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LE NOUVEAU REALISME SCIENTIFIQUE

De
270 pages
Essai d'interprétation réaliste de la Mécanique Quantique, le nouveau réalisme scientifique professé par ce livre est un réalisme ouvert, conforme aux potentialités du réel. Ce réalisme dépasse l'étroitesse du réalisme intuitif, ainsi que la naïveté du positivisme. Prendre aujourd'hui parti en faveur du réalisme scientifique, c'est prendre parti en faveur d'une conception du monde rationnel, fondé sur les acquis des sciences.
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Eftichios BITSAKIS

LE NOUVEAU RÉALISME SCIENTIFIQUE
RechercheL{j Philosophiques Microphysique en

Préface de Jean-Claude Peeker

L'Harmattan 5-7, rue de l'École-Polytechnique 75005 Paris - FRANCE

L'Harmattan Ine 55, rue Saint-Jacques Montréal (Qc) - CANADA H2Y lK9

Collection L'Ouverture Philosophique dirigée par Bruno Péquignot

Une collection d'ouvrages qui se propose d'accueillir des travaux originaux sans exclusive d'écoles ou de thématiques. TIs'agit de favoriser la confrontation de recherches et des réflexions qu'elles soient le fait de philosophes "professionnels" ou non. On n'y confondra donc pas la philosophie avec une discipline académique; elle est réputée être le fait de tous ceux qu'habite la passion de penser, qu'ils soient professeurs de philosophie, spécialistes des sciences humaines, sociales ou naturelles, ou ... polisseurs de verres de lunettes astronomiques.

Dernières parutions
François NOUDELMANN, Sartre: l'incarnation imaginaire, 1996. Jacques SCHLANGER, Un art, des idées, 1996. Ami BOUGANIM, La rime et le rite. Essai sur le prêche philosophique, 1996. . Denis COLLIN, La théorie de la connaissance chez Marx, 1996. Frédéric GUERRIN, Pierre MONTEBELLO, L'art, une théologie moderne, 1997. Régine PIETRA, Lesfemmes philosophes de l'Antiquité gréco-romaine, 1997. Françoise D'EAUBONNE, Féminin et philosophie (une allergie historique), 1997. Michel LEFEUVRE, Les échelons de l'être. De la molécule à l'esprit, 1997. Muhammad GHAZZÂLI, De la perfection, 1997. Francis IMBERT, Contradiction et altération chez J. -J. Rousseau, 1997. Jacques GLEYSE, L'instrumentalisation du corps. Une archéologie de la rationalisation instrumentale du corps, de l'Âge classique à l'époque hypermoderne, 1997. Ephrem-Isa YOUSIF, Les philosophes et traducteurs syriaques, 1997. Collectif, publié avec le concour de l'Université de Paris X, Objet des sciences sociales et normes de scientificité, 1997. Véronique FABBRI et Jean-Louis VIEILLARD-BARON (sous la direction de), L'Esthétique de Hegel, 1997.

@ L'Harmattan, 1997 ISBN: 2-7384-5903-X

SOMMAIRE
Introduction 1 SUR LE CONCEPT D'OBJET 1.1. Le concept d'objectivité 1.2. Identité et changement 1.3. L'objet et le sujet 1.4. Totalité et différentiation 1.5. Potentialité et réalité 1.6. Interaction et détermination

.

PHYSIQUE

2. 2. 1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 4.

1.7.

Remarquesfinales

,

4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. s. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9. 5.10.

INTERACTION ET THEORIES PHYSIQUES Les précurseurs De la catégorie philosophique au concept physique L'interaction à vitesse finie et l'univers mécaniste Les interactions à vitesse finie et l'univers relativiste La quantification des interactions L'interaction matérialisée Sur l'unité du monde physique ~TOME: DE L'INTUITION PHILOSOPHIQUE A LA CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE De l'intuition philosophique au concept physique Grandeur et limites de la conception démocritéenne De Dalton à la chromodynamique quantique De l'atome de Démocrite aux fantômes d'Einstein Conclusion: Démocrite ou Platon? POTENTIALITÉ ET RÉALITÉ EN MICROPHYSIQUE La conception aristotélicienl!e Potentialité et réalité pour l'Ecole de Copenhague Interaction et transformation Transformation et conservation Transformation des particules quantiques Structure et potentialité Potentialité et conditions Remarques finales , LES VARIABLES CACHEES La question des variables cachées Séparabilité et corrélation Complémentarit~, déterminisme et variables cachées L'opposition à l'Ecole de Copenhague Le théorème de von Neumann Le point de vue logique Critique des démonstrations précédentes Les théories à variables cachées Les inégalités de Bell Remarques finales

6. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8.
7.
7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7. 7.8. 7.9. 7.10.

8. 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5.

LOCALITÉ ET CAUSALITÉ EN MICROPHYSIQUE Le paradoxe EPR ~e caractère restreint du critère EPR de réalité physique Etats potentiels et états réels en Mécanique Quantique Deux généralisations du critère EPR de réalité physique Les inégalités de Bell Causalité et Localité: la tour de Babel La violation des inégalités de Bell était-elle inévitable? Sur le statut de la sép,,!abilité et de la non-séparabilité LE NOUVEAU REALISME SCIENTIFIQUE Le réalisme est-il périmé? Le réalisme intuitif et le réalisme passif La notion d'objectivité dynamique L'École de Copenhague devant les difficultés d'interprétation de la Mécanique Quantique Les paradoxes de la Mécanique Quantique Le sens physique du principe de superposition Les probabilités en Mécanique Classique et Quantique Les inégalités de Heisenberg Les corpuscules et les ondes Dépasser le positivisme et le réalisme naïf SUR LE STATUT DES LOIS PHYSIQUES Le concept de loi physique L'objectivité relativiste Les lois statistiques classiques Le déterminisme statistique quantique Hasard, contingence et nécessité

Préface
Jean-Claude PECKER
(Professeur honoraire au Collège de France Membre de l'Académie des Sciences)

La physique moderne: Un siècle de va-et-vient entre des philosophies rivales
A la fin du XIXème, la physique était, pensait-on parfois, finie, terminée. Un arbre bien taillé, qu'il suffisait d'émonder un peu. Le comportement des milieux accessibles aux sens, des milieux ordinaires pourrait-on dire, était connu. Le comportement même des astres relevait de la compréhension claire des mécanismes qui les commandaient... Restait à découvrir, puis à connaître, puis à comprendre, la structure profonde de la matière... Et celle de l'Univers. Si quelques contradictions apparaissaient (à propos de l'existence d'un éther, support des ondes lumineuses), la physique semblait en voie d'aboutir à un ensemble très cohérent. Einstein construisait d'ailleurs, dans les premières années de notre siècle, l'édifice qui embrassait toutes les lois connues de la physique, et qui levait les quelques contradictions encore émergentes, la Relativité. La matière apparaissait comme faite d' «atomes», insécables par étymologie, et nécessaires à la compréhension simple de l'édifice de la chimie, table de Mendéléev, loi des combinaisons et des réactions chimiques, etc... Il existait aussi des «particules élémentaires», comme l'électron, dont la découverte expérimentale remonte au XIXème siècle (dès l'étude des rayons cathodiques),- Plücker, en 1858, puis Crookes, Perrin en 1895, qui découvre aussi les ions positifs porteurs de protons, et enfin les expériences fameuses de

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Millikan au début de notre siècle. Mais des doutes subsistaient pourtant quant à la réalité de ces phénomènes minuscules, qui échappaient à l'évidence, et qui différaient par là des objets de la physique usuelle. Berthelot doutait même (malgré la quantité et la simplicité des évidences indirectes...) de la réalité des atomes; et le photon, doué à la fois de propriétés corpusculaires (effet photo-électrique) et de propriétés ondulatoires (interférences), restait un objet bien étrange. C'est surtout la découverte de la radioactivité (impliquant une structure interne des noyaux atomiques, et l'existence de plusieurs particules élémentaires subatomiques), qui a sans aucun doute précipité les choses. Toujours est-il que le siècle qui s'achève, le nôtre, a vu se développer une grande querelle autour de la nature même du minuscule, du «minime», comme le dit si joliment Eftichios Bitsakis. Deux aspects essentiels à cette querelle portent sur la nature même de la «matière» : la dualité (une double nature, à expliciter!) devenue évidente entre une particule et l'onde la «lumière» - associée à cette particule (selon Louis de Broglie), d'une part. Et d'autre part, l'importance des «interactions» intervenant à l'échelle sub-atomique, et «équivalentes» (mais sur quelles bases ?) à des échanges de particules élémentaires... Bref la dichotomie entre la «matérialité» de la matière et l' «immatérialité» des rayonnements, - ces deux concepts étant issus d'un mécanisme strict, déjà dépassé par Einstein (il y a équivalence entre masse et énergie du. rayonnement, quantités de même essence), est battue en brèche par l'observation seule. Se posent alors les problèmes épistémologiques profonds, ceux qu'aborde avec tant de clarté le Professeur Bitsakis, et que nous nous bornerons à évoquer ici. Nous nous trouvons un peu dans une situation comparable (en sens inverse) à celle qu'évoquait Platon dans le mythe de la Caverne (La République). Ne serions-nous pas en effet vis-à-vis de cet intérieur minuscule, de ce minime des minimes, dans la position symétrique de l'habitant de la caverne de Platon, face aux ombres des réalités potentielles? Les objets extérieurs à cette caverne, inaccessibles à l'observation directe, projetaient leur ombre sur le mur de la caverne; mais pouvait-on, de cette seule ombre déduire la nature complète des objets en question? A-t-on affaire, à l'intérieur de l'atome, au sein des particules «élémentaires» 8

que l'on découvrait (électron, photon, ...mésons,) dans les interactions mutuelles, d'une structure en quelque sorte virtuelle? Le réel est-il pleinement accessible, - ou (comme le dit d'Espagnat) un «réel voilé» accessible seulement en partie? L'intérieur de l'atome était-il comme l'extérieur de la caverne de Platon, inconnaissable par essence, et ne pouvait-on le bien connaître que par ses conséquences observables? Ou au contraire, l'extérieur de la caverne (et symétriquement l'intérieur de l'atome et des particules élémentaires) était-il soumis aux mêmes lois que l'intérieur, et accessible de la même façon par tous, pourvu qu'ils se lèvent, et qu'ils marchent? Le minime, le plus petit, l'intérieur de l'intérieur, recèle d'immenses potentialités, toutes celles que l'on peut concevoir en somme, pourvu que l'on «sauve les phénomènes»... Rappelons-nous, - d'abord: «O'oçtV 'ta <patVOf..lEva»!Telle était la loi d'airain de la physique positiviste (bien avant Auguste Comte!) héritée d'Aristote, et telle que Simplicius nous la rapporte. Mais comment peut-on les sauver, les phénomènes? Peu importe... Tout ce qui les sauve est bon! Et il y a plusieurs façons, certainement, de les sauver. C'est en tous cas à quoi mène une lecture rapide de la littérature du vingtième siècle; et c'est autour de toutes ces potentialités que s'articule l'ouvrage de Eftichios Bitsakis. Le grand combat du XXème siècle opposa des interlocuteurs fameux. D'un côté, sous le drapeau du réalisme, du déterminisme, ce furent certainement Einstein, et Louis de Broglie, en première ligne. Mais Planck, Langevin, et surtout Schrodinger, menèrent la même bataille... De l'autre côté, celui de la virtualité, l'Ecole de Copenhague autour de Bohr, Heisenberg et quelques autres. Un combat, certes, souvent agressif. Un débat réel aussi, avec de nombreux aspects. Comment faut-il comprendre le déterminisme? Déterminisme à toutes échelles? Non sans doute. Déterminisme statistique, ou indéterminisme fondamental, dès que l'échelle devient microphysique? Le déterminisme statistique quantique est, de fait, l'un des concepts fondamentaux de l'interprétation de Bitsakis. Les particules sont-elles des objets réels? Ou une matérialisation momentanée des potentialités virtuelles du champ quantique? Les phénomènes sont «locaux» dans la mesure où les interactions ne se propagent pas avec une vitesse infinie. Certes. C'est le principe de «localité»... Mais à. ce principe,
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l'Ecole de Copenhague oppose des arguments forts. C'est principalement l'idée (due à Bohr) de «non-localité». Selon cette idée (érigée en principe), si un système (au sens où nous l'entendons en physique macroscopique) prend deux états successifs A, B, c'est l'ensemble (spatio-temporel) des états A, B, etc... de ce système qui est un «système» en soi. Ou, pour choisir l'exemple spécifique donné par le paradoxe Einstein-Podolski-Rosen, deux particules M et N qui ont été en interaction en un instant t, continuent à former un système unique, même après leur séparation spatiale... Il n'y a pas alors de «séparabilité» entre deux états d'un même système physique, défini en un point donné et en instant donné. «Localité et séparabilité», - telle était la vérité du monde physique selon Einstein ou de Broglie. « Non-localité et nonséparabilité», telle était la vérité selon Bohr ou Heisenberg. Cela, à vrai dire, impliquait aussi un «non-déterminisme» quantique exprimé par les inégalités de Heisenberg. Elles interdisent la définition même des variables caractéristiques (position, moment, etc...) définissant une particule autrement qu'à l'intérieur d'un certain domaine d'étendue non nulle liée à la constante de Planck. Elles sont l'un des fondements de l'interprétation indéterministe de la mécanique quantique. La non-localité peut se justifier si l'on pense en termes de relativité que l'invariance des propriétés physiques impose de ne pouvoir considérer comme définissant un système la seule donnée des trois coordonnées d'espace définissant les éléments de ce système... Soit, - mais les idées Machiennes (auxquelles il ne serait pas mauvais de revenir aussi) ne nous imposent-elles pas un système de référence universel absolu, défini par l'ensemble des masses, ou de l'énergie si l'on veut, distribuées dans l'univers? La bataille pour la non-séparabilité, la non-localité, le non-déterminisme a entraîné bien des divagations (parapsychologie, télékinèse!...) dans des esprits moins subtils que ceux de Bohr ou d'Heisenberg. D'un autre côté, l' «électrodynamique quantique», telle qu'elle résulte de l'application des équations de Schrodinger aux systèmes, et du respect des inégalités d'Heisenberg, est vérifiée dans ses moindres détails par les faits. Si bien que le débat tourne autour de l'idée: y a-t-il plusieurs façons de rendre compte des observations? Y en at-il une bonne? Et peut-on trouver une expérience à faire qui permettrait de décider quelle est la bonne? Dans cette démarche, figurent le paradoxe d' Einstein-Podolski-Rosen, les inégalités de Bell, les expériences d'Aspect. Une 10

conciliation des observations et de la positio~ «réaliste» pourrait venir de la considération de variables «cachées» : mais comment? Les suggestions de Bohm, ou de Vigier, sont très stimulantes; mais elles n'ont pas convaincu. Ce débat dure encore. Le «minime» conserve, ouvertes, ses «potentialités». Que l'auteur soit remercié de nous donner, en philosophe autant qu'en physicien, une vue élevée de ces questions. Qu'il soit aussi remercié pour avoir, sans passion, exprimé les arguments contraires, mais pour avoir clairement choisi, en ce qui le concerne, le réalisme d'Einstein, de de Broglie, de Bohm, de Vigier... Il ajoute à ce débat, dans un esprit très hégélien, une proposition concrète, celle de doter la notion de potentialité d'un statut épistémologique plus clair. Tel système serait, selon les conditions, apte à se manifester à l'observateur sous telle ou telle forme, les possibilités diverses étant définies par une «potentialité» relevant d'un concept de causalité, de déterminisme, de réalité, de localité. Il est sans doute possible de concevoir des expériencestests. La conclusion de l'auteur semble aboutir à l'idée que ces expériences pourront toujours relever de l'une ou l'autre interprétation... Vise-t-elle, en fait, sans que Eftichios Bitsakis veuille peut-être l'affirmer ainsi, à conclure le débat par un non-lieu ?.. Pas seulement. Elle propose en effet une attitude nouvelle, un nouveau réalisme scientifique, qui transcende le réalisme intuitif. Il faut dépasser l'intuition platonicienne, vers le réel caché (sortir audacieusement de la caverne!) en le rendant accessible à l'intellect. Au sein de cette conception, s'établissent alors des relations en quelque sorte génétiques entre le~potentiel et le réel. Ce qui est potentiel passe à l'actualité, dans telles conditions favorables; et ce qui est réel est aussi potentiel par rapport à un autre état réalisable, - et l'on rejoint Aristote, ou plus proche de nous, Hegel. Il s'agit en vérité d'un réalisme dynamique et ouvert...

Il

INTRODUCTION
Nous parlerons du monde microphysique; de cet « infiniment» petit, caché, qui constitue l'arrière-fond du macroscopique. Nous parlerons d'« objets» dont le diamètre est de l'ordre de 10-8 ou même de 10-14 cm et dont la vie est souvent de l'ordre de 10-9, ou bien de 10-23 sec. Ces êtres minimes, inaccessibles à l'intuition, qui laissent la trace de leur existence souvent éphémère sur les clichés photographiques, sont le «presque rien». Et pourtant, ce presque rien constitue la « matière première» de l'univers: sa matière stable et sa matière en métamorphose. Corrélativement, la discipline qui décrit le comportement de ces êtres minimes, n'est pas seulement une science fondamentale. Elle constitue en même temps la base de technologies de pointe, telles que l'électronique, l'informatique, les télécommunications, etc. De l'autre côté, elle est intrinsèquement liée à d'autres sciences, comme la chimie, la biologie, l'astrophysique et la cosmologie. Nous ne parlerons pas pourtant de la microphysique en général. L'objectif de ce livre se limite à certaines questions qui concernent ses fondements conceptuels, et en particulier ceux de la mécanique quantique. Mais pourquoi cette restriction? Pour plusieurs raisons, et pour une raison fondamentale: La formulation de la mécanique quantique, il y a soixante-dix ans, a posé des questions épistémologiques qui n'ont pas encore trouvé de réponse généralement acceptée. Le débat déclenché par Einstein, Planck, de Broglie, Bohr, Schrodinger, Heisenberg, Dirac, Pauli, Born, Jordan et beaucoup d'autres, n'est pas encore terminé. Le présent livre veut s'insérer dans ce débat. La physique classique, en effet, portant surtout sur le macrocosme, est intuitivement réaliste. Aussi, les théories relativistes (électromagnétisme relativiste et théorie de la gravitation d'Einstein), en approfondissant sur 1'«essence» des phénomènes physiques, ont apporté des arguments

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nouveaux en faveur du réalisme et du déterminisme. La mécanique quantique, au contraire, première théorie microphysique authentique, a mis en question non seulement la validité du principe de causalité, mais la réalité même des particules quantiques. La mise en relief des limites historiques du réalisme intuitif et de la validité restreinte des déterminismes classiques (mécaniste et dynamique) a été interprétée par l'École positiviste (l'École de Copenhague) comme la faillite du réalisme, du déterminisme et - par conséquent du matérialisme. Or, dans ce débat, des questions épistémologiques ont été mêlées à des problèmes ontologiques et même éthiques. Par un amalgame incohérent, l'École positiviste-dominante, a voulu fonder l'indéterminisme, le libre arbitre de l'électron et de l'homme, même le subjectivisme ontologique. Dans le climat tendu de la période entre les deux guerres et après la deuxième guerre mondiale, le débat épistémologique sur la «physique nouvelle» était souvent fondé sur des présupposés idéologiques et, dans un sens inverse, il a alimenté des batailles idéologiques passionnées. Il ne s'agissait donc pas d'un débat purement épistémologique. Et ce grand débat sur les. fondements de la physique nouvelle et les questions philosophiques corrélées, auxquelles ont pris part les plus grands esprits du siècle, n'a pas cessé depuis: Tout au contraire, il a pris un souffle nouveau après les années cinquante, et il a envahi des terrains différents, tels que la logique et le domaine de l'expérience. Rappelons quelques événements qui ont marqué ce long itinéraire. En 1900 Max Planck a fondé la théorie quantique du rayonnement. Cinq ans après, pour interpréter le phénomène photoélectrique, Einstein postula l'existence des quanta élémentaires du rayonnement électromagnétique (des photons). Quelques années plus tard, Niels Bohr a introduit les règles de quantification dans la théorie de la constitution de l'atome (1913). En 1924, Louis de Broglie expliqua la stabilité des orbites électroniques autour du noyau, en postulant l'existence d'une dualité fondamentale: celle des ondes-corpuscules, aussi bien pour la lumière que pour les particules massives, constituantes des atomes. Aussitôt après, Schrodinger formula l'équation fondamentale de la mécanique quantique, et Heisenberg et Dirac, partant de 14

postulats opérationalistes, ont créé des formalismes abstraits, équivalents au formalisme ondulatoire. La nouvelle mécanique était profondément différente de la mécanique classique. C'était une théorie probabiliste, donc non déterministe dans le sens classique. Aussi, les inégalités de Heisenberg interdisent la connaissance simultanée de

grandeurs « conjuguées », telles que la position et l'impulsion
d'une particule, donc la vérification du caractère déterministe du mouvement quanto-mécanique. L'interprétation antiréaliste élaborée par l'École de Copenhague, était vite devenue l'interprétation dominante. Elle alimenta, en même temps, des idéologies positivistes-antiréalistes. Le livre de John von Neumann sur les fondements mathématiques de la mécanique quantique (1932) et les recherches de lui-même et de Birkhoff sur la structure logique de la nouvelle discipline, ont renforcé, avec des arguments plus rigoureux, l'interprétation dominante. Or, le débat n'a jamais été abandonné de la part des physiciens réalistes. Déjà en 1927, de Broglie avait élaboré un formalisme où le corpuscule quantique faisait partie intrinsèque d'un phénomène ondulatoire étendu. Les ondes de de Broglie sont des ondes réelles, qui satisfont à l'équation de Schrodinger. La particule est guidée par une onde qui s'appelle onde-pilote. Sur ce point aussi, les idées de de Broglie et d'Einstein ont été similaires. Dans les deux cas, la particule est considérée comme une singularité non linéaire incorporée dans un background ondulatoire linéaire. Le modèle de de Broglie était le premier modèle à variables cachées. Or, devant les critiques de Pauli au Congrès de Solvay (1927) et l'indifférence générale, de Broglie abandonna cette idée, qui tomba vite dans l'oubli. Mais la bataille pour le réalisme et le déterminisme n'a pas cessé. Ainsi, en 1935, quand l'interprétation positiviste était déjà dominante, Einstein, Podolsky et Rosen ont contesté, à l'aide d'une expérience de pensée devenue célèbre, la complétude de la description quanto-mécanique. La «réfutation» de l'argumentation EPR par Niels Bohr fut considérée comme une défaite d'Einstein qui, à l'époque même où ses théories avaient renouvelé la physique toute entière, se trouvait dans un isolement dont la signification est éloquente. Aussi à cette même année, E. Schrodinger publia son fameux paradoxe: à 15

l'aide d'un malheureux chat et dans un langage plein d'ironie, il a essayé de mettre en relief le solipsisme et l'impasse de l'interprétation orthodoxe. Histoire terminée, histoire interminable, ainsi que le dirait L. Althusser. En fait, même l'histoire des sciences a ses
« ruses ». La question «définitivement réglée»

en 1935

rebondit en 1952, grâce à la formulation, par David Bohm, d'une version déterministe (non locale) de la mécanique quantique. Il a eu depuis d'autres théories à variables cachées. Ainsi l'impossible était devenu possible, et la valeur de toutes les démonstrations d'impossibilité (Bohr, von Neumann, Heisenberg, etc.) a été remise en question. En effet, des théories à variables cachées existaient! Ainsi, le courant réaliste a ét.é renforcé de nouveau. Entre-temps il était déjà clair que le positivisme avait atteint ses limites historiques. On pourrait dire de même pour l'interprétation positiviste de la mécanique quantique, car il était déjà possible de constater le déclin de l'École de Copenhague. Pourtant la bataille entre le réalisme et le positivisme n'était pas terminée. Ainsi, dix ans après les théories de Bohm, de Vigier et d'autres chercheurs, il y avait encore des logiciens (Jauch et autres) qui continuaient à démontrer l'impossibilité de telles théories par des arguments formels, ignorant leur existence effective. Par la suite (1964), J.S. Bell démontra que s'il y a des variables cachées locales, dans le sens d'Einstein, l'expérience doit falsifier, dans certains cas spécifiques, les prévisions de la mécanique quantique. Ainsi les variables cachées pouvaient - enfin se manifester! On a fait depuis plusieurs expériences, mais la presque totalité confirma les prévisions de la mécanique quantique. La violation presque certaine des inégalités de Bell alimenta de nouveau le débat, transféré déjà dans le domaine expérimental aussi. Ainsi, urie partie des spécialistes considèrent la violation des inégalités de Bell comme une justification des idées de Bohr, et en particulier comme preuve de la non-séparabilité des systèmes quantiques. D'autres ont abandonné la localité pour sauver le réalisme et le déterminisme. Un troisième courant, enfin, insiste sur la validité de la localité et du déterminisme, espérant le triomphe posthume des idées d'Einstein. 16

Une fois de plus, histoire terminée et pourtant interminable. Cinquante ans après la «défaite définitive» d'Einstein, le débat sur les fondements de la mécanique quantique a atteint son apogée, et se déroule, aussi bien sur le terrain de la physique et de la logique, que sur celui de l'expérience. Aussi, malgré sa prétendue défaite et malgré ses contradictions internes, le courant réaliste est aujourd'hui plus fort que jamais. Le débat en microphysique porte sur un certain nombre de notions fondamentales: réalité, causalité, déterminisme, localité, mesure, état, etc. Il ne serait pas, éventuellement, inutile de préciser, dès maintenant, le sens de certaines de ces notions. La physique préquantique était « spontanément» réaliste car elle était encore intuitive. Quelle est, pourtant, la légitimité du terme réel en microphysique? Serait-il légitime d'extrapoler ce concept d'origine macroscopique dans le domaine de 1'« infiniment» petit? Ainsi qu'on le sait, pour certains physiciens et philosophes le réel microphysique est un réel «caché», donc inaccessible à notre connaissance: une sorte de « chose en soi» kantienne. Pour d'autres, le réel s'identifie à l'ensemble des data empiriques. Ainsi, il n'est pas sensé de parler de réel comme de quelque chose qui existe indépendamment de 1'« observateur». Pour les plus « irréductibles» enfin, le réel s'identifie aux formes platoniciennes ou aux idéalités mathématiques de Pythagore. Quelle est donc la légitimité du réalisme physique, tel qu'il a été, par exemple, professé par Einstein? D'une manière analogue, la physique classique était « spontanément» déterministe: Telle cause, tel effet (Newton). Pourtant, qu'est-ce que veut dire cause? La relation causale est-elle une relation interne et génétique (Aristote) ou bien se réduit-elle à une relation temporelle (Hume, positivisme)? Une bonne partie des physiciens soutient le deuxième point de vue. Acceptons pourtant que les causes (interactions) existent. Dans ce cas-là les causes déterminent-elles l'effet, ainsi que le pensait Newton ou Einstein? Ou bien, est-ce que dans le domaine quantique se manifeste un indéterminisme intrinsèque? Est-ce que le déterminisme macroscopique n'est-il qu'une illusion et la nature ignore ce principe anthropocentrique? On sait que 17

certains des plus illustres physiciens de notre siècle (Bohr, vQn Neumann, Heisenberg, etc.) ont défendu des positions indéterministes. Enfin la localité. La physique newtonienne était non locale, car, selon son principal fondateur, les «forces» se propagent à vitesse infinie. L'électromagnétisme de Maxwell et la physique relativiste, au contraire, ont fondé le caractère local des processus physiques. Ainsi la localité entraîne la séparabilité des systèmes physiques qui sont séparés d'une intervalle du genre espace. Mais la nature est-elle en fait séparable? Les inégalités de Bell ont voulu apporter une réponse fondée sur l'expérience, qui démontrerait le caractère fictif de la non-séparabilité professée par Bohr. Or, l'expérience a falsifié les inégalités de Bell. Donc, une fois de plus Einstein est-il battu par Bohr, ici sur la Terre, tandis que tous les deux se trouvent dans le Royaume des Ombres? Le débat sur la mécanique quantique est, tout d'abord, un débat physique. Mais la physique ne se développe pas dans un topos isolé du reste du savoir. Ainsi, il ne s'agit pas seulement des fondements de la microphysique. La bataille contre (ou pour) le réalisme est une bataille épistémologique et philosophique en même temps. Derrière les arguments des deux Écoles rivales, il n'est pas difficile de déceler des présupposés positivistes et idéalistes d'un côté, réalistes et matérialistes de l'autre. Mais la philosophie, beaucoup plus que la science, n'est pas innocente. Ainsi, le débat actuel a ses motivations idéologiques, sociales et même (à travers de médiations souvent obscures) politiques.' Affirmer la faillite du déterminisme, la renaissance du pythagorisme, le libre arbitre des microparticules etc., c'est prendre des positions ayant une portée qui dépasse le domaine de la philosophie. Partir de la non-séparabilité pour aboutir à la psychokinèse et à la parapsychologie, c'est contribuer à la renaissance de l'irrationalisme dans une société qui, plongée dans la crise, cherche à se réfugier dans l'imaginaire. Les enjeux derrière le débat en mécanique quantique sont multiples. Or, ce livre se situe consciemment dans le domaine de la physique et de son épistémologie. Cela ne veut pas dire qu'il s'agit d'un livre neutre. Car, prendre partie en faveur du réalisme et du déterminisme, c'est prendre partie

18

dans la bataille plus générale pour une conception du monde fondée sur la science.

19

CHA PITRE
SUR LE CONCEPT

PREMIER
D'OBJET PHYSIQUE

Que fait la microphysique? Elle étudie les structures, les interactions et les lois de mouvement existant à une certaine échelle du réel: à l'échelle des atomes, des particules dites élémentaires, ainsi que des constituantes des particules élémentaires. Acceptons donc que les micro-objets ne sont pas des data ou des idéalités mathématiques: qu'elles sont des entités physiques, indépendantes des appareils scientifiques et des « observateurs ». Nous analyserons, à partir de cette thèse, le concept d'objet physique, avant d'aborder des questions plus spécifiques, liées plus directement à la microphysique. (Il est évident que le réalisme scientifique, qui constitue le cadre épistémologique de cet ouvrage, n'a rien à faire avec le réalisme des médiévaux qui, suivant la tradition platonicienne, acceptaient l'existence objective des concepts généraux - des universalia. Le réalisme scientifique se rapporte plutôt au réalisme aristotélicien). Comment donc définir l'objet physique? Au niveau philosophique, c'est une abstraction sans attributs. Les sciences naturelles opèrent, elles aussi, par abstraction et généralisation. Pourtant, leur objet étant le particulier, elles arrivent non seulement à décrire, mais aussi à expliquer des structures, des relations, ainsi que l'évolution des objets. Or, le mot objet possède-t-ille statut de concept scientifique? Le statut de ce concept est en effet équivoque. D'un côté, il s'agit de catégorie philosophique; en même temps il s'agit de concept physique; pourtant il ne s'agit pas de concept au sens strict du mot, tel que la masse, la charge, l'atome, le champ, etc. C'est un concept assez vague pour n'être pas scientifiquement opératoire et pourtant d'une telle généralité, 21

qu'aucune recherche ne puisse être concevable sans avoir défini son « objet ». Nous pourrions par conséquent définir le concept d'objet physique comme un concept quasiphilosophique, donc comme un concept qui: 1) N'est pas. scientifique au sens étroit du terme. 2) Malgré cela, il est une condition sine qua non pour toute science. 3) En tant que concept quasi-philosophique, il exerce une fonction de médiateur entre les sciences et la philosophie. 1.1. Le concept d'objectivité Objet (antikeimenon) veut dire ce qui est face au sujet et qui peut avoir, en conséquence, une existence, donc des propriétés indépendamment du sujet. Cette définition n'est pas généralement acceptable et l'on connaît les débats concernant le concept d'objectivité. Il est vrai qu'aujourd'hui nous avons dépassé l'époque de Hume qui «ne savait pas» et celle de Berkeley, qui s'élevait avec indignation contre cette opinion «strangely prevailing amongst men» et selon laquelle « les maisons, les montagnes, les rivières, en un mot tous les objets sensibles, ont une existence naturelle ou réelle, non perçue par la pensée »1. Le solipsisme est une thèse insoutenable. Pour l'éviter Berkeley postula que les objets existent, même quand ils ne sont pas perçus, dans une pensée infinie: celle de Dieu. D'une manière analogue il existe de nos jours des physiciens et des philosophes qui expriment la même indignation que Berkeley contre le « réalisme métaphysique» qui affirme que « les choses existent réellement» (Heisenberg). Or, la question est devenue aujourd'hui plus délicate. On sait, par exemple, que les objets microscopiques ne sont pas les particules compactes, dures et sans qualités de la physique mécaniste-matérialiste que Berkeley combattait. Ainsi, pour prendre un exemple, Heisenberg était arrivé à la conclusion que «les atomes et les particules élémentaires ne sont pas réels» et qu'« ils forment un monde de potentialités ou de possibilités plutôt qu'un monde de choses ou d'événements ».
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G. Berkeley, Principles of Human Knowledge, The Open Court Pub!. 1950, ~ 4.

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Lui, pourtant, ne pouvait pas se réfugier dans une pensée éternelle pour résoudre la contradiction. Il fut ainsi obligé d'admettre, dans une logique plutôt incohérente, qu'au moins les objets macroscopiques ont une existence objective2. Considérer pourtant le monde macroscopique comme réel et le microscopique comme une simple potentialité, ou, encore pire, comme une idéalité mathématique, c'est mettre de nouveau à jour une contradiction que même Platon n'a pu résoudre. En effet, le débat philosophique est ancien. Ainsi, Aristote répondait aux «positivistes» de son époque: « Quant à essayer de démontrer que la nature existe, ce serait ridicule; il est manifeste, en effet, qu'il y a beaucoup d'êtres naturels. Or, démontrer ce qui est manifeste par ce qui est obscur, c'est le fait d'un homme incapable de distinguer ce

qui est connaissable en soi et ce qui ne l'est pas »3.
Aristote pose dans la citation précédente un principe réaliste qu'il veut fonder sur l'intuition. Pourtant, l'intuition ne suffit pas pour l'analyse du concept d'objectivité dans le domaine du microphysique. La microphysique, en effet, a dépassé depuis le début du siècle la conception mécaniste, car le concept d'objet physique s'est avéré un concept multivalent. Aussi, au dynamisme propre des objets fut intrinsèquement mêlée la relation dynamique entre l'objet et l'appareil de mesure. En effet, pendant certains types de mesure l'objet se transforme, des éléments de réalité préexistants disparaissent et d'autres surgissent par la transformation d'éléments caractérisant l'état avant la mesure4. L'interprétation positiviste des relations entre le potentiel et le réel domina la physique pendant le dernier demi-siècle. Mais cette interprétation n'est pas la seule possible, ainsi que le démontre le long débat auquel ont participé les plus éminents des scientifiques et des philosophes de notre époque. La microphysique, plus généralement, constitua le point de départ d'un nouveau courant subjectiviste, lié à l'École de Copenhague. Or, les spécificités des objets
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W. Heisenberg, Physics and Philosophy, Allen and Unwin, 1958. Aristote, Physique, II, 1, 193 a 3-6. , Voir sur cette question: E. Bitsakis, Physique et Matérialisme, Editions Sociales, Paris 1983.

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microphysiques ne constituent pas la négation de l'objectivité. Au contraire, elles nous amènent à l'élaboration d'un nouveau concept, celui de l'objectivité dynamique, qui présuppose aussi bien les potentialités multiples des microparticules, que le rôle actif de l'appareil, pour la détermination des éléments de réalité d'un système microphysiques. Le monde microphysique n'est ni le monde des relations mathématiques (néo-pythagorisme),ni le monde des formes de Heisenberg. C'est un monde objectif, ontologiquement autonome, décrit par des formalismes

abstraits qui reflètent ses propriétés6.
1.2. Identité et changement

Nous posons de nouveau la question: Qu'est-ce qu'un objet physique? L'aporie n'est pas neuve; pourtant, elle n'a pas perdu son actualité. De plus, si les objets existent, comment définir leur identité? Et comment l'objectivité et la permanence sont-elles compatibles avec le changement? Héraclite postula l'unité de l'être et du non-être, considérant le devenir comme le mode d'existence de l'être. Les pythagoriciens au contraire, et surtout les éléates, ont postulé l'existence de l'être immobile, identique à lui-même,
S

Voir Ie volume: The Concept oj Physical Reality, E. Bitsakis, Éd., "I. Zacharopoulos", Athènes 1983. 6 K. Popper accepte la réalité du monde des corps physiques, selon sa terminologie. Il accepte pourtant un autre monde autonome, le "Monde 3", auquel appartiennent des choses abstraites telles que les problèmes, les théories et les arguments. Le "Monde 3" est une classe de choses, un uni vers de discours. Deux livres identiques, par exemple, sont des copies différentes d'un et même objet du Monde 3. Aussi, une symphonie appartient au Monde 1 et au Monde 3. Le Monde 3 a une histoire: il commence avec l'évolution du langage humain. Le Monde 3 est réel exactement dans le même sens que le monde physique des roches et des arbres est réel (Monde 1). (Voir K. Popper, The Open Universe, Rowman and Littlefield, 1982, Addendum 1, p.113 et suiv.). Le Monde 3 de Popper rappelle le monde des idées platoniciennes et pourtant il est radicalement différent de lui: il n'est pas le monde des êtres" authentiques" de l'idéalisme platonicien, car il est lié à l'évolution de l'espèce humaine. On pourrait pourtant affirmer que le "monde" 3 n'existe que comme le résultat potentiel du fonctionnement du cerveau humain donc, qu'il n'est pas un monde réel, objectif, mais l'image subjective, toujours changeante, de la réalité (nature et société). 24

« incréé et impérissable ». L'idée même de génération et de

destruction était impensable pour Parménide, qui substitua le formel: il est ou il n'est pas, à la dialectique héraclitéenne qui dit: il est et il n'est pas7. Malgré les tendances néo-pythagoriciennes et néoplatoniciennes qui se manifestent parmi beaucoup de physiciens, la tendance aujourd'hui dominante suit Héraclite. Pourtant, le Logos d'Héraclite était une dialectique vague: un discours qui ne se dégageait pas du concret et n'y revenait pas. Or, seule une dialectique concrète permettrait de saisir la nature dynamique des objets physiques. Après Héraclite et Aristote, après Spinoza, Descartes, Leibniz et beaucoup d'autres, c'est surtout Hegel qui considéra le devenir comme le mode d'existence du réel. Le devenir pour lui était l'auto-développement de l'Idée. Au contraire, c'est à partir de l'objet concret que Marx et Engels ont essayé de rencontrer le concept. Par ce « renversement» de la dialectique spéculative, ils ont essayé de saisir le mouvement réel dans la nature. Pour les fondateurs du matérialisme dialectique, le devenir concerne aussi bien le réel que la science, qui n'est que l'étude du mouvement au sens large du terme (= changement). Comme le dit Engels «Objet de la science de la nature: la matière en mouvement, les corps. Les corps sont inséparables du mouvement [...]. C'est seulement dans le mouvement que le corps montre ce qu'il est. La science de la nature connaît donc les corps, en les considérant dans leurs rapports réciproques, dans le mouvement. La connaissance des diverses formes de mouvement est la connaissance des corps. L'étude des différentes formes de mouvement est donc

l'objet principal de la science de la nature »8.
Ainsi, la science se définit comme l'étude du mouvement. Or, pour la pensée métaphysique, depuis les Eléates jusqu'aux épistémologies formalistes d'aujourd'hui, l'existence s'identifie à la permanence. La permanence étant considérée condition nécessaire pour l'objectivité, ces épistémologues et
Voir Diels-Kranz, Die Fragmente der Vorsokratiker, I, II, Weidmannische Verlag-Buchhandlung, 1961. Pour Parménide en particulier: Y. Battistini, Trois Contemporains, Gallimard, 1965. F. Engels, in: Marx-Engels, Lettres sur les Sciences de la Nature, Éd. Sociales, 1974, p.77.

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physiciens arrivent à nier l'objectivité des particules dites élémentaires, car ces dernières se transforment sous des conditions appropriées. Ce qui' change n'est pas réel! Pourtant, la transformation est le mode d'existence de fêtre. Le changement n'est pas incompatible à la conservation, tout comme le montrent les lois de conservation qui ne se manifestent qu'à travers le changement. La transformation est la conséquence des interactions entre les objets physiques. Car les objets interagissent: ils se déterminent mutuellement et changent. Pourtant, transformation ne signifie pas négation simple de ce qui est. La négation est concrète et possède un contenu déterminé. Elle nécessite par conséquent une étude spécifique qui doit correspondre aux spécificités de l'objet. Cette étude doit porter sur ce qui change et sur ce qui se conserve, ainsi que sur les voies et les causes du changement. Mais il n'y a pas seulement les changements qui se réalisent « spontanément» dans la nature: l'intervention du scientifique par la médiation des appareils de recherche peut modifier l'objet. Comment donc établir l'objectivité des données et par là, de la connaissance? Essayons donc d'esquisser une dialectique de la permanence et du changement et, à travers elle, de l'objectivité dynamique, modalité fondamentale de la matière.
1.3. L'objet et le sujet

L'objet n'existe pas en dehors de toute détermination externe, donc en dehors de rapports spécifiques avec son milieu. Les conditions externes agissent à travers ses structures et déterminent son sort. Mais la multitude des causes externes et leurs fluctuations sont théoriquement inépuisables. Ainsi, toute définition est partielle, sousensemble appauvri dès déterminations et des propriétés réelles de l'objet. L'objet n'est pas « en soi» ; il est, en général, par rapport

à « autre chose» (Hegel). Ceci est en particulier vrai pour les
entités microscopiques. Est-il donc légitime de parler d'existence et de propriétés «en soi» pour ces êtres, souvent éphémères, qui sont les microparticules, et en particulier, 26

parler de propriétés indépendamment des appareils de mesure? Bohr, analysant la différence entre l'objet classique et quantique, avança la thèse selon laquelle l'objet est inséparable de l'appareil et de l'observateur9. Ainsi, la nonséparabilité, qui pourtant contredit le principe relativiste de transmission des interactions à vitesse finie, constitua la base pour le rejet de l'objectivité des particules quantiques. Selon cette conception, c'est l'appareil qui engendre la grandeur mesurée et par conséquent la particule, identifiée par la pensée positiviste à l'ensemble de. ses grandeurs en acte. Parler donc de particule comme une entité «en soi» c'est faire de la métaphysique. Heisenberg a introduit en physique le postulat opérationaliste1o. Une grandeur non observée n'existe pas. C'est donc la mesure qui engendre la grandeur mesurée (ceci est vrai dans certains cas, mais pas dans le sens antiréaliste de Heisenberg). Selon la formulation « logique» de ce principe, une proposition qui confère au microsystème la propriété a n'est pas vraie que si et seulement si une vérification expérimentale de cette proposition soit possible. L'affirmation précédente parait être formellement correcte. Par la suite, cette thèse a été érigée en principe celui de la non .épistémologique et même ontologique: réalité des grandeurs qui ne sont pas observées. Érigé au statut ontologique, ce principe conduit pourtant à des conclusions tout au moins paradoxales: Une particule quantique, par exemple, ne peut avoir une position et une impulsion définies (si elle a une vitesse définie, elle est nulle part !) car les deux grandeurs ne sont pas simultanément ou successivement observables. D'autres physiciens sont allés encore plus loin: Ils ont nié l'existence objective des microparticules, qui se réduisent ainsi à l'ensemble de leurs relations, et par un renversement ontologique, à l'ensemble des formules mathématiques qui expriment ces relations.

N. Bohr, Physical Review, 48, 696( 1935). Id. Atomic Theory and the Rescription of Nature, Cambridge Univ. Press, 1961. Voir W. Heisenberg, The Physical Principles of Quantum Mechanics, Dover, 1949.

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Ainsi, la formule, la symétrie ou l'équation différentielle devient l'être véritable: l'objet est «produit », comme au temps de Pythagore et de Platon, à partir du concept. Pourtant, le principe de non réalité n'est en fait qu'une version sophistiquée du postulat positiviste: «il n'y a que les' données de l'expérience sensorielle ». Ce principe implique une série de positions différentes concernant la question de l'objectivité. - La position subjectiviste: il n'existe que... - La position solipsiste: comme l'objet n'existe pas indépendamment du sujet (de l'observateur) il est une « création» du sujet. - La position idéaliste: l'essence de l'objet se réduit à le clarté des formes mathématiques (Heisenberg). On sait pourtant que 1'« observateur» ne participe presque jamais directement aux grandes expériences de la microphysique. Et si les appareils transforment ou bien détruisent les micro-objets, personne ne doute pratiquement de la réalité de « quelque chose» avant l'interaction appareilobjet, qui possédait, en acte ou potentiellement, la grandeur mesurée. La dialectique entre le potentiel et le réalisé est devenue une nécessité à ce niveau de connaissance fine des entités microphysiques. Heisenberg (et avec lui Bohr, Fock, Rosenfeld et d'autres) introduisit cette dialectique en physique. Il l'a pourtant mystifié dans le cadre de sa philosophie néoplatonicienne. Les objets apparaissent de plus en plus comme des totalités de caractère dynamique: en tant que systèmes ouverts-fermés, au sein desquels la stabilité et la transformation sont dialectiquement opposées. Objet, milieu et moyens d'expérience constituent dorénavant trois termes intrinsèquement liés, ce qui ne met pas en doute l'existence objective des entités microphysiques. On peut toujours se tenir au principe réaliste: L'objet existe indépendamment du sujet. Il a une certaine « substance» exprimée sous forme de grandeurs physiques (masse, charge, spin, etc.). Il est porteur de propriétés objectives. Sa «substance» se manifeste à travers les phénomènes, qui sont l'extériorisation en même temps que le recouvrement de structures et de relations cachées et essentielles. Ainsi, chaque objet se présente sous une forme 28

donnée, car il est un certain contenu qui n'existe que sous cette forme. Hegel disait que le contenu porte plutôt sa forme en lui-même et que seulement grâce à elle, il est un contenu vivant et animé11. De ce tout uni on isole souvent l'un des deux aspects indissolubles pour proclamer la forme, seule « réalité» ontologiquement légitime. Aujourd'hui on ne parle plus de « substance », du moins dans le domaine des sciences. On parle pourtant d'éléments de réalité (Einstein), de grandeurs et de relations comme parties constituantes d'une réalité « transcendantale », c'est-àdire, indépendante du sujet. Cette réalité est constituée de parties infimes, presque nulles. Or, ces particules qui sont le presque rien, constituent le monde macroscopique et le monde à l'échelle cosmique. Toute différence d'échelle et toute différence qualitative entre le micro et le mega, ne peut justifier la dichotomie entre ces deux domaines du réel et le subjectivisme fondé sur les particularités du monde microphysique. 1.4 Totalité et différentiation Chaque objet constitue une totalité. Il possède donc une certaine autonomie. Aussi il donne souvent l'impression d'être homogène, sans structures et contradictions. Pourtant l'identité est une illusion, car. tout objet est hétérogène et contradictoire. Structures et contradictions se manifestent dans des conditions appropriées. Même les particules dites élémentaires, considérées autrefois comme les constituantes « ultimes» de la matière, n'échappent pas à la règle: Elles sont démontrées aujourd'hui comme des entités complexes et manifestent aux hautes énergies un dynamisme multiforme, expression de leur hétérogénéité. A ce niveau d'organisation du réel se pose donc de nouveau la grande question des relations entre la partie et le tout. Chaque objet possède une dynamique interne qui s'oppose dialectiquement aux conditions. Il est une totalité au sein de laquelle autodétermination et détermination s'opposent et se complètent: l'une ne peut être sans son
Il

Hegel, Science de la Logique, Aubier, 1947, I, p. 21.

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