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Elaborée depuis le début du XXe siècle, grâce au travail de quelques physiciens de génie, la mécanique quantique a des implications philosophiques d'une importance sans précédent dans l'histoire de l'humanité, qui nous obligent à considérer sous un jour nouveau les interrogations métaphysiques les plus traditionnelles. Pour comprendre ces enjeux, les auteurs de ce livre - devenu un classique depuis sa parution en 1984 - brossent l'histoire de l'élaboration de la théorie quantique et en exposent les principes fondamentaux. Ils le font en termes simples et sans recours aux mathématiques, grâce à des images insolites et des explications à la portée de tous.

A la question : qu'est-ce que la réalité ? ", la mécanique quantique apporte des réponses problématiques. Erwin Schrödinger, l'un des grands créateurs de la théorie, auteur de l'équation qui porte son nom, en était si intimement persuadé et choqué qu'il inventa un animal mythique, un chat, dont on ne pourrait dire si, placé dans certaines conditions, il serait mort ou vivant. Et de fait, jusqu'aux fameuses expériences d'A. Aspect, à Paris en 1982, la question de la réalité n'a cessé d'embarrasser les physiciens. Et pourtant, le succès de la théorie ne s'est jamais démenti, sa fécondité est remarquable, la mécanique quantique est véritablement l'épine dorsale de la science moderne. En voici l'histoire, contée par John Gribbin, avec un remarquable talent d'exposition.

Du 24 au 29 octobre 1927 se tint à Bruxelles un congrès historique, qui réunit dix-sept titulaires ou futurs lauréats du prix Nobel - l'une des plus remarquables rencontres de cerveaux jamais organisées ! L'objet du cinquième congrès Solvay était "Electrons et photons". Manjit Kuman fait revivre chacun de ces personnages et les conflits qui les opposaient. Car derrière les théories les plus abstraites se cachait l'affrontement d'hommes qui, malgré leur intelligence, pouvaient se comporter avec une extrême violence pour défendre leurs convictions. Einstein, Bohr, Planck, Broglie, Pauli, Heisenberg, Schrödinger, Dirac... Certains partageaient l'esprit de l'école de Copenhague et considéraient que la réalité dépendait des conditions expérimentales. D'autres estimaient que "Dieu" ne joue pas aux dés, et que le fameux chat de Schrödinger est soit bien mort, soit bien vivant ! La question n'étant toujours pas tranchée... Un ouvrage très documenté, qui se lit comme un roman.

Physique quantique et représentation du monde L'oeuvre d'Erwin Schrödinger, le grand pionnier de la théorie quantique, porte bien au-delà de la seule physique théorique. Les textes ici rassemblés montrent que sa pensée n'a rien perdu de son actualité. Il y évoque la « barbarie de la spécialisation » et la nécessaire intégration de la science à la culture, convaincu que la recherche scientifique doit aller de pair avec l'« enquête » philosophique et la réflexion épistémologique. Il y parle de la science d'une voix étonnamment proche, avec cet inimitable mélange de profondeur et de légèreté, et ce lumineux sens de l'analogie qui a fait le succès du fameux « chat de Schrödinger ». Ainsi Schrödinger lui-même, comme son chat, sans être vivant, n'est pas mort pour autant.

En 1905 apparaissait une nouvelle physique, qui allait révolutionner la façon de décrire la matière et ses interactions : la physique quantique. Avec elle s'ouvraient les portes d'un monde qui n'obéit pas aux lois de la physique classique : l'infiniment petit, avec ses atomes et ses particules. Elle obligea ses pères fondateurs, Einstein, Bohr, Heisenberg et Schrödinger notamment, à rediscuter le déterminisme et les critères de réalité de la physique classique, ainsi que la traditionnelle séparation entre observateur et objet observé. Pour la première fois dans l'histoire des sciences, une discipline exigeait même que soit mis en ?uvre un travail d'interprétation afin d'être comprise et appliquée : quelle sorte de réalité représente le formalisme quantique ? Aujourd'hui, quel crédit convient-il d'accorder aux diverses interprétations proposées depuis les années 1920 ? La physique quantique ne laisse pas d'intriguer, de fasciner, d'exaspérer parfois. Elle demeure pourtant méconnue, victime de stéréotypes : on l'invoque pour cautionner tel phénomène étrange, mais on néglige d'en décrire les principes fondamentaux. Quels sont ces principes qui trouvent des applications toujours plus fascinantes, du laser à la cryptographie quantique, en passant par la téléportation ? D'où provient cette incroyable efficacité de la physique quantique ?

Explication du monde à très petite échelle, la physique quantique a des implications fondamentales qui constituent de véritables défis à la logique ordinaire. La notion " d'intrication ", en particulier, explorée depuis une trentaine d'années, mène à l'existence, très contre-intuitive, d'un hasard ubiquitaire, capable de se manifester simultanément en plusieurs endroits de notre univers. Cette stupéfiante "non-localité" n'est pas une abstraction gratuite ou un jeu de l'esprit; elle a des applications concrètes en cryptographie, pour la protection des données financières, et a permis la démonstration d'une " téléportation quantique" dont même les auteurs de science-fiction ont du mal à entrevoir les infinies possibilités. Ce petit livre ne tente pas de contourner les réelles difficultés logiques imposées par la physique quantique. De "jeu de Bell " en expériences d'intrication quantique, il mène vers une solide compréhension d'un des domaines les plus fascinants de la physique actuelle.

Dans cet ouvrage, l'auteur de "A la recherche du réel" pose à nouveau les questions fondamentales de réalité, de temps et de causalité. Bernard d'ESPAGNAT le fait en chercheur, sans a priori, plaidant pour une philosophie aspirant moins à dicter ses méthodes à la science qu'à mieux comprendre les résultats factuels qu'elle nous fournit et qui dépassent le simple cadre de la technique. C'est pourquoi le lecteur trouvera des développements minutieux et solidement argumentés sur le réalisme mathématique, la notion de cause explicative et les problèmes liés à l'irréversibilité du temps. Rédigée avec le souci constant d'être comprise par des scientifiques de diverses disciplines, cette discussion rigoureuse et passionnante ouvre de nouveaux horizons à la science et passe au crible d'une clarifiante critique les perspectives ouvertes sur l'incertaine réalité.

Il y a un paradoxe de la mécanique quantique : voilà une théorie considérable de la physique contemporaine dont on est bien en peine de dire sur quoi elle porte et ce qu'elle signifie, car cela même ne va pas de soi. Le but de ce livre est de tenter d'élucider ce paradoxe. Pour cela, il convient de refaire table rase. Dans un premier temps, l'auteur entend n'appuyer sa construction que sur les certitudes tacites et les normes qui conditionnent la vie, la communication, et le travail au laboratoire. Cette façon de reconduire l'?uvre théorique aux gestes élémentaires du chercheur doit cependant éviter de n'aboutir qu'à un " empirisme dénué de sens " (Einstein). L'ouvrage apporte deux sortes de réponses à une telle critique. D'une part, on s'aperçoit que la forme de la théorie, loin d'être conditionnée par la seule nécessité de " sauver les phénomènes ", reflète de manière contraignante les conditions de possibilités d'un certain mode très général d'anticipation et d'objectivation des résultats expérimentaux. La " quantification " et les effets ondulatoires apparaissent pouvoir découler de ces conditions. D'autre part, si la référence, l'acte de visée vers un au-delà des manipulations instrumentales, ont été bloqués d'abord, ce n'était que pour mieux dégager les critères du choix qui peut être effectué ensuite entre plusieurs représentations de l'objet supposé de la physique quantique.

Certaines révolutions sont lentes et ne font pas couler de sang. Entre 1925 et 1935, la physique a connu un tel bouleversement : les atomes, ces petits grains de matière découverts quelques années plus tôt, n'obéissaient plus aux lois de la physique classique. Il fallait en inventer de nouvelles, penser autrement la matière. Une décennie d'effervescence créatrice, d'audace, de tourments, une décennie miraculeuse suffit à un petit nombre de physiciens, tous jeunes, pour fonder l'une des plus belles constructions intellectuelles de tous les temps : la physique quantique, celle de l'infiniment petit, sur laquelle s'appuie toujours la physique actuelle. Originaux, déterminés, attachants, pathétiques parfois, ces hommes ont en commun d'avoir été, chacun à sa façon, des génies. Dispersés aux quatre coins de l'Europe, à Cambridge, Copenhague, Vienne, Göttingen, Zurich ou Rome, ils se rencontraient régulièrement et s'écrivaient souvent. Leurs travaux se faisaient écho, suscitant l'admiration des uns, la critique des autres, jusqu'à ce qu'ils constituent un édifice formel cohérent. Ces hommes allaient jusqu'à puiser chez les grands philosophes une part de leur inspiration. Pris par une sorte de fièvre collective, ils pensèrent et travaillèrent avec acharnement, mais sans moyens, car c'est à la main ou à la règle qu'ils faisaient leurs calculs, par lettres ou cartes postales qu'ils correspondaient, en train qu'ils parcouraient l'Europe, en bateau qu'ils traversaient l'océan. Ce livre rend hommage à quelques-uns de ces hommes remarquables : George Gamow, Albert Einstein, Paul Dirac, Ettore Majorana, Wolfgang Pauli, Paul Ehrenfest et Erwin Schrödinger.

L'histoire de la théorie des quanta s'identifie presque avec celle de la physique moderne. Aucune théorie ne s'est révélée à ce point prestigieuse et fructueuse. Et pourtant, ses fondements n'ont cessé de poser d'immenses questions qui ont divisé les physiciens. Trois problèmes étaient en discussion (réalité, compréhensibilité, causalité) : - les entités microscopiques (électrons, photons, atomes etc...) existent-elles objectivement dans la réalité matérielle ? - si tel est le cas, peut-on comprendre la structure et l'évolution des processus atomiques et construire des modèles correspondant à la réalité ? - les lois de la physique permettent-elles d'attribuer une cause à chaque effet observé ? A ces questions, l'école de Copenhague, avec Bohr, Heisenberg et d'autres, a répondu négativement et a réussi à imposer son point de vue, en dépit des objections critiques d'Einstein, de Schrödinger, de Louis de Broglie, tenants d'une position réaliste. Des expériences nouvelles et récentes amènent aujourd'hui à une réévaluation imminente de la théorie.

Nous vivons dans un monde quantique, et tout le monde l'ignore, en dehors d'une minorité de spécialistes. Et pourtant, une platine laser, une calculette de poche sont des objets quantiques. De l'atterrissage nocturne des avions aux caisses de supermarchés, de l'ordinateur à la carte de crédit ou à l'imagerie médicale, notre environnement est quantique. L'objet quantique, c'est d'abord tout élément de la structure microscopique de la matière et du rayonnement : atomes, électrons, photons, etc. Et on peut dire que notre monde est quantique parce que la théorie des quanta nous a fourni plus de clés sur la structure de la matière que tout le reste de la science. Inventée par Planck à la fin du siècle dernier, cette théorie a été principalement développée par une pléiade de physiciens célèbres : Einstein, Bohr, de Broglie, Heisenberg, Schrödinger, Pauli et Dirac. Elle a donné naissance à la mécanique quantique. Aujourd'hui, les ingénieurs ont appris à maîtriser les êtres microscopiques pour créer, à partir d'eux, des objets industriels qui, à leur tour, méritent d'être appelés objets quantiques. C'est ce double point de vue - au c?ur de la technique la plus fine - qui fait le sujet de ce livre. Sans formule et sans jargon technique, écrit pour un large public, cet ouvrage devrait convaincre le lecteur que la science fait désormais partie de notre art de vivre.

Le pays des quanta n'a rien à envier à celui des merveilles ! Réduite à la taille d'une particule atomique, Alice y découvre d'étranges personnages : le célèbre lapin traverse devant ses yeux (grâce à l'effet tunnel) une porte hermétiquement close ; le représentant en Etats lui montre comment les électrons peuvent se trouver à deux endroits à la fois ; les trois frères Quark la font tournoyer dans une des célèbres danses du collisionneur au château de Rutherford ; elle assiste aux efforts du comptable d'incertitude pour équilibrer les comptes de la banque d'énergie Heisenberg, réduits à néant par les fluctuations quantiques... Alice fait ainsi l'expérience de divers effets quantiques, jusqu'à remonter le temps et aller à la rencontre d'elle-même.

Est-ce que quelqu'un comprend quelque chose à la mécanique quantique ? Malgré les efforts d'un grand nombre de vulgarisateurs ou de pédagogues, ce domaine de la physique reste confus et contre-intuitif pour les non-spécialistes. Brian Cox et Jeff Forshaw entreprennent dans cet ouvrage de démystifier les théories de la physique quantique. L'histoire commence avec l'hypothèse de Max Planck au tournant du XIXe siècle qui postule que l'énergie d'un corps chaud est constituée de "quanta". Cox et Forshaw explorent ensuite plus d'un siècle de découvertes et de questionnements, jusqu'au fameux boson de Higgs, clé de voûte du modèle standard décrivant la matière à son niveau le plus élémentaire.

Un ouvrage consacré au monde quantique et ses étranges phénomènes, compréhensible pour tous, et ce sans la moindre équation ? Possible, à condition d'avoir le talent de vulgarisateur de François Rothen ! Le lecteur apprendra dans ce petit concentré de savoir si le noir est réellement une couleur, ou si Dieu pratique, ou non, la télépathie. Une section entière est dédiée à la cryptographie quantique, une discipline beaucoup moins futuriste qu'il n'y paraît, puisqu?elle est déjà en train de révolutionner notre quotidien.

L'importance de la théorie quantique dans la science contemporaine n'est plus à souligner. Matérialisée dans la technologie moderne (transistors, lasers), elle continue à susciter d'âpres débats philosophiques autour de l'indéterminisme et de la non-séparabilité. Le développement de la théorie quantique et l'élaboration de ses concepts surprenants sont contés avec une simplicité et une clarté irremplaçables par Banesh Hoffmann dans sa présentation devenue classique de L'Étrange Histoire des quanta, maintenant mise à jour par les Nouveaux Voyages au pays des quanta de Michel Paty.

La science a subi une inflexion essentielle le jour où les quanta, subrepticement, s'y sont introduits. " Ce jour-là, le vaste et grandiose édifice de la physique classique s'est trouvé ébranlé jusque dans ses fondements... Dans l'histoire du monde intellectuel, il est peu de séismes qui aient été comparables à celui-là ". Dans cet ouvrage, devenu classique, Louis de Broglie expose la physique classique et retrace les principales étapes des recherches qui devaient mener à la découverte des quanta. Il décrit également l'essentiel de sa conception de la Mécanique ondulatoire. Même si ses idées ont évolué depuis, ce texte demeure fondamental pour comprendre la science de notre temps.

Si Niels Bohr (1885-1962) a introduit en physique des changements aussi profonds que ceux qui avaient accompagné la naissance de la science moderne de la nature au XVIe et au XVIIe siècle, c'est parce que, physicien, il est aussi philosophe. Le rôle fondamental qu'il joue dans la formation de la théorie quantique entre 1913 et 1927 le conduit en effet à proposer, avec la notion de " complémentarité ", une interprétation nouvelle des concepts d'objet et de phénomène qui transforme la conception générale de la science et qui anticipe sur de nombreux aspects de l'épistémologie contemporaine. L'oeuvre de Bohr s'attache à penser cette révolution dans les principes de la philosophie naturelle tels que Kant les avait définis et tels que la tradition de la physique allemande du XIXe siècle les avait soumis à un débat constant : qu'est-ce qu'une représentation, comment s'assurer de la cohérence d'un énoncé et de la vérité d'une théorie physique, qu'est-ce que la réalité d'un processus ? Dans ces textes capitaux - notamment ceux des discussions avec Einstein -, les difficultés formelles de la physique atomique ne sont pas disjointes des paradoxes qu'elles impliquaient, aux yeux de Bohr, dans les domaines du langage, de la théorie de la connaissance et des sciences humaines.

Quel est le sens des théories physiques ? Il fut une époque où le débat entre réalistes et anti-réalistes ne souffrait guère de nuances. Le réalisme scientifique était vide parce qu'il renvoyait à un ailleurs ou à un futur indéfinis ; l'anti-réalisme était aveuglé parce qu'il privait la recherche de but et de direction. Aujourd'hui, bien des réalistes ont appris à se défaire des équivalences rigides entre l'objectivité et la réalité, entre l'objet visé et la " cause " des phénomènes, entre l'invariant et l'en-soi, entre la pratique structurée de la recherche et la préexistence des structures. Et les anti-réalistes, qui adhéraient à la surface des " faits ", des opérations et des interactions sociales, n'ignorent plus les projets, les engagements et les valeurs. Ni les uns ni les autres ne se satisfont désormais d'un strict dualisme entre le donné et le construit. La voie s'en trouve dégagée pour une réappréciation des " étrangetés " de la mécanique quantique : elles ne témoigneraient pas de la distance excessive qui nous sépare du réel ; elles ne nous contraindraient pas davantage à l'agnosticisme. Elles sont peut-être le signe ambigu mais récurrent de l'aveuglante proximité du réel. Reprenant en partie certains de ses propres travaux de recherche, Michel Bitbol appuie ces orientations sur des études de cas concernant l'atomisme, le " vide quantique ", le hasard, la naissance des théories physiques du XXe siècle et le concept d' " état relatif ".

La nature de la physique Quelle est la nature du savoir qu'élaborent les sciences physiques ? Quelle est la nature du monde qu'elles nous découvrent ? C'est à cette double interrogation que répond, dans un style inimitable, l'un des plus grands physiciens de notre temps. Panorama du développement des sciences physiques et méditation sur leur caractère, La Nature de la physique traite aussi bien de la physique classique que de la plus récente. S'y ajoutent deux conférences et un entretien où Richard Feynman développe une conception stimulante du rôle éducatif et culturel de la science, et des problèmes de sa diffusion.

Qui peut se vanter d'avoir " son " atome, et d'avoir fait passer sa ville à la postérité ? L'" atome de Bohr " fait partie de l'histoire de la physique, tout comme " l'interprétation de Copenhague ", qui marque la naissance de la physique quantique. C'est en effet à Copenhague que le physicien danois Niels Bohr (prix Nobel de physique en 1922) réunit dans les années 1920 et 1930 un groupe de brillants physiciens avec qui il défricha les bases théoriques et expérimentales de la nouvelle physique, inventant pour l'expliciter un langage tout aussi novateur. Du noyau atomique à la bombe, de réflexion philosophique en discussion contradictoire avec Einstein, ce petit livre invite à mieux connaître un homme hors du commun, et fait revivre une époque charnière pour notre compréhension du monde.

Avec les théories de la relativité, la physique quantique est une de ces révolutions conceptuelles qui ont, au cours du XXème siècle, tout changé à notre compréhension de la nature. Si fascinantes que soient ses applications - laser, cryptographie, GPS, ordinateur, imagerie médicale - la physique quantique fait cependant intervenir des paradoxes déroutants pour notre logique ordinaire. Pénétrer les arcanes du monde quantique, c'est donc aussi accepter d'utiliser le langage des équations, dont les auteurs donnent ici une approche accessible et graduée, n?excédant pas le niveau du premier cycle universitaire et n?oubliant jamais les vertus de l'approche historique. Se révèle ainsi l'univers fabuleux des particules élémentaires, des forces fondamentales de la nature, de la cosmologie et des énigmes de l'espace-temps, thèmes sur lesquels doit s'édifier toute réflexion moderne sur la nature et ses lois. Mais acquérir une certaine familiarité avec le monde quantique ne signifie pas en pénétrer tous les mystères. À propos de la déconcertante « non-localité », qui met en communication deux systèmes quantiques que rien ne relie, les auteurs préviennent qu'il est tout juste possible de développer une « intuition quantique ». Voilà de quoi réveiller les neurones les plus assoupis.

La physique quantique, qui décrit l'infiniment petit, nous fait entrer dans un monde étrange où les règles du jeu se distinguent profondément de celles qui régissent notre quotidien. Cet ouvrage explique le plus simplement possible ces lois bizarres de la physique quantique, que les physiciens ont dû patiemment apprivoiser. Depuis plusieurs décennies, la physique quantique se répand hors du domaine réservé des laboratoires, des amphithéâtres universitaires et des revues scientifiques. Elles s'immisce dans les yeux artificiels des lecteurs de disques, comble les lacunes des mémoires synthétiques et orchestre les myriades d'étincelles électroniques des ordinateurs. En quelques courts chapitres, ce livre présente les idées qui structurent la théorie quantique et ébauche leurs connexions avec les technologies de pointe.

Werner Heisenberg fut, des années durant, l'un des scientifiques occidentaux les plus redoutés. Et pour cause ! Il dirigea le programme allemand d'armement nucléaire pendant la Seconde Guerre mondiale. Une collaboration avec le régime nazi qui lui valut d'être emprisonné en Angleterre et assombrit un legs scientifique pourtant extraordinaire. Lauréat du prix Nobel de physique en 1932, Heisenberg est à l'origine de la première formulation de la physique quantique. Mais il reste surtout associé au principe d'incertitude qu'il découvrit en 1927. L'observateur, postule le scientifique, influe sur la réalité qu'il est en train de regarder. Ce principe constitue l'une des grandes avancées de la physique moderne. Il laissa néanmoins perplexes nombre de ses contemporains, à commencer par Einstein qui écrivit en forme de protestation : « J'aime à croire que la Lune est toujours là, même si je ne suis pas en train de la regarder »

" L'univers est-il accessible à la connaissance humaine ?" Malgré d'extraordinaires progrès, la science n'est pas parvenue, jusqu'ici, à apporter de réponse rationnelle à cette question - pire, elle a fini par obscurcir la notion de réel, qui paraissait pourtant évidente, remettant très profondément en cause les conceptions de base de la physique classique. D'où la question que l'on ne peut plus éviter aujourd'hui : quel est vraiment le contenu, c'est-à-dire la signification, d'une théorie physique fondamentale ? C'est tout le problème de l'interprétation qui est ici discuté par Marceau Felden, professeur de physique à l'Université de Paris XI-Orsay et à l'École supérieure d'Électricité. Une analyse critique rigoureuse de la physique actuelle mène l'auteur à mettre en évidence trois discontinuités qui conduisent irréductiblement à distinguer physiquement trois domaines complémentaires : le microcosme, le mésocosme et le mégacosme. Il montre que l'analyse de leurs spécificités respectives nécessite des descriptions différentes. Dès lors, le concept de réel- en fait de nature ontologique, mais en n'oubliant pas que c'est l'homme observateur-ne peut plus avoir la même représentation ni la même signification, dans chacun de ces trois domaines. Ce qui, entre autres conséquences, permet de poser en termes nouveaux le problème de l'interprétation de la physique quantique. Cet examen critique, qui est fondamentalement celui de nos possibilités d'accès à la connaissance scientifique, conduit finalement à remplacer la question initiale par la suivante : " Que peut-on connaître de l'univers? "