Lettre de septembre 2019 1000000000000000000000000000000 Retour à Journal

Réflexions sur la Physique Quantique après le cataclysme EPR, 2e partie

10Les bizarreries de la Physique Quantique vont-elles nous servir ou nous égarer ?


Continuons nos réflexions sur les chemins sinueux où nous conduit la Physique Quantique. Ses résultats expérimentaux, en particulier la mise en évidence de l’intrication, ont terrassé toutes les objections et les critiques. Sommes-nous face à un monstre invincible, qui avance inexorablement et finira par nous engloutir ?

Pour orienter nos réflexions, j’ai suggéré de suivre deux livres qui discutent du rôle de la science dans notre civilisation. Le premier, La science est-elle un conte de fées?, de Frédéric Chaberlot, a été présenté dans la lettre précédente. C’est le témoignage d’un enseignant du gymnase (du "lycée" en France), physicien et docteur en histoire de l’astronomie.

Dans les grandes lignes, le livre tente d’abord de définir la science parmi toutes les connaissances humaines. En fait, elle s’avère plus une méthode qu’une connaissance, car ses affirmations sont sans cesse soumises au débat critique et évoluent souvent. Quel crédit alors leur accorder ? Les multiples opinions sur ce sujet sont passées en revue, des plus optimistes aux plus sceptiques. Et les chercheurs scientifiques, qu’en pensent-ils ? Accaparés par les détails de leur travail, ils ne s’en soucient guère. Pourtant, entraînés dans une logique qui les dépasse, ils pourraient bien nous conduire vers un avenir inquiétant... Le livre poursuit en abordant la perception de la science dans la société, citant plusieurs études. Si elle inspire souvent de la méfiance, ses applications par contre sont adoptées sans aucune réserve.

Le second livre qui nous guidera s’intitule Itinéraire de l’égarement et porte le sous-titre évocateur Du rôle de la science dans l’absurdité contemporaine. Son auteur Olivier Rey est à la fois mathématicien et philosophe. Après avoir enseigné les mathématiques à l'École Polytechnique, il enseigne aujourd'hui la philosophie à l’Université de Paris 1. Il est l’auteur de nombreux ouvrages, publications et prises de position, dénonçant l’impasse où le goût de la modernité à tout prix, généré principalement par la techno-science, nous a engouffré.

L'Itinéraire de l’égarement est le résultat de 12 ans de réflexions et d’une vaste culture scientifique, littéraire et philosophique. Le livre fourmille d’idées originales. Il dresse d’abord un constat de la situation, sans complaisance, puis cherche les motifs qui nous y ont amenés, alors qu’à l’origine la science était ouverture et émancipation. D’où vient le malentendu ?

Je donne ci-dessous quelques réflexions qui m’ont été suggérées par ce livre, agrémentées de mes commentaires. Je vous conseille vivement de consulter l’ouvrage pour compléter mon propos.


1. Le constat

Le constat de l’état et de l’évolution de notre civilisation est sévère. La techno-science a pris une place écrasante dans nos sociétés, nos vies et nos mentalités. Une course en avant effrénée nous guide vers des lendemains que nous ne choisissons plus. S’arrêter pour réfléchir n’est pas possible sans risquer de manquer le train. Et revenir en arrière est une option ridicule.

Pourtant la science, à ses début, au XVIIe siècle, promettait des merveilles. Elle prédisait la découverte, petit à petit, de toutes les lois de la nature, obtenue seulement par observation et déduction rationnelle. L’humanité parviendrait ainsi à dominer complètement la création, achevant le programme que Dieu lui avait assigné. Il en suivrait une ère de félicité, l’homme acquérant ainsi une liberté inconnue, et, conséquence des plus agréables, un confort sans limite.

Quatre siècles plus tard, l’explosion de liberté et de confort est bien là, bien que partielle. La durée de vie a doublé, mais les dernières années sont plus pénibles. La mortalité infantile a chuté drastiquement, mais les échecs n’en sont que plus dramatiques. Beaucoup de maladies sont vaincues, mais de nouvelles apparaissent. Les soins ont tant progressé que les moindres douleurs nous sont insupportables. Les machines nous libèrent des tâches physiquement pénibles pour nous en donner d’autres stressantes. Enfin tous ces progrès, pour spectaculaires qu’ils soient, ne profitent qu’à une partie de l’humanité.

Mais parallèlement à ces avancées de la technologie, il faut citer son pouvoir destructeur : le développement insensé des armes, en particulier atomiques, pouvant détruire toute l’humanité, la pollution étouffante, la manipulation génétique du vivant à des fins commerciales, l’intelligence artificielle remplaçant l’intelligence consciente et finalement la destruction de la planète comme conséquence de notre civilisation industrielle.

Ces critiques semblent ne s’adresser qu’aux applications de la science, et non a celle-ci. Or rien n’est moins sûr. La science est fondamentalement responsable de ces dérives. Elle a comme stratégie de tout mettre en doute, de ne rien retenir du passé qui ne soit nouvellement revérifié. Elle ne donne aucun crédit à la culture et aux traditions. Comme l’enfant ne saurait vivre sans la protection et la transmission de ses parents, ainsi l’humanité ne peut se passer d’une continuité entre passé et présent. La rupture permanente comme programme, c’est la déstabilisation continue assurée.

Les humains ne s’y trompent pas. Désirant résister à la science, sans renoncer au confort de ses applications, ils se lancent dans les religions les plus diverses, parfois de façon puérile, dans les pratiques méditatives orientales, les médecines alternatives, l’astrologie, les populismes de tout poil, et pour couronner le tout, dans un consumérisme débridé.

Peut-on dès lors se ressaisir, tenter de penser où l’on va, essayer de changer de direction pour mener la vie qu’on voudrait vraiment ? La chose n’est pas aisée, car nous avons incorporé la méthode scientifique dans notre mentalité. On nous a appris que nos tempéraments sont des questions de métabolisme, que nos réactions dépendent d’un jeu d’hormones, que nos souvenirs sont des connexions de neurones, et que nos affects sont gérés par nos gènes. On s’est débarrassé de tout mythe et de tout mystère. La science ne fait pas dans la poésie, d’ailleurs elle ne fait plus partie de la culture. Sur le sens que peut prendre notre vie, elle ne dit rien.


2. L’idéal originel la science

Or c’est tout autre chose qu’avaient en tête les pères fondateurs de la physique, la base des sciences, aux XVIe et XVIIe siècles. Nicolas Copernic, Giordano Bruno, Galileo Galilée, Johannes Kepler, René Descartes et Isaac Newton, pour ne citer que les plus grands, ne voulaient qu’améliorer les connaissances en associant observation et raisonnement. Ils y voyaient l’accomplissement du grand dessein que Dieu avait assigné à l’humanité, de peupler et dominer la terre. Parallèlement, ils renouaient avec le génie grec de l’Antiquité, qui faisait de la raison humaine l’outil essentiel pour interroger la nature.

Ils ne pensaient donc pas s’opposer aux textes bibliques, mais contrevenaient cependant à la doctrine officielle de l’Église catholique. Celle-ci faisait confiance absolue à Aristote sur la question des connaissances de la nature. Or les idées nouvelles heurtaient de plein fouet cette conception.

La confrontation tourna au drame sur la question de l’héliocentrisme. Elle conduisit Giordano Bruno au bûcher en 1600. Galilée, plus prudent, se renia publiquement.

Cependant, c’est un sujet d’une toute autre ampleur qui occupait les pensées de Galilée. Toute sa vie il s’est battu pour imposer une nouvelle approche de la recherche des lois naturelles, associant observation, expérimentation et mathématique. L’observation devait générer des lois mathématiques que l’expérimentation devait tester. Il donna lui-même l’exemple en étudiant la chute des corps, avec un appareillage rudimentaire. En poursuivant, on devrait trouver toutes les lois de la nature.

Pourquoi les Grecs de l’Antiquité n’y ont pas pensé ? Il y a eu de géniales tentatives (calcul du rayon de la terre par Ératosthène, de la distance terre-lune par Aristarque, théories des leviers et du poids d’un corps immergé par Archimède, etc.). Au Moyen-Age, la construction des cathédrales reposait sur une théorie mathématique de la statique rigoureuse et parfaitement fiable. Mais l’idée que toutes les lois de la nature pouvaient s’exprimer mathématiquement, suggérées par l’observation et supervisées par l’expérimentation, était proprement révolutionnaire.

Cette idée s’opposait frontalement à la physique d’Aristote. Pour le Stagirite, la science consistait à observer la nature telle qu’elle nous apparaissait. Par exemple, les choses se répartissaient en deux catégories, celles produites dans un but (les outils) et les ordinaires (les cailloux), qui n’ont pas d’histoire. Par contre, pour les hommes du XVIIe siècle, l’univers entier a été créé par Dieu. Il est donc le résultat d’un projet, d’une intelligence. L’univers est alors une gigantesque machine, dont la raison humaine devrait pouvoir déceler les mécanismes.

Il est troublant de penser que c’est la croyance en la création de l’univers qui a permis la naissance de la physique qui, un siècle plus tard, l’aura complètement oublié.


3. Le malentendu

L’achèvement du programme de la Mécanique par Newton en 1687, dans son livre Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principes mathématiques de la philosophie naturelle) est absolument grandiose. Le cadre de la physique des mouvements est parfaitement posé. Il est généré par trois principes, imposés par l’observation, qui jouent le rôle d’axiomes dans cette nouvelle mathématique. Il suffit dès lors de donner le contexte physique (les forces en jeu) pour écrire les équations du mouvement de n’importe quel objet. La résolution de ces équations n’est qu’une question de calcul. De plus Newton donne l’exemple d’une force particulière, celle de la gravitation, permettant de poser les équations de tous les mouvements dus à cette interaction, sur la terre comme dans le ciel.

Notons que la résolution de ces équations nécessitait des méthodes mathématiques inconnues. Newton dut inventer de toute pièce le calcul différentiel et intégral. Il put ainsi résoudre complètement certaines de ces équations. Dans le cas de la gravitation il réussit à montrer que le système à deux corps (par exemple soleil – terre) satisfaisait aux lois de Kepler. Mais les équations à plus de deux corps (par exemple soleil – terre – lune) restaient insolubles. Newton admettait alors qu’elles ne pouvaient pas tout expliquer et que Dieu devait quand même intervenir de temps à autre pour assurer la stabilité du système solaire.

Le système solaire représentait l’harmonie parfaite. Newton pensait sincèrement n’avoir soulevé qu’un pan du voile recouvrant les merveilles du Créateur, qu’il considérait comme le vrai auteur de ces équations. Il consacra de nombreux ouvrages sur cette question, et ses écrits théologiques dépassent en volume ceux en physique. Il n’imagina pas les débordements qu’allait produire sa découverte.

Tout ça en regardant, selon la légende, une pomme tomber de son arbre. Mais ce qu’il n’a pas vu, c’est le ver dans le fruit. Un mouvement était amorcé, qui ne s’arrêtera plus et prendra une ampleur inouïe, renversant tout sur son passage et éclipsant l’idéal originel.

Le XVIIIe siècle vit nombre d’illustres mathématiciens s’attaquer à la résolution des équations de la gravitation à plus de deux corps. Les plus célèbres sont Leonhard Euler et Joseph-Louis Lagrange. Ils ne parvinrent pas à des résolutions complètes mais établirent des méthodes d’approximation très efficaces, qui permirent de vérifier que les équations de Newton expliquaient le système solaire dans tous ses détails. L’intervention divine devenait donc superflue.

L’anecdote suivante résume bien l’attitude de la nouvelle science à ce sujet. Le grand mathématicien Pierre Simon de Laplace répondit à Bonaparte, alors premier consul, qui lui demandait où Dieu intervenait dans l’explication mécanique du système solaire : ”Dieu ? Je n’ai pas eu besoin de cette hypothèse ! ”

Ce n’est pas seulement l’intervention divine qui disparaît de la science, c’est toutes les explications par des croyances et des mystères. Elle porte un regard neuf sur la nature, animé seulement par la raison, sans poésie ni sentiments. L’individu est sacrifié sur l’autel de l’objectivité et de l’universalité.

La raison humaine se découvrit alors une puissance formidable. Elle se lancera dans tous les domaines, jusqu’à la politique. Cette soudaine confiance, renouant avec l’idéal grec antique, n’est pas étrangère à la chute de l’ancien régime en France à la fin du XVIIIe.


4. L’industrialisation

Jusqu’au début du XIXe siècle la science passionnait les esprits libres et cultivés et n’avait pas d’autre intérêt que la jouissance d’une connaissance nouvelle. Avec l’avènement de l’industrialisation la situation change du tout au tout. On attend d’elle qu’elle fournisse des applications pratiques utilisables dans les usines.

Ainsi naît la distinction entre sciences pures et sciences appliquées. Des industries surgissent dans toute l’Europe et l’Amérique du Nord. Elles demandent toujours plus de moyens et de personnel qualifié. Pour former les spécialistes nécessaires des écoles d’ingénieur fleurissent près des usines. Encouragée par les gouvernements et les puissances financières, l’industrialisation devient la priorité de la vie politique et économique.

Pendant ce temps la science pure se mue en parent pauvre et doit se battre pour continuer d’exister. Confinée dans les universités, on conteste son utilité et ses coûts. Elle tente de se justifier en arguant que les ingénieurs doivent d’abord se former en sciences de base. Comme les conséquences immenses des découvertes des sciences pures n’apparaissent que beaucoup plus tard, on oublie vite ce qu’on leur doit.

Depuis, la science souffre de schizophrénie. La recherche idéalisée, effectuée pour satisfaire la curiosité humaine, n’est acceptée par la société que pour ses applications et leurs retombées économiques.


5. Les écueils de la science

Revenons à la science pure. Pourra-t-elle un jour nous décrire le monde parfaitement ? Ou restera-t-il toujours un espace entre elle et la nature ? Cette question cruciale mérite qu’on s’y attarde.

Il se trouve que la science n’est de loin pas exempte de lacunes, de pièges, ou plus gravement, de mensonges sur ses promesses.

Les mathématiques sembleraient échapper à ces doutes. Là, la logique la plus stricte est de rigueur. Toutes les démonstrations des théorèmes suivent nécessairement des axiomes. Or si on les observe de plus haut, des surprises apparaissent.

En 1905 Bertrand Russell découvre une contradiction à l’intérieur de la théorie des ensembles, la plus limpide des constructions mathématiques.

Sous une forme popularisée, Russell énonce son paradoxe ainsi : considérons un coiffeur qui décide de raser tous les hommes de son village qui ne se rasent pas eux-mêmes, et seulement ceux-ci. Se rasera-t-il lui-même ? Si oui, il se contredira ; si non, également !

Russell résout lui-même son paradoxe en compliquant la définition mathématique d’un ensemble, ce qui alourdit et épaissit la belle théorie. Plus grave encore, Gödel publie en 1931 ses théorèmes d’incomplétudes : dans tout système d’axiomes contenant l’arithmétique, on peut construire des questions qui n’obtiennent pas de réponses, qui sont ni vraies ni fausses. Comme s’il y manquait chaque fois un axiome ! Mais en ajouter ne fait que reporter le problème !

Les mathématiques n’en continuent pas moins de se développer, en espérant ne pas rencontrer de paradoxe paralysant…

La physique, s’appuyant sur les mathématiques, hérite automatiquement de ces incomplétudes. Mais elle n’en a cure, car d’autres difficultés plus graves la rongent. Les deux révolutions du début du XXe siècle, la Relativité et la Physique Quantique, ont montré que la Physique Newtonienne est fausse ! Mais en l’absence d’une Physique à la fois Quantique et Relativiste, toujours inconnue, et qui n’existera peut-être jamais, on est contraint de se débrouiller. Selon le problème qu’on traite, on se servira de la Physique Classique, de la Relativité ou de la Physique Quantique. De toute façon, les expériences étant toujours entachées d’imprécision, on ne demande pas la perfection, des approximations suffisent souvent.

De plus la Thermodynamique, la physique qui traite des échanges de chaleur, fait intervenir l’entropie, la seule grandeur physique qui distingue le passé du futur. Or au niveau des atomes, les mouvements en jeu sont tous réversibles. Ainsi l’ambitieux programme atomique, inauguré par Démocrite, consistant à déduire de l’infiniment petit les phénomènes observés, n’est pas réalisé.

Cette fragmentation de la physique en sous-domaines comporte des frontières qu’on ne sait définir. Par exemple, dernier domaine né, la Nanophysique, regroupe les phénomènes qui concernent un petit nombre d’atomes, disons quelque dizaines, et dont le comportement n’est pas expliqué par les théories des atomes individuels ni des atomes agglomérés en grand nombre, tels les cristaux ou les liquides. Là aussi la frontière est imprécise, c’est le phénomène qui décide dans quel domaine il doit être traité.

La chimie puis la biologie héritent naturellement de ces écueils. Mais là une révolution bien plus sérieuse s’est produite, aussi grave que la révolution copernicienne. Cette dernière détrônait l’humain du centre de l’univers, tandis que la théorie de l’évolution des espèces de Charles Darwin (L’origine des espèces, paru en 1859) le déchoit de son piédestal parmi les êtres vivants. L’humain, issu du monde animal par sélection naturelle, ne se distingue plus des autres primates que par la surabondance de ses neurones.

Les conséquences sont dures à admettre. La morale en perd son latin. En fait la science continue son sape de tout sens de la vie humaine.

La Physiologie puis la Neurologie se chargent enfin de porter le coup de grâce. Tout dans l’humain se ramène à des processus physico-chimiques. La connaissance revient à des connexions de neurones et la pensée résulte d’influx nerveux, mesurés par des encéphalogrammes. La conscience n’est plus requise, son rôle est dépassé.

Olivier Rey réagit vigoureusement contre ces conclusions hâtives. Toute expérience scientifique à été conçue pour répondre à une question précise, c’est le fruit d’un projet mûrement pensé. La conscience des chercheurs scientifiques est présente à l’origine de leurs travaux.


6. Le point de vue du philosophe

Le livre d’Olivier Rey est beaucoup plus vaste et va beaucoup plus loin que ce que j’ai mentionné. C’est l’analyse d’un philosophe sur la perte de sens de la vie consécutive aux développements démesurés de la science, si disproportionnés que la philosophie a abandonné leur digestion. La science se veut objective et universelle, c’est-à-dire qu’elle regarde le monde de l’extérieur, soit d’un point qui n’existe pas. Pour y parvenir, elle ignore l’implication du sujet qui la produit, pour éviter toute subjectivité. Elle ne considère donc le monde que comme un ensemble d’objets. Ce qui ne se laisse pas transformer en objet, comme Dieu, l’âme, la conscience, ou même la pensée, est mis de côté.

Comment réagir à cette emballement ? Il est exclu de tenter de freiner le développement scientifique, qui ignore tout obstacle sur son chemin. Le peu qu’on puisse faire, c’est d’abord d’en prendre conscience, c’est le premier pas. Puis en développant la culture, au sens le plus large, englobant tant la philosophie que tous les arts, ainsi que les meilleures idées de la science, faire alors un pas de côté.


7. Conséquences sur la Physique Quantique

Revenons à la Physique Quantique. Dans le but de mieux cerner les conséquences de l’évidence expérimentale de l’intrication, j’ai présenté deux livres de réflexion sur le rôle de la science dans notre civilisation, deux livres que je trouve essentiels et leur enjeu capital. Par des chemins différents ils nous apprennent à prendre de la distance avec des affirmations sensationnelles.

Rappelons que l’intrication, mise en évidence expérimentale par Alain Aspect, fait apparaître un authentique hasard, présidant aux résultats des mesures. Il n’est pas possible de déceler qui ou quoi effectue le choix. Un mystère abyssal s’ouvre devant nous, dans le domaine où on l’attendait le moins, la physique !

La méthode alliant expérimentation et déduction logique, inaugurée par Galilée et Newton, n’avait rencontré jusque là que des succès. Mais aurait-elle une limite, qu’on atteint maintenant ?

Il faut d’abord relativiser la liste impressionnante de ces succès car on ne comptabilise pas les échecs, considérés comme des "problèmes à traiter plus tard". De plus, nous l’avons dit, la science reste morcelée et pleine de lacunes.

(Au sujet des lacunes, j’en sais quelque chose, car mon domaine de recherche est abandonné, passé de mode, bien qu’à peine ébauché et plein de promesses)

Néanmoins, les succès spectaculaires sont indéniables. Or les physiciens les considèrent comme les fruits de leur travail. Mais était-ce garanti d’avance ? N’est-ce pas une surprise, voire un hasard, que tant de phénomènes naturels se laissent décrire par une théorie mathématique ?

Qu’en disent les plus grands physiciens ? Newton trouvait absurde l’idée de forces à distance instantanées de sa théorie de la gravitation, pourtant si efficace. Cette théorie n’a eu que des confirmations pendant plus de deux siècles. Elle a permis entre autre de trouver une nouvelle planète, Neptune, en 1846. Pourtant cette merveilleuse théorie est considérée comme fausse actuellement. La gravitation générale d’Einstein, énoncée en 1917, dans laquelle il n’y a pas de forces à distance instantanées, la remplace.

N’est-ce pas curieux qu’une théorie fausse a eu tant de succès ?

Et que penser de la réflexion d’Einstein : “Ce qu'il y a de plus incompréhensible dans le monde, c'est qu’il est compréhensible.”

Pour lui il n’est pas évident que la physique, initiée par Galilée et Newton, a eu tant de résultats. Le hasard y est donc pour beaucoup. Est-ce un hasard authentique, comme celui que intervient en Physique Quantique ? Je ne saurais le dire…

En reprenant l’analyse de Karl Popper, déjà mentionnée deux fois dans ces lettres (Voir la lettre précédente), la science avance en rejetant les affirmations qui ne sont pas vérifiées par les expériences. Un processus de type apprentissage est engagé, qui nous permet, grâce à l’expérimentation, de coller à la réalité le plus loin possible. Mais personne ne peut affirmer que ce processus finira par aboutir. Popper utilise le terme de vérisimilitude pour désigner le but vers lequel la science avance, pour bien le distinguer de la vérité elle-même, qui se situe certainement au-delà, inaccessible à toutes machines et appareils.

Selon cette conception, qui rappelons-le, a l’avantage de la clarté logique, le hasard authentique doit être admis comme une curiosité de cette théorie appelée Physique Quantique. Peut-être s’agit-il d’un phénomène propre à l'histoire de cette théorie, qui ne serait pas apparu si on s’y était pris autrement ?

Concluons par la parole d’un sage, en l’occurrence Niels Bohr, déjà citée dans la lettre  L'offensive d'Einstein et l'argument EPR :
10 Il n'y a pas de monde quantique. Il y a seulement une description abstraite en Mécanique
10Quantique. Il est faux de penser que la tâche de la physique est de trouver comment
10la Nature est. La physique concerne ce que nous pouvons dire sur la Nature.


8. Référence

10La science est-elle un conte de fées? Frédéric Chaberlot, CNRS Editions, 2012

10Itinéraire de l’égarement ; du rôle de la science dans l’absurdité contemporaine, 10Olivier Rey, Editions du Seuil, 2003

10Concernant l'explication du système solaire par la mécanique newtonienne :
10Joseph-Louis Lagrange, documentaire de l'institut Henri Poincaré, 33 minutes (sur Internet)

10La connaissance objective, Karl Popper, Flammarion, voir en particulier le Chapitre 1:
10La connaissance conjecturale

10Doutes de Newton sur l’existence de forces à distance instantanées :
10L'impensable hasard; Non-localité, téléportation et autres merveilles quantiques,
10Nicolas Gisin, préface d'Alain Aspect, Editions Odile Jacob, 2012


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