Les corrélations EPR et le mode classique de théorisation - En physique classique, prédire un phénomène qui apparaît dans l’espace-temps exige la description de processus spatio-temporels intermédiaires (trajectoires, ou évolutions de champs). • Expliquer les phénomènes signifie habituellement utiliser une version inversée dans le temps des processus spatio-temporels prédictifs. - En physique quantique, les phénomènes spatio-temporels sont prédits au moyen d’un formalisme pré-probabiliste qui se déploie dans un espace de Hilbert. Ce formalisme prédit indifféremment des valeurs d’observables locales ou globales (d’où les corrélations). Ces prédictions ne sont que secondairement connectées à travers l’espace- temps. • Comment expliquer les corrélations dans ce cas? Les deux types d’explications standard (causes communes ou signaux) comprennent des processus spatio-temporels. Le paradoxe du chat et le langage classique Le mot “ETAT”. • Phrase 1: “Après la préparation de Schrödinger, le chat est dans l’ETAT: 2-1/2(vivant> +mort>” • Phrase 2: “On trouve expérimentalement que le chat est soit dans l’ETAT « vivant » soit dans l’ETAT « mort »”. Sans le mot commun “état”, les deux phrases ne se contrediraient pas • B. Van Fraassen (Quantum Mechanics, An Empiricist View). o Etat dynamique= “Comment le système évoluerait s’il était isolé” o Etat de valeur= “Quelles observables ont une valeur, et quelle est cette valeur” Paradoxe du Chat 2: Le mode de théorisation • “Quelle est la solution du problème de la mesure? Je dis que c’est celleci: lorsqu’on mesure X avec des états propres xi> , le résultat xi est observé avec la probabilité: <ψxi>2 , où ψ> est l’état initial. C’est ce à quoi nous en revenons, et cela conviendra aussi comme point de départ” (S. Saunders, 1994) • Bien sûr, il s’agit là d’une dissolution, pas d’une solution du problème de la mesure Le paradoxe du chat 3: Le noyau résiduel du problème de la mesure L’accord mutuel du langage de la prédiction et du langage de ce à propos de quoi est faite la prédiction. P. Mittelstaedt: accord mutuel entre la théorie (quantique) et sa méta-theorie. Retour à l’histoire: La “Révolution Quantique” Planck: La théorie quantique est un « explosif puissant et dangereux pour nos concepts physiques » Heisenberg: « Le changement de concept de réalité qui se manifeste dans la théorie quantique n’est pas qu’un prolongement du passé; il semble être une rupture réelle dans la structure de la science moderne » Schrödinger: « Nos idées sur la matière ont changé de manière radicale durant les 50 dernières années » De quoi est faite la “Révolution quantique”?  Quatre composantes, ou quatre conceptions, de cette révolution: § Introduction d’une discontinuité « quantique » dans l’espace des états des objets microscopiques § Dualité onde-corpuscule § Probabilités, Indéterminisme, Incertitudes etc. § D’une vision statique de l’objectivité à une conception dynamique de l’objectivation. La contextualité.  Contextualité and objectivation (point 4) sous- tendent les moments révolutionnaires 1-3 La dualité onde-corpuscule réévaluée 1. Einstein 1905-1911  Einstein 1905: Dans le rayonnement électromagnétique, “l’énergie n’est pas distribuée uniformément sur des régions de plus en plus vastes de l’espace mais est constituée d’un nombre fini de quanta d’énergie localisés”  Einstein 1909: “L’étape suivante en physique théorique nous fournira une sorte de fusion de la théorie ondulatoire avec la théorie de l’émission (corpusculaire)”. “Je tends à imaginer ces points singuliers comme s’ils étaient entourés d’un champ de forces ayant essentiellement la nature des ondes planes, mais possédant une amplitude qui décroît avec la distance à l’égard de ces points”  Einstein 1910: “Peut-on réconcilier les quanta d’énergie avec le principe de Huyghens? Cela semble impossible, mais Dieu semble avoir trouvé une astuce!”  Einstein 1911: (Congrès Solvay): “J’insiste sur le fait que cette conception (des quanta de rayonnement électromagnétique) est provisoire, puisqu’elle ne semble pas pouvoir être réconciliée avec les conséquences expérimentales de la théorie ondulatoire” La dualité onde-corpuscule réévaluée. 2. L. de Broglie 1923-1924 La dualité onde-corpuscule réévaluée. 2. L. de Broglie 1923-1924 La dualité onde-corpuscule réévaluée. 3. E. Schrödinger 1925-1926  E. Schrödinger 1926: “Les règles usuelles de quantification peuvent être remplacées par une autre condition dans laquelle la mention de ‘nombres entiers’ ne figure même pas. Au lieu de cela, les nombres entiers apparaissent de la même manière naturelles que ceux qui spécifient le nombre de modes sur une corde vibrante” Quel est le statut des ondes de de Broglie? § Une partie du monde réel, inextricablement associée aux corpuscules (de Broglie et Bohm, théorie de l’onde Pilote) § La totalité du réel, puisque les phénomènes d’allure corpusculaire peuvent être décrits par des paquets d’ondes (Schrödinger 1926); Mais les paquets d’ondes se dispersent, sauf dans le cas des oscillateurs harmoniques. (Everett: Théorie interprétée sur le mode de Schrödinger. Décoherence: voir H.D. Zeh, 1993 “There are no particles nor are there quantum jumps!”) § Un outil mathématique pour calculer les probabilités de trouver des particules réelles ici ou là (Born 1926) Ondes: réalité, demi-réalité, sans réalité Corpuscules: sans réalité, demi-réalité, réalité Aucune de ces trois interprétations n’est pleinement acceptable ni ne peut se réserver l’exclusivité. Sur une “preuve” de l’existence des ondes de de Broglie Davisson et Germer (1927): Figures de Diffraction de flux d’électrons. “Elles ont fourni la confirmation la plus simple possible de l’hypothèse de de Broglie sur le caractère ondulatoire des particules de matière” (Kramers) “Elles ont prouvé que les ondes de de Broglie ont une réalité physique” (Gamow) Mais cela “prouve-t-il” la nature ondulatoire de quoi que ce soit, voire la réalité des ondes? Preuves et Sous-détermination Pour prouver l’existence d’une entité par une expérience, on se base sur une “inférence vers la meilleure explication (d’un résultat expérimental)” Mais: • Sur le plan logique, cela n’est pas suffisant. Une véritable preuve demanderait une “inférence vers la seule explication possible”. • Sur le plan épistémologique, c’est généralement faux en raison de la sous-détermination des théories par l’expérience. Plusieurs théories, et plusieurs interprétations de ces théories, peuvent rendre raison des mêmes données. Explications alternatives (1) Une explication alternative de la distribution d’aspect ondulatoire des impacts (figures de diffraction-interférence) • Duane (1923), Bohm (1951), Landé (1961): La distribution angulaire d’aspect ondulatoire des particules peut être expliquée en supposant que l’échange de quantité de mouvement entre particules incidentes et réseau de diffraction est quantifiée. • Discussion par Bohm (1951): “Etant donné que nous pouvons expliquer l’expérience de Davisson-Germer à l’aide de la théorie de Bohr- Sommerfeld, nous pourrions être tentés de ne pas franchir un pas aussi radical que d’affirmer que les électrons ont certaines propriétés des ondes”. Mais ce doute sur l’existence des « ondes de matière » est vite étouffé: les théories ondulatoires sont plus générales que les conditions de quantification de Bohr-Sommerfeld. Plus général encore : un theorème sur la contextualité • Remarque: L’explication de Duane-Bohm-Landé n’implique pas seulement les propriétés des particules incidentes, mais aussi leur interaction avec le contexte expérimental (le réseau de diffraction). • Un formalisme probabiliste capable de rendre raison de phénomènes relatifs à des contextes mutuellement exclusifs, prédit des distributions d’allure ondulatoire (J.L. Destouches, P. Destouches-Février, 1939) Explications alternatives (2) Compton 1923. On ne rend pas raison de la diffusion des rayons X sur un flux d’électrons, si les rayons X sont décrits comme des ondes et les électrons comme des particules. Mais on y arrive si les rayons X sont (aussi) uploads/Philosophie/ ppt-mecanique-quantique-et-philosophie.pdf