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CAHIERS FRANÇOIS VIETE Série II – N°4 2011 Varia AXEL PETIT – George Moreau (18

CAHIERS FRANÇOIS VIETE Série II – N°4 2011 Varia AXEL PETIT – George Moreau (1868-11935) : administrateur, enseignant et physicien à la Faculté des Sciences de Rennes ADRIEN VILA VALLS – Louis de Broglie a-t-il adhéré à l'interprétation de Copenhague (1928-1952) ? COLETTE LE LAY & STEPHANE TIRARD – Camille Flammarion et le Vivant JOSQUIN DEBAZ – Développement de l'espèce et conservation des races. Abel Gruver (1870-1941)et la protection de la nature dans les colonies françaises JEAN-BERNARD VAULTIER – Les congrès scientifiques en Charente Inférieure au XIXe siècle Centre François Viète Épistémologie, histoire des sciences et des techniques Université de Nantes Achevé d'imprimer sur les presses de l'imprimerie centrale de l'université de Nantes, juin 2013 Mise en ligne en juin 2016 sur www.cfv.univ-nantes.fr Cahiers François Viète, série II, 4, 2011, pp. 33-51 LOUIS DE BROGLIE A-T-IL ADHERE A L'INTERPRETATION DE COPENHAGUE (1928-1952)? Adrien VILA VALLS * Résumé « Père fondateur' » de la mécanique ondulatoire grâce à son hypothèse de la dualité onde-corpuscule en 1923, Louis de Broglie a connu une trajectoire intellectuelle et scientifique tourmentée et controversée. Celle-ci se structure autour de deux moments clefs: l'abandon, en 1928, de ses tentatives d'interprétation déterministe et réaliste de la théorie quantique, au profit de l'adoption d'un des avatars de l'interprétation dite « de Copenhague », et le retour, au début des années 1950, au «programme causal ». En nous appuyant sur les écrits de Louis de Broglie nous tâcherons de comprendre la position dans laquelle il s'est replié pendant la longue période qui sépare ces deux «revirements' ». Les historiens de la physique se sont jusqu'à présent surtout intéressés à Louis de Broglie (1892-1987) pour ses contributions à la naissance de la mécanique ondulatoire', L'indifférence que suscite le reste de sa carrière est sans doute liée à l'idée que ses apports ultérieurs au développement de la physique sont modestes. D'autres publications sur le personnage, à l'initiative de ses anciens élèves, s'intéressent quant à elles principalement à la dernière partie de sa carrière scientifique, celle qui débute en 1951, et qui est essentiellement consacrée à l' élaboration d'une * ATER, Université Lyon 1 (Laboratoire S2HEP). I La thèse de doctorat de Louis de Broglie constitue une des principales sources d'inspiration de la mécanique ondulatoire de Schrôdinger, ce qui le range parmi les principaux contributeurs à la formulation de la mécanique quantique. 2 Ce terme est employé dans le sens de changements radicaux de sa pensée scientifique. 3 Voir par exemple Olivier Darrigol (1993), "Strangeness and soudness in the de Broglie's early works", Physis 30, pp. 303-372 ou Bruce Wheaton (1983), The tiger and the shark, (Cambridge University Press), Part V, pp. 263-301. 34 ADRIENVILA VALLS interprétation « causale» de la mécanique ondulatoire", Ces circonstances font qu'une grande partie de sa carrière, celle durant laquelle il a apporté publiquement son accord aux idées de Niels Bobr et Werner Heisenberg sur l'interprétation de la mécanique quantique, a été largement ignorée. Le présent article tentera dejeter quelques lumières sur cette période en posant la question de la nature de cette adhésion revendiquée. Alors qu'à partir de 1952, de Broglie s'est farouchement opposé à l' «interprétation orthodoxe» de la mécanique quantique, en cherchant à en montrer toutes les faiblesses et à construire une alternative, il est assez remarquable de constater qu'ill'a enseignée, diffusée et vulgarisée à travers de nombreux textes pendant les vingt-cinq années qui ont précédé. Cela pose inévitablement la question de savoir dans quelle mesure cette adhésion a été profonde et sincère et s'il réussissait à la concilier avec des convictions épistémologiques par ailleurs fortement empruntes de réalisme physique". Après avoir rappelé les circonstances dans lesquelles de Broglie a abandonné en 1928 ses tentatives d'interprétations causales de la mécanique ondulatoire (partie 1 à 3) au profit d'un ralliement publique aux idées de Bobr (que je discuterai dans la partie 2) ,je tâcherai de dégager le fond de sa pensée au cours des années qui suivent à travers une étude de ses différents écrits pendant cette période (partie 4), puis je conclurai en essayant d'indiquer si ses réflexions laissaient envisager la subite reconversion qu'il allait entreprendre en 1951-1952 (partie 5). 1. Les théories de la double solution et de l'onde pilote Après une longue mobilisation militaire", de Broglie entame sa carrière de physicien en 1919 au sein du laboratoire de son frère Maurice, 4 Voir par exemple Georges Lochak (2004), «Louis de Broglie, sa conception du monde physique », Annales de la Fondation Louis de Broglie, Volume 29, Hors-série 1, pp749-765 ou Collectif (1988), Louis de Broglie que nous avons connu, (Paris: Fondation Louis de Broglie). 5 Dans l'ensemble du texte, nous entendrons par «réalisme» la position philosophique suivante: une théorie physique a vocation à donner une description des processus physiques tels qu'ils se déroulent réellement. Quant à la notion de « causalité », et bien que de Broglie a quelques fois émis des nuances à ce propos, elle est souvent utilisée chez les physiciens de cette époque dans un sens très proche de celle de « déterminisme ». 6 Louis de Broglie entame son service militaire en 1913, très peu de temps après l'obtention de sa licence de physique, et sera démobilisé en 1919. Voir la LOUIS DE BROGLIE ET L'INTERPRETATION DE COPENHAGUE 35 un des rares laboratoires français de pointe dans le domaine de la microphysique', Davantage attiré par la réflexion théorique que par l'expérimentation", Louis de Broglie s'intéresse depuis la tenue du premier Conseil Solvay (1912) aux problèmes des quanta. S'inspirant des travaux d'Albert Einstein sur la nature duale de la lumière, ainsi que de la mécanique analytique d'Hamilton et Jacobi, de Broglie développe dans sa thèse de doctorat" soutenue en 1924 l'idée selon laquelle chaque particule est le siège d'un phénomène vibratoire en phase à tout instant avec une onde'". Ce travail pose les premiers fondements de la mécanique ondulatoire qui sera développée par Erwin Schrôdinger en 1925-1926. Rapidement va apparaître la question de 1'interprétation du formalisme. Parmi les différentes tentatives des années 1926-1927, de Broglie propose une interprétation sous la forme de la théorie dite de «la double solution ». Bien que cette théorie soit déjà en germe dans des travaux antérieurs datant de 192511, de Broglie y intègre certains acquis de l'interprétation probabiliste de la mécanique ondulatoire initiée entre-temps par Max Born. Ce dernier attribue en effet à la fonction d'onde le rôle d'établir les probabilités pour que le corpuscule se trouve dans différents états. Cette interprétation probabiliste est à la base de ce qui est couramment mentionnée aujourd'hui sous l'appellation d'« interprétation de Copenhague" », Elle pose de nombreuses questions concernant notamment le déterminisme et le réalisme. Si la mécanique quantique ne peut faire mieux que de prédire des probabilités concernant les processus microphysiques, cela veut-il dire que ceux-ci sont intrinsèquement indéterministes? Si l'élément principal du formalisme de la mécanique quantique (la fonction d'onde) a comme unique rôle de prédire des probabilités, peut-elle encore prétendre décrire le monde physique ou fait- biographie écrite par Georges Lochak (1992), Louis de Broglie, (Paris: Champs Flammarion). 7 Voir Bruce Wheaton (1983), op. cit. 8 Ce qui fera de lui en compagnie des Brillouin père et fils, de Paul Langevin et d'Edmond Bauer un des rares théoriciens français de l'époque. 9 Louis de Broglie (1925), «Recherche sur la théorie des quanta », Annales de Physique, io=série, t. III,janvier - février 1925. 10 L'essentiel des idées qui figurent dans sa thèse de doctorat est publié dans trois notes aux comptes rendus de l' Académie des sciences dès 1923 (Louis de Broglie (1923). C.R.Acad. Sc., 177,pp. 507-510, 548-560, 630-632). II Louis de Broglie (1925), « Sur la fréquence propre de l'électron », C.R. Acad. Sc., 179,pp. 1039-1041. 12 Voir infra pour une critique de l'utilisation de cette expression. 36 ADRIENVILA VALLS elle uniquement référence à notre connaissance de celui-ci ? Il est à noter que si l'essentiel des personnes qui se réclament de « l'interprétation de Copenhague» ont abandonné explicitement le déterminisme, la question de sa compatibilité avec le réalisme est beaucoup plus délicate':'. En tout état de cause, la théorie de la double solution permet d'interpréter la mécanique quantique de manière explicitement réaliste et déterministe, en la complétant par une seconde solution, dite « singulière'? », de l' équation de Schrëdinger dont le rôle est précisément de fournir, en sus des informations probabilistes données par la fonction d'onde traditionnelle de Schrëdinger, une représentation déterministe de la réalité microphysique"'. A toute fin pratique, le physicien n'a pas accès aux informations lui permettant de connaitre l'état de l'onde singulière, et doit se contenter des informations fournies par la fonction d'onde traditionnelle qui représente uniquement l'état de ses connaissances. Mais il est postulé qu'à chaque moment, la réalité est décrite par une onde dont la singularité représente la position du corpuscule". De Broglie montre alors que la condition pour que l'interprétation probabiliste de la fonction d'onde traditionnelle soit encore valide est que celle-ci possède en tout point la même phase que l' onde à singularité. A la fin du même article, de Broglie proposera également une uploads/Philosophie/ vila-cahierscfv-serieii-4.pdf