Leçon 298.  Le potentiel quantique et ses implications         pdf téléchargement     Téléchargement du dossier de la teçon

    Étienne Klein est un peu agacé par l’usage folklorique du terme « quantique » à notre époque ; effectivement, accoler le mot "quantique" à tout et n’importe quoi dénote une certaine confusion. Quand l’usage d’un mot se généralise dans l’opinion, il se dilue et perd son sens premier. Cependant, de là à basculer dans l’attitude opposée, du genre « prends la formule, tais-toi et calcule » il y a un autre extrême tout aussi préjudiciable. Cela s’appelle opérationnalisme. C’est un biais tout à fait ordinaire dans l'enseignement et les applications de la théorie quantique. Toutefois, la myopie calculatrice ne nous rend pas service, c'est une clôture intellectuelle opposée à la provocation et l’ouverture d’esprit que requiert la la théorie quantique. On se demande comment d’ailleurs on pourrait faire progresser des étudiants avec pareille pédagogie : « prends la formule, tais-toi et calcule… tu comprendras plus tard » ! Et pourtant – tout à fait véridique – c’est banal en classe de terminale et en prépa.

La vérité, c’est que la théorie quantique est si révolutionnaire que, si nous voulons bien suivre ses implications, elle nous oblige à des remises en question radicales. En comparaison, la physique de Newton est simple et facile, elle prolonge la représentation 3D de l’attitude naturelle sans la remettre en cause le moins du monde. Elle se maintient dans la représentation de l’objectivité forte des séries télé où défilent des experts plus scientistes que les positivistes du XIXème siècle. Penser l’univers comme une grande boîte d’espace-temps circule en suivant des lois inflexibles des objets massifs en vertu de la loi de l’attraction ne bouscule pas le bon sens. On a encore l’idée empirique de « choses », l’idée d’une « temps standard » et d’un « espace universel ». Et puis, la mécanique, on y est habitué depuis longtemps. Que Newton ait pu croire que l’espace et le temps étaient des attributs de l’entendement de Dieu, nous n’en avons que faire. Sa théorie cadre avec l’expérience empirique. C’est rassurant. Par contre qu’une certaine physique bizarre nous dise que le concept  d’atome auquel adhérait Newton, n’a plus aucun sens au niveau le plus fin de la matière, c’est assez troublant. Que l’espace-temps-causalité qui nous est familier sur le plan empirique perde lui tous son sens au niveau quantique  c’est tout à fait dérangeant. Qu’une particule quand nous avons le dos tourné ne soit qu’une onde, et que lorsque qu’on l’observe, elle reprenne une forme ponctuelle, c’est vraiment étrange. Qu’elle puisse se présenter dans des expériences sous l’une forme ou sur l’autre, comme pour faire plaisir à l’expérimentateur, il y a carrément de quoi s’énerver. Comme si la réalité fondamentale refusait se soumettre à la raison de notre logique classique. On comprend la timidité des professeurs de physique, tout cela ne tient pas dans les cadres. Trop compliqué. Trop métaphysique. Forcément métaphysique.

Et pourtant, nous n’avons pas le droit de dire que la théorie quantique est une pure spéculation farfelue dont on pourrait se moquer des hauteurs d’une raison souveraine.  Sans elle, nous n’aurions pas de semi-conducteur, pas d’électronique, pas de processeurs, pas d’ordinateurs etc. En fait, elle est partout dans notre technolgie et ses applications sont innombrables. Pour rigoler, certains physiciens disent que si on nous l’enlevait, nous reviendrions au temps des locomotives à vapeur.

Et pourtant son sens nous échappe et laisse les physiciens perplexes, car elle nous oblige à penser une réalité qui n’est plus du tout  opposable à l’esprit. Quelque chose comme du mind stuff, quelque chose de mental et qui, par-delà le voile des apparences possède des potentialités que nous aurions autrefois attribué seulement à l’esprit. Et même une texture entièrement mathématique. Comme les Idées de Platon.

Nous ne pouvons pas faire « comme si » la potentialité quantique n’existait pas. Elle existe bel et bien. Il n’y a pas le moindre doute là-dessus. La tâche qui nous revient est d’essayer de comprendre jusqu’où vont ses implications. Pour faire court : quelles sont les potentialités du monde quantique ? Que peut-il nous apprendre sur la nature de la réalité ?

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A. Le saut quantique, les vagues et les cailloux

V

oici notre première idée à la mode, le saut quantique. Elle va nous permettre de tisser quelques liens. On emploie aujourd’hui l’expression « saut quantique » pour désigner une transformation rapide qui brûle des étapes et va directement, disons de A vers C, sans s’arrêter à un point B qui nous semblerait logique.  Il est plus conforme à un mode de pensée linéaire de raisonner dans le continu vers B1, B2, B3, puis C que de penser un déplacement qui procèderait par saut, sans traverser les intermédiaires. Cela n’existe nulle part dans la physique classique, pas plus que dans l’expérience empirique. Cependant, nous pouvons intuitivement comprendre l’idée par une métaphore : après tout si nous montons sur une échelle pour coller du papier peint, il y a un certain nombre de barreaux, mais entre, il n’y en a pas, il y a un vide. Impossible de s’appuyer sur B1, B2, B3, qui ne sont que des présupposés dans notre pensée, mais on peut poser le pied sur C sans problème. Or, il se trouve qu’une des premières découvertes de la théorie quantique a été celle de la structure en paquets de l’énergie, en quanta, et d’une transformation effective dans laquelle un véritable saut est effectué d’un niveau à un autre.

      1) Historiquement, l’affaire commence par « la catastrophe ultraviolette ». Dans les années 1900, on pensait, sur les bases de la physique classique, que l’énergie électro-magnétique émise par un corps noir – un objet chaud qui absorbe toute la lumière – tend vers l’infini dans les longueurs d’onde plus courtes que celles de la lumière visible dans la portion ultraviolette du spectre. Ce n’est pas ce que montrait l’expérience. La théorie était visiblement fausse et il fallait trouver une explication. Planck évite la catastrophe en proposant l’hypothèse selon laquelle l’émission d’énergie ne coule pas régulièrement comme un robinet ouvert, mais est émise par gouttes, par paquets bien distinct de taille proportionnelle à la fréquence de leur vibration. Il a alors attribué à la constante de proportionnalité, un symbole, h qui allait connaître un énorme succès. Au début, Planck n’y a vu qu’une commodité mathématique, jusqu’à ce que, via Einstein, puis Bohr, on finisse par comprendre que les électrons autour du noyau d’un atome ne se déplacent qu’en suivant des orbites bien déterminée et pas entre. Dans une interaction, ils absorbent ou relâchent un photon chaque fois qu’ils changent d’orbite. L’idée très étrange, c’est qu’ils sautent d’un niveau à l’autre, sans intermédiaire et ne peuvent pas stationner en dehors d’orbites fixes. Au niveau macroscopique, c’est un peu comme si, dans le système solaire, Mars, pop ... sautait brusquement sur l’orbite de Neptune, sans traverser l’espace intermédiaire. Ce qui n’a aucun sens au niveau empirique, mais c’est parfaitement admissible dans l’infiniment petit et quantifiable avec précision. Or ce n’est bien évidemment pas un « objet », un « corps » au sens cartésien qui peut faire cela.  Disons plus modestement que c’est une sorte d’entité que l’on a du mal à définir. Pour le coup, l’idée d’un changement d’état vibratoire brusque d’une entité vers un autre état vibratoire prend désormais un sens car la physique l’autorise. Tout cela

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     © Philosophie et spiritualité, 2019, Serge Carfantan,
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