L'ordre quantique

Louis-José Lestocart

Description

Au-delà de la définition d'un ordre quantique à travers ses étapes historiques menant aux théories et pratiques actuelles de l'Information quantique, Complexité et quantique sont reliés via décohérence de Zurek (transition du quantique au classique : soit la dynamique), transitions de phases et brisures de symétrie de Landau (1937), entropie thermodynamique, complexité algorithmique. Motifs retrouvés dans le cerveau où complexité et quantique se mêlent pour créer perception et processus cognitifs.

Sujets

• Philosophie
• Sciences et techniques

Informations

• Publié par: L'Harmattan
• Date de parution: 01 février 2014
• Nombre de lectures: 72
• EAN13: 9782336337777
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

POÏESIS

LouisJosé Lestocart

L’ordre quantique

Préface de Simon Diner

L’ORDRE QUANTIQUE

Poïesis Collection dirigée par Louis-José Lestocart Le but dePoïesisde questionner le rapport Art/Science est via la Complexité et d’ancrer que la Connaissance participe d’une vision et d’une approche transdisciplinaires, et forcément réflexives ; «poïesis» désignant l'action de créer, de fabriqueren train de se faire. Dans cette optique, les œuvres, « objets complexes », qu’elles soient artistiques (y compris films, films expérimentaux, animations, etc.) ou littéraires, sont considérées à l’aune des neurosciences, de la philosophie et de l’épistémologie.Poïesisce décloisonne- prolonge ment de savoirs, en accueillant des essais de sciences humaines et sociales et des écrits littéraires. Déjà parus Louis-José Lestocart,Essai sur les figures de l’esprit, 2010. Louis-José Lestocart,L’expérience dynamique, 2012.

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Louis-José Lestocart L’ORDRE QUANTIQUE

Préface de Simon Diner

Du même auteur Entendre l’esthétique dans ses complexités, L’Harmattan, 2008 Montalvo Hervieu(coauteur), Textuel, 2009. L’Intelligible Connaissance esthétique, L’Harmattan, 2010 Essai sur les Figures de l’Esprit. Culture non linéaire et naissance des formes, L’Harmattan, 2010. L'expérience dynamique, L’Harmattan, 2012 Esthétique et Complexité(co-dir.), tomes I et II, CNRS éditions, 2011 et 2014 © L’Harmattan, 2014 5-7, rue de l’Ecole-Polytechnique, 75005 Paris http://www.harmattan.fr [e-mail] ISBN : 978-2-343-02305-2 EAN : 9782343023052

Préface L’ordre quantique : un coup d’état La théorie quantique est un des plus grands défis scientifiques et philosophiques du XXème siècle. Ce livre relève le défi de rendre compte de cet épisode historique dans un certain détail avec fidélité et d’en tirer des images concernant le cerveau. L’histoire commence en 1924, lorsque Louis de Broglie suggère que toute particule microphysique est accompagnée d’une onde. Tout le siècle va discuter de la nature de cette onde. En cherchant à établir une équation pour elle, Schrödinger trouve une équation d’évolution pour un objet abstrait : la fonction d’onde qui caractérise l’état du système. C’est l’interprétation de cet état qui va faire problème. En 1927 Max Born propose d’interpréter l’état comme une amplitude de probabilité. C’est l’interprétation dite de Copenhague qui va s’imposer à une majorité de physiciens, malgré les réticences de de Broglie, Schrödinger et Einstein. Il apparut très vite que le débat mobilisait deux camps traditionnellement opposés, les réalistes et les empiristes. Derrière la scène se mène tout un combat idéologique. On veut en rendre compte ici. Derrière tous les travaux se cache une position sur la signification de l’état qui n’est pas toujours claire pour les auteurs eux-mêmes. Le réalisme scientifique est une attitude ontologique (métaphysique) et épistémologique affirmant qu’il existe une réalité indépendante de tout observateur et que les théories scientifiques, même lorsqu’elles s’aventurent au-delà de l’observable, se réfèrent à cette réalité. Le but de la science est de donner une description littérale et objective d’un monde fait de lois, d’entités, de propriétés et de relations, et son succès confirme la justesse de cette attitude. C’est une théorie de la connaissance des objets indépendante de notre esprit. L’antiréalisme envisage que les objets de la connaissance sont constitués par notre esprit, par notre perception ou notre raison. Dans la science contemporaine, le principal problème épistémologique concerne l’existence des non observables, entités invisibles postulées par de nombreuses théories scientifiques. L’empirisme est une position épistémologique affirmant que toute la connaissance ne provient que de l’expérience ou de l’observation. Attitude opposée au rationalisme. Les axiomes, les hypothèses et les principes généraux ne sont pas utiles pour la connaissance. La théorie s’établit à partir des faits expérimentaux par induction. C’est le programme scientifique de Newton, appuyé par la philosophie de Locke, Hume et Berkeley en Angleterre. Attitude opposée à celle des rationalistes continentaux, Descartes, Spinoza et Leibniz. On doit cependant remarquer que c’est Descartes lui-même qui est le point de départ de ces deux courants de pensée. Comme le dit Husserl deux lignes de développement partent de Descartes. L’une d’entre elles, la ligne du rationalisme, nous conduit par

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Malebranche, Spinoza et Leibniz, jusqu’à Kant, le point de rebroussement. Ce qui règne ici est la conviction qu’il est possible de réaliser une connaissance universelle absolument fondée du mondemore geometrico. C’est précisément contre cette conviction, contre une telle portée de la nouvelle science, c’est-à-dire contre sa prétention à atteindre un transcendant et finalement contre ce transcendant lui-même, que réagit l’empirisme anglais. D’où la critique de l’entendement de Locke, théorie de la connaissance naturaliste, et ses développements immédiats chez Berkeley et chez Hume. Le solipsisme est une forme extrême d’empirisme. Subjectivité et objectivité en microphysique. Le débat fait rage. Dans la littérature cela prend la dénomination : l’état quantique est-il ontique ou épistémique ? Réalité ou connaissance de la réalité ? En fait c’est la théorie de l’information quantique, la seconde révolution quantique, qui a puissamment fait rebondir le débat. Un débat qui implique aussi toute la discussion autour des probabilités objectives et des probabilités subjectives dites bayesiennes. Un débat qui risque de se prolonger longtemps car l’objectivité est difficile à établir dans son cocon de réalisme métaphysique et la subjectivité se heurte à la délicate définition et description du sujet connaissant. Il faudra beaucoup d’avancées dans les sciences cognitives et dans la définition du concept d’information pour que le débat progresse. Le réalisme structural pense qu’à l’intérieur d’un cadre théorique donné, ce ne sont pas les entités qui sont douées de réalité mais les relations entre ces entités. Les théories ne nous parlent pas des objets dont le monde est fait mais de structures et de relations. Une bonne théorie serait donc un reflet de la réalité structurale de la nature. Les structures mathématiques d’un « Comme si » livreraient donc les structures mathématiques du « Comme ça ». Une telle pensée sous-tend toute l’activité de modélisation et de simulation de la Cybernétique contemporaine, qui est parfaitement consciente de la multiplicité possible des réalisations d’une même structure par les modèles mis en place pour le fonctionnement d’une boîte noire. Ceci apparaît clairement dans l’existence des différentes interprétations de la Mécanique Quantique. Mais ceci se manifeste aussi dans l’existence de principes de correspondance entre théories, où l’on voit une structure se maintenir d’une théorie à l’autre, comme dans les procédures de quantification qui opèrent le passage de la mécanique classique à la mécanique quantique en maintenant la structure formelle de la mécanique classique. Les explications quantiques sont-elles structurales ? Oui et non. Les éléments d’un modèle de la théorie quantique ne ressemblent à rien dans le monde physique, et ne sont pas isomorphes aux éléments de ce monde. Ils ne représentent pas un système physique. Le réalisme structural s’inscrit dans une conception sémantique des théories, où les termes sont interprétés comme des symboles des choses. Ce qui fait de la théorie une classe de modèles selon le type de symboles utilisés. Accepter une théorie signifie

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penser que le monde est semblable ou isomorphe à l’un de ses modèles, où tout au moins bien représenté par eux. Le réalisme structural pose le problème du rapport des mathématiques à la réalité. Peut-on affirmer que les mathématiques et le monde sont construits selon les mêmes principes de la raison qui permettraient une représentation des relations logiques entre éléments du monde par des relations logiques entre éléments mathématiques ? Dans ce cas une logique universelle régirait le monde et les mathématiques. Ceci relève d’une certaine mystique à moins que l’on ne fasse intervenir la nature de la connaissance humaine. Le simulacre c’est feindre de faire ce que l’on ne fait pas. Le simulacre remplace la réalité par une réalité différente qui semble se comporter de la même manière. Un simulacre d’exécution est un comportement semblable à celui d’une exécution mais ne représente pas une exécution réelle. Alors que la représentation d’une exécution par l’image relève de la simulation. Le simulacre met en jeu lamimésisau sens de l’imitation du comportement dans son déroulement ou ses accomplissements. Le simulacre mobilise l’imaginaire et l’analogie. Un tissu est un simulacre de toile d’araignée, tout comme une simulation de Monte Carlo est un simulacre du phénomène réel représenté par une équation. L’astronomie de Ptolémée est un simulacre du mouvement des planètes. Un diagramme de Feynman est un simulacre de l’interaction entre particules. Le simulacre est un « Comme si » parfait. La cybernétique est le règne du simulacre. Le philosophe Baudrillard écrit superbement : «L’ère de la simulation s’ouvre donc par une liquidation de tous les référentiels-pire : par leur résurrection artificielle dans les systèmes de signes(…)Il ne s’agit plus d’imitation, ni de redoublement, ni même de parodie. Il s’agit d’une substitution au réel des signes du réel, c’est-à-dire d’une opération de dissuasion de tout processus réel par son double opératoire, machine signalétique métastable programmatique, impeccable, qui offre tous les signes du réel et en court-circuite toutes les péripéties». L’acte créateur de la M. Q. est donc un simulacre parfait consistant à remplacer les ondes de de Broglie par des ondes mathématiques, les états, soumis au principe de superposition. Au système physique succède la boîte noire, l’objet physique sans intérieur. Le chat de Schrödinger, Alice et Bob sont des fictions. La règle du jeu veut que l’on s’abstienne de toute considération sur la nature réelle du système microphysique. Seules ses manifestations extérieures sont prises en compte. Le système lui-même est représenté par un simulacre qui met en place une corrélation ondulatoire entre l’observable position et l’observable moment. Corrélation forte entre les distributions de probabilité de la position et du moment pour un état donné à travers la transformée de Fourier. Le cœur du simulacre est là. Le simulacre se dévoile lorsque l’on remarque que l’équation de Schrödinger, stationnaire, est identique à l’équation de Helmholtz pour les ondes réelles. La mécanique quantique de par son caractère abstrait a toujours laissé dans l’esprit des gens flotter une ambiguïté sur l’objet du discours : une réalité

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physique intrinsèque ou une mise en ordre des observations possibles. Cette dernière interprétation a pourtant judicieusement été soulignée par Jean Piaget dans sonIntroduction à l’épistémologie génétique, où il la rattache à sa doctrine du constructivisme. Mais les physiciens à tort ne lisent pas cet ouvrage. Une autre source de difficultés provenait du manque de compréhension du sens de la superposition des états qui n’exprime pas une quelconque coexistence d’états en résonance. Une telle interprétation véhiculée par les chimistes à propos de la théorie de la mésomérie ou théorie de la résonance, a été très justement sévèrement critiquée par les savants marxistes 1 soviétiques. Cette critique discréditant la théorie de la mésomérie comme une théorie idéaliste occidentale a contribué à stériliser la chimie théorique en URSS, pourtant en essor avec le livre de K. Syrkin et M. E. Diatkina. Il était pourtant évident pour tous les quanticiens que les trois formules mésomères de F. Kékulé pour le benzène n’impliquaient pas que «l’électron saute d’une formule à l’autre à la vitesse de la lumière» mais représentaient trois états possibles à additionner selon le précepte de linéarité de la mécanique quantique. Cette notion d’état quantique reste encore aujourd’hui largement incomprise dans la littérature générale où l’on trouve souvent écrit que l’observation modifie le système physique alors qu’elle modifie l’état, c’est-à-dire l’information de l’observateur sur le système. La mécanique quantique est fondée sur la notion d’état. L’état dans une théorie physique c’est ce qui évolue dans l’équation d’évolution. C’est l’objet mathématique qui peuple l’espace de phase. C’est la structure géométrique de l’espace de phase qui donne son caractère spécifique à la théorie. Toute théorie physique s’accomplit en s’incarnant dans une structure mathématique qui garantit la robustesse de son architecture. La mécanique 2 classique hamiltonienne est une géométrie symplectique . La géométrie naturelle de la mécanique classique n’est pas la géométrie euclidienne car les droites ne sont pas conservées lors de l’évolution d’un système mécanique. La géométrie symplectique, sous son ancien nom «théorie des transformations canoniques», a été profondément renouvelée récemment et sert de langage commun à de nombreuses théories de la physique. La relativité restreinte est liée aux propriétés du groupe de Lorentz. Le m odèle standard des particules et des champs est une construction théorique de la physique des particules élémentaires décrivant leurs interactions électromagnétiques, faibles ou fortes. Modèle unifié des particules et des champs, construit avec un objet géométrique de la théorie des champs 1  Soit, en chimie, une délocalisation d’électrons dans les molécules conjuguées, représentée par une combinaison virtuelle de structures aux électrons localisés (mésomères ou formes de résonance). (N. d. E.) 2  Née de la volonté d’une formulation mathématique naturelle à la mécanique classique, la géométrie symplectique est à la rencontre de la géométrie différentielle et des systèmes dynamiques. (N. d. E.)

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vectoriels, le champ de jauge. Champ vectoriel assurant l’invariance des équations du mouvement par rapport à une transformation de jauge (invariance de jauge), c’est-à-dire une transformation dans l’espace interne Un champ de jauge est «une connexion sur un fibré principal vectoriel» dont le champ électromagnétique classique offre un bon modèle. C’est l’emploi de cet objet géométrique complexe qui permet l’obtention d’une théorie unifiée, soulignant par là une fois encore le rôle majeur joué en physique par le langage mathématique, qui projette une grille logique sur la nature. L’état quantique est l’objet mathématique qui évolue selon l’équation de Schrödinger. C’est un vecteur dans un espace de Hilbert abstrait ce qui assure le principe de superposition. L’espace des états de tout système quantique est un espace vectoriel sur le champ mathématique des nombres complexes. Il en résulte que presque toutes les constructions de l’algèbre linéaire complexe, avec ses opérateurs et ses états propres, se sont transformées en un appareil utilisé pour la formulation des lois fondamentales de la nature : de la théorie de la dualité linéaire, expliquant le principe quantique de complémentarité de Bohr, à la théorie de la représentation des groupes, expliquant le tableau de Mendeléev, la « zoologie » des particules élémentaires et même la structure de l’espace- temps. Illustrons par quelques citations de physiciens le caractère épistémique de l’état en M. Q. Des citations qui témoignent de ce que la notion d’état est au centre de toutes les interprétations de la mécanique quantique. Réalité physique ou instrument de prévision ? «Le vecteur d’état n’est qu’une expression abrégée de la part de notre information concernant le passé du système qui se trouve signifiante pour la prédiction du comportement futur autant que faire se peut.» (E. Wigner 1963). «L’état n’est pas une propriété objective d’un système individuel, mais l’information, obtenue à partir de la connaissance dont le système a été préparé, qui peut être utilisée pour effectuer des prédictions sur les mesures à venir. L’état d’un système classique est une propriété objective et de ce fait ne peut changer que sous l’effet des lois de la dynamique. Un état en mécanique quantique étant un résumé de l’information de l’observateur sur un système individuel se modifie à la fois de par les lois de l’évolution dynamique, et chaque fois que l’observateur acquiert une nouvelle information sur le système par un acte de mesure. L’état est une construction de l’observateur et non une propriété objective du système.» (J. B. Hartle, 1968). «La spécification de la manière dont un système physique a été préparé est transcrite dans une fonction d’onde Y(x)(…)L’hypothèse métaphysique selon laquelle la fonction d’onde représenterait l’évolution des choses réelles n’est pas raisonnable (…)La théorie quantique ne contient rien qui puisse être regardé comme une description de qualités ou de propriétés de la nature localisées en un point ou dans des régions infinitésimales du continuum de l’espace temps. Les fonctions d’onde ne sont simplement que des dispositifs symboliques abstraits.» (H. P. Stapp, 1972). «Ainsi le vecteur d’état est beaucoup mieux envisagé comme un élément syntactique utilisé dans l’expression de certaines qualités physiques, et non

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