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La physique quantique et son rapport au réalisme philosophique

Auteur·e·s

Adelina Bocanegra

Publié le :

13 septembre 2022

Il fut un temps où la philosophie et les sciences étaient indissociables. En effet, il était reconnu que ces deux quêtes intellectuelles tentaient de venir à bout des grandes questions philosophiques fondamentales de notre univers. On n’a qu’à se rappeler les travaux d’Aristote, dont le legs, tout autant en tant que physicien, logicien et philosophe, est indéniable. N’oublions surtout pas Descartes, Leibniz et Pascal, qui eurent tous des rapports aussi importants en philosophie et en mathématiques.

La physique quantique est une branche de la physique qui permet de comprendre et d'expliquer le comportement de la matière à l’échelle quantique, c’est-à-dire à l’échelle microscopique. Elle fut développée dans un contexte où la physique classique se trouvait impuissante à décrire de nombreux phénomènes physiques. Les idées qu’elle promeut sont révolutionnaires dans le monde de la science, car en plus d’être contre-intuitives et incroyablement ardues à concevoir, elles laissent entrevoir infiniment de questions sur la nature de la matière, de l’univers, voire même de notre existence.

 [Graphique 1 : Un atome d’hydrogène - état 1 vs. état 2]
[Graphique 1 : Un atome d’hydrogène - état 1 vs. état 2]

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[Graphique 2 : un atome d’hydrogène et son orbite d’électron]
[Graphique 2 : un atome d’hydrogène et son orbite d’électron]

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 [Graphique 1 : Un atome d’hydrogène - état 1 vs. état 2]
[Graphique 1 : Un atome d’hydrogène - état 1 vs. état 2]

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Qu’en est-il de nos jours? Quoique l’interprétation des résultats de nos recherches scientifiques  fasse appel à un raisonnement philosophique pour être clarifiée, l’importance du dialogue entre les deux avenues est souvent sous-estimée. La distension qui se fit entre leurs liens au XXe siècle est d’ailleurs regrettable, car, de nos jours, des concepts récemment mis de l’avant dans le monde scientifique sont susceptibles de nous faire reconsidérer notre conception du monde. Avec la venue de la physique quantique, notamment, le savoir que nous tenions pour acquis se montra sous un jour nouveau et nous força à mettre au défi la physique classique telle que nous la connaissions jusqu’à ce jour.


La physique quantique est une branche de la physique qui permet de comprendre et d'expliquer le comportement de la matière à l’échelle quantique, c’est-à-dire à l’échelle microscopique. Elle fut développée dans un contexte où la physique classique se trouvait impuissante à décrire de nombreux phénomènes physiques. Les idées qu’elle promeut sont révolutionnaires dans le monde de la science, car en plus d’être contre-intuitives et incroyablement ardues à concevoir, elles laissent entrevoir infiniment de questions sur la nature de la matière, de l’univers, voire même de notre existence. Je me permets de vous présenter une vulgarisation du principe à la base de la physique quantique, qui saura assurément mettre au défi votre conception de la matière qui nous entoure.


Le principe de la superposition quantique


Le principe de la superposition est le concept duquel tous les autres principes en physique quantique découlent. Avant de nous y attarder, il convient de spécifier que lorsqu’on réfère à l’étude de l’état de systèmes quantiques, on réfère à l’étude des caractéristiques propres à ce système, telles qu’à la vitesse, la position ou le spin de la particule qui compose le système. Ainsi, l’existence des objets quantiques est subordonnée à certaines caractéristiques qui leur sont propres, que l’on nomme « état ».  Un électron peut se trouver dans un état où la vitesse à laquelle il orbite autour du noyau d’un atome est de 10 km/s, comme il peut se trouver dans un état où cette vitesse est de 1000 km/s. De la même façon, il peut se trouver dans un état où sa position par rapport au noyau est x, ou plutôt y. En mécanique classique, ce concept est plutôt facile à concevoir : une balle de tennis rebondit sur la raquette du joueur à une vitesse de 10 km/h ou de 100 km/h, puis elle rebondit sur le terrain soit devant la ligne médiane de service ou derrière celle-ci. 


(Voir Graphique 1) 


Toutefois, selon le principe de superposition des états quantiques, une particule quantique peut être dans plusieurs états superposés, c’est-à-dire dans plusieurs états à la fois. Une même particule peut se déplacer à une vitesse de 10 km/s et 1000 km/s en même temps. De la même façon, elle peut se trouver à deux endroits en même temps. Je rectifie : elle peut se trouver dans une infinité d’endroits en même temps. La physique quantique conçoit d’ailleurs que lorsqu’un électron tourne autour du noyau de l’atome d’hydrogène, il est sur tous les points de son orbite à la fois. En la mesurant, on perçoit la particule dans un état déterminé, mais la réalité en est une autre :  la particule se trouve partout sur l’orbite de l’atome.


(Voir Graphique 2)


Que peut-on en retirer ?


Ce principe peut sembler n’avoir rien d’extraordinaire, mais je suis d’une opinion contraire. Il affirme, à bien y penser, que le comportement des composantes des atomes qui composent toute la matière de l’univers suit des règles qui vont à l’encontre de la conception que nous avons du temps et de l’espace. D’ailleurs, pour expliquer le phénomène, il faut faire appel à des concepts qui sont difficilement concevables pour l’intellect humain, tel qu’à des nombres complexes et des vecteurs - et non pas des vecteurs dans l’espace tridimensionnel que nous connaissons, mais d’un espace de Hilbert complexe. C’est ici que le lien entre la philosophie et les sciences me paraît essentiel, car dans la tentative de compréhension du principe de superposition quantique, plusieurs questions s’imposent : si la réalité s’avère telle qu’elle est inconcevable en faisant appel aux principes intellectuels qui régissent notre perception du temps et de l’espace, que peut-on définir comme la réalité?


Si je veux fonder une réalité sûre, par où commencer?

Y a-t-il une réalité indépendante de notre perception?

Si elle existe, est-elle intelligible?

Peut-on affirmer que la physique la décrit?


En mon sens, ces mêmes questions nous sont aussi imposées lorsqu’on est amenés à réfléchir sur l’infinité de l’univers ou les nombres complexes. Le fait que notre condition nous mène à raisonner d’une façon qui, par moments, ne nous permet pas de rendre compte de la réalité, s’impose ainsi.


Du principe de superposition quantique, je retiens que nous ne devrions jamais arrêter de remettre en question nos réflexes intellectuels. Cela est d’autant plus vrai, non seulement lorsque nous réfléchissons au comportement de la matière quantique, mais aussi lorsque nous questionnons nos idéaux, le phénomène social qui nous entoure ou les dynamiques de pouvoir auxquelles nous participons. Avoir conscience de ces réflexes, qui peuvent être issus de notre éducation, de nos expériences, ou des simples biais cognitifs qui nous accablent tous les jours, ne peut qu’élargir nos horizons et ultimement nous mener à des endroits surprenants, tels à un univers où il est possible de se trouver partout à la fois.