Cet article propose une introduction aux principales interprétations de la mécanique quantique, une théorie physique célèbre pour ses paradoxes et les difficultés qu’elle pose au sens commun. S’appuyant sur l’ouvrage de Thomas Boyer-Kassem, *Qu’est-ce que la mécanique quantique ? * (2015), il compare trois interprétations empiriquement équivalentes : l’interprétation orthodoxe, la mécanique de Bohm et l’interprétation des mondes multiples. Ces interprétations s’accordent sur les résultats observables de la théorie, mais proposent des conceptions très différentes de la réalité quantique. Elles divergent notamment sur la nature du hasard : est-il fondamental ou seulement apparent ? Elles diffèrent également sur le déroulement d’une mesure et sur le statut de la fonction d’onde. Enfin, elles offrent des images distinctes du monde : certaines décrivent un univers unique où les résultats sont déterminés de manière probabiliste, tandis que d’autres envisagent une pluralité de mondes. L’article présente ainsi ces interprétations comme des métaphysiques concurrentes associées à une même théorie physique, sans les départager sur la base de leurs prédictions empiriques.
Résumé
La mécanique quantique aide les scientifiques à comprendre les toutes petites choses.
Il existe trois grandes façons de raconter ce qui se passe à cette toute petite échelle.
Elles prédisent les mêmes résultats, mais ne racontent pas la même histoire.
Certaines disent que le hasard est réel, tandis que d’autres disent qu’il semble seulement réel.
Elles imaginent soit un seul univers, soit plusieurs mondes, et les expériences ne permettent pas de choisir entre elles.
Définitions
- Mécanique quantique : une façon d’étudier les choses minuscules, comme les atomes.
- Interprétation : une manière d’expliquer une idée.
- Hasard : ce qui arrive sans qu’on puisse le prévoir avec certitude.
- Univers : tout ce qui existe autour de nous.
- Expérience : un test que les scientifiques font pour découvrir quelque chose.
Trois façons de comprendre la mécanique quantique
La mécanique quantique est l’une des théories les plus efficaces de la physique moderne. Elle permet de prédire avec une grande précision le comportement de la matière à l’échelle microscopique et se trouve au fondement de nombreuses technologies. Pourtant, ses idées défient souvent le sens commun : un système peut sembler occuper plusieurs états à la fois, les résultats d’une mesure sont fréquemment décrits en termes de probabilités, et la notion même de réalité devient difficile à cerner.
Dans son introduction aux principales interprétations de la théorie, inspirée de l’ouvrage de Thomas Boyer-Kassem, *Qu’est-ce que la mécanique quantique ?* (2015), l’article compare trois approches majeures : l’interprétation orthodoxe, la mécanique de Bohm et l’interprétation des mondes multiples. Elles partagent les mêmes prédictions observables, mais racontent des histoires très différentes sur ce qui se passe réellement dans le monde quantique.
Une même théorie, plusieurs interprétations
Une théorie physique fournit un cadre mathématique permettant de calculer des résultats et de les confronter aux expériences. Une interprétation cherche, quant à elle, à expliquer ce que ces outils signifient : quelle est la nature des objets quantiques, que représente leur état et que se passe-t-il lorsqu’on effectue une mesure ?
Les trois interprétations présentées ici sont empiriquement équivalentes. Autrement dit, elles s’accordent sur les résultats qu’on peut observer et ne se distinguent pas, dans le cadre de l’article, par des prédictions expérimentales différentes. Leur désaccord porte plutôt sur la réalité sous-jacente à ces résultats.
Cette distinction est essentielle : comprendre la mécanique quantique ne consiste pas seulement à maîtriser ses équations. Il faut également se demander quelle image du monde ces équations permettent de construire.
L’interprétation orthodoxe : la mesure au cœur du problème
L’interprétation dite orthodoxe est souvent associée à la manière conventionnelle de présenter la mécanique quantique. Elle attribue une place centrale à la fonction d’onde, qui sert à décrire l’état d’un système et à calculer les probabilités des différents résultats possibles.
Avant une mesure, la théorie peut représenter un système comme une combinaison de plusieurs possibilités. Lorsqu’une mesure est effectuée, un résultat particulier est observé. L’interprétation orthodoxe fait donc apparaître une question délicate : comment passe-t-on de la description de plusieurs résultats possibles à l’observation d’un seul résultat ?
Ce problème est souvent désigné comme le problème de la mesure. Il met en lumière une tension entre deux aspects de la théorie : d’un côté, l’évolution régulière de la fonction d’onde selon les équations quantiques ; de l’autre, l’obtention d’un résultat déterminé lorsqu’on mesure le système.
Dans cette approche, le hasard joue un rôle fondamental dans les résultats individuels. La théorie permet de calculer les probabilités, mais ne prédit pas nécessairement quel résultat particulier sera observé lors d’une mesure donnée.
La mécanique de Bohm : des trajectoires déterminées
La mécanique de Bohm propose une autre manière de concevoir la réalité quantique. Dans cette interprétation, les particules possèdent des positions bien définies et suivent des trajectoires déterminées. Leur comportement est guidé par la fonction d’onde, qui joue un rôle physique dans la dynamique du système.
Cette description change la façon de comprendre le hasard. À la différence de l’interprétation orthodoxe, la mécanique de Bohm présente une théorie déterministe : l’évolution du système est fixée, même si les résultats observés peuvent nous sembler aléatoires. Le hasard serait alors apparent, lié au fait que nous ne connaissons pas tous les détails pertinents de l’état du système.
La mécanique de Bohm conserve ainsi une image d’un monde unique, où les événements ont une histoire déterminée. Toutefois, cette vision n’est pas une simple reproduction de la physique classique : le rôle de la fonction d’onde et la nature du guidage qu’elle exerce donnent à cette interprétation un caractère profondément quantique.
Les mondes multiples : tous les résultats se réalisent
L’interprétation des mondes multiples adopte une tout autre stratégie. Elle prend au sérieux l’évolution de la fonction d’onde et ne lui associe pas de réduction lors d’une mesure. Plutôt que de sélectionner un seul résultat parmi plusieurs possibilités, elle considère que les différents résultats se réalisent dans des branches distinctes de la réalité.
Dans cette perspective, une mesure ne fait pas disparaître les possibilités qui n’ont pas été observées. Elles correspondent à d’autres branches, souvent décrites comme des mondes multiples. Chaque observateur constate un résultat particulier dans sa propre branche, tandis que d’autres résultats sont réalisés dans les branches correspondantes.
Cette interprétation transforme donc notre image de l’univers. Au lieu d’un monde unique où un résultat est choisi, elle envisage une pluralité de mondes issus de l’évolution quantique. Le caractère aléatoire ressenti par un observateur s’explique alors par sa situation au sein d’une branche particulière, plutôt que par l’effondrement de la fonction d’onde.
Trois désaccords fondamentaux
Ces interprétations ne se distinguent pas seulement par leur vocabulaire. Elles proposent des réponses différentes à plusieurs questions centrales.
Le hasard est-il fondamental ?
Dans l’interprétation orthodoxe, les probabilités sont liées à la manière dont la théorie prédit les résultats des mesures. Dans la mécanique de Bohm, le hasard est apparent : les événements sont déterminés, même si cette détermination n’est pas directement accessible à l’observateur. Dans l’interprétation des mondes multiples, les différents résultats se réalisent dans des branches distinctes, ce qui conduit à une autre manière de comprendre les probabilités.
Que se passe-t-il pendant une mesure ?
La question de la mesure occupe une place particulière dans l’interprétation orthodoxe, où l’obtention d’un résultat déterminé doit être articulée avec la description quantique du système. La mécanique de Bohm explique les résultats à partir de trajectoires déterminées guidées par la fonction d’onde. Les mondes multiples, pour leur part, n’attribuent pas à la mesure le rôle de sélectionner un résultat unique : les différentes issues correspondent à différentes branches.
