La mécanique quantique menacée par une théorie universelle de l’entropie-formation ?
Des trois branches majeures de la physique, c’est la mécanique quantique qui semble s’imposer mais cette hégémonie ne serait-elle pas une sorte de victoire épistémologique à la Pyrrhus ? Je m’explique. L’incroyable précision des mesures quantiques ancre dans le marbre un formalisme qui semble occulter une partie essentielle de la réalité. Sans doute pourrions-nous en dire autant de la thermodynamique et de la cosmologie. Les scrutateurs de la physique quantique peinent à l’interpréter et lui faire dire ce qu’elle signifie quant aux réalités des champs de « matière ». Ces énigmes quantiques furent la source d’innombrables conversations entre spécialistes. Dans un article paru récemment dans Nature, le statut des fonctions d’onde et des vecteurs d’état est à nouveau discuté. La signification de l’état quantique n’est toujours pas décidée. Cet article cite un propos du physicien Jayne selon lequel le formalisme quantique n’est pas uniquement épistémologique. C’est une sorte d’omelette mathématique où sont mélangés des informations décrivant la réalité du monde physique et d’autres des informations partielles que peut capter l’observateur en étudiant le système quantique. La fonction d’onde est complexe mais peut-elle représenter une sorte d’état physique se demandent les auteurs de l’article (M.F. Pusey et al. Nature physics, 8, 472-476, 2012). Et cette interrogation est cruciale parce que la science physique, hormis son efficace opératoire dans l’expérience, doit aussi fournir des représentations du réel, autrement dit, faire en sorte que la plupart des formalismes utilisés soient en correspondance avec des réalités, qu’elles soient physiques dans le monde d’action, ou métaphysique dans le monde de la substance. Bien souvent, les mathématiques noient la physique avec des correspondances, des équivalences, des théorèmes qui ont une validité incontestable dans le champ des mathématique mais sont dépourvus de signification physique. Je crois qu’il était important de faire cette mise au point qui devrait être placé au début de tout essai ayant la prétention de dire l’univers en prenant appui sur la physique théorique. Cela dit, il se peut que la cohérence des mathématiques puissent anticiper les réalités physiques et pour parler comme Galilée, le grand calculateur universel utilise un langage mathématique pour ordonner le monde en devenir.
Il y a peu, Paul Davies et Vlatko Vedral se sont livrés à une étrange conversation. La mécanique quantique serait défectueuse selon Vedral qui n’en reconnaît pas moins les succès expérimentaux de cette théorie qui « agace » avec ses superpositions d’états alors que dans le monde classique, il n’y a qu’une seule balle de golf sur le terrain. Pour Roger Penrose, cet état de fait est dû à l’intervention de la gravité alors que Vedral y voit un problème technologique lié à l’impossibilité d’expérimenter la gravité quantique. Puis envisage une conjecture plus aisée à tester en imaginant la possibilité de traquer des particules dont le statut serait intermédiaire entre celui du boson et du fermion. Cette distinction nous ramène en effet aux réalités des particules. Les fermions comme l’électron obéissent au principe de Pauli et ne peuvent pas occuper un même état. C’est ce qui rend possible la chimie avec les associations d’atomes par le biais des couches électroniques. Le photon à l’inverse est un boson. D’après Vedral, il est possible de tester la possibilité d’un statut intermédiaire mais si cette quête échoue, cela ne dira rien sur la signification quantique de cette situation.
Pour le moment, l’une des questions importantes et finalement partiellement résolue semble-t-il concerne le devenir de l’information dans les trous noirs. Nos deux confrères évoquent le revirement du « grand maître » Stephen Hawking sur ce sujet (une longue histoire racontée par Leonard Susskind). Quoi qu’il en soit, les trous noirs sont des objets étranges dont la formalisation reste pour moi un mystère lié à la conscience, à notre perception, si bien que je crois rejoindre Vedral en supposant qu’il manque un ingrédient essentiel pour l’élaboration d’une physique complète. Qui va l’emporter des trois branches de la physique ? Vedral envisage que la gravité puisse dépasser la mécanique quantique qui alors, perdrait son statut presque universel, mais cela suppose que la gravité puisse être quantifié et ce n’est pas pour l’instant à l’ordre du jour. Les scientifiques en quête de nouveauté peuvent saliver mais il ne sort rien de bien tangible actuellement. Ou bien aucun génie de la physique ne s’est manifesté, ou bien il existe une impossibilité ontologique déclinée en limite technologique. Nos petits calculs humains seraient des approximations du calculateur universel. Lequel fonctionnerait, comme l’explicite Vedral, avec des mécanismes qui nous sont étrangers du point de vue physique, comme les superpositions d’états (la cohérence) et les états intriqués (je traduis ainsi le mot anglais entanglement, lié à la non séparabilité). On se trouve donc face à un mur épistémologique
Il ne reste plus alors qu’à chercher des « noises » au formalisme quantique, quitte à couper les cheveux en quatre et les particules en deux. La mécanique quantique fonctionne admirablement ce qui n’empêche pas Vedral d’aller traquer ces éventuelles imperfections. Il met en avant la question des opérateurs. Un des postulats de la mécanique quantique dit qu’à tout opérateur correspond une quantité observable et que toute observation doit passer par un opérateur (précisons, cet opérateur est une fonction mathématique qui s’applique aux fonctions d’onde décrivant le système de la particule et cet opérateur n’est pas n’importe lequel puisqu’il doit être hermitien, autrement dit avoir des valeurs propres qui sont réelles et donc qualifiées pour décrire l’observation). J’essaie d’analyser ces remarques plus qu’intéressantes. Le monde quantique est observable avec des contraintes mathématiques très fortes, bien qu’au niveau de l’expérience, l’indéterminisme soit la règle. Ce qui laisse penser à une certaine structure dans le monde interactif et qui dit structure dit ordre dans l’information et donc un certain type d’entropie. La toile matérielle du monde n’est pas une matière informe mais une sorte de « trame particulaire » ou plus précisément un « champ de processus » quantifiés qui ne se laisse observer qu’en jouant avec les mathématiques quantiques, en opérant sur ce champ déjà structuré avec ne l’oublions pas, un dispositif expérimental capable d’effectuer des mesures très fines. Justement, c’est ce jeu d’où part Davies pour une habile conjecture à laquelle répond Vedral. Les mathématiques quantiques offrent des possibilités qui dépassent les capacités de stockage de l’information et de calcul, si bien que la physique quantique contiendrait le germe l’amenant vers son autodestruction. Non pas qu’elle devienne inopérante dans son propre champ mais plutôt qu’elle échoue à livrer une connaissance complète de l’univers. Et donc, si comme précédemment on peut affirmer avec Vedral que la mécanique quantique parle du monde physique objectif, alors on ajoutera sans trahir l’auteur qu’elle n’en parle que partiellement. En adhérant de plus à l’éventualité d’une possible révolution en physique.
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L’épistémologue se doit d’examiner le statut de chacune des branches de la physique contemporaine. Il semble acquis que la mécanique quantique est pratiquement achevée, comme peut l’être la mécanique rationnelle et la cosmologie relativiste. Reste la thermodynamique. Pour l’instant, on doit reconnaître l’efficacité opérationnelle des branches de la physique en soulignant ce qui paraît relever des limites ontologiques. La physique se veut objectivante, elle formalise l’inscription de l’objet dans le dispositif de mesure et de calcul de l’observateur mais elle rate l’objet réel. Maintenant, quel est l’objet étudié. Les particules, ou bien le mouvement des solides, ou alors le mouvement des masses dans l’univers ou enfin l’évolution d’un système au cours du temps. C’est justement cet aspect évolutif qui fait de la thermodynamique une science des transformations et surtout une science du temps. Propriété qui se traduit avec l’énigmatique entropie qui marque de son sceau la brisure de symétrie et la flèche du temps irréversible. Cette science du temps n’échappe pas au doublet ontologique universel de la forme et l’énergie. En mécanique rationnelle, la quantité déterminante est le lagrangien, différence entre énergies cinétique et potentielle. En mécanique relativiste, E = mc2. En physique du rayonnement, E = h υ. En physique quantique, H ψ = E ψ. En thermodynamique, S = k log W et E = TS. J’ai écarté l’énergie interne, U. Il y a une raison. Seule, la quantité S importe dans une thermodynamique qui se conçoit comme la « science du temps » (U est constante pour un système fermé). La thermodynamique a des accointances suspectes mais heuristiques avec la théorie de l’information. Forme, information, transformation, évolution, science du temps. Il est temps d’examiner ces questions et d’essayer de formuler les bases d’une science universelle de l’entropie ou si nécessaire, de reformuler l’entropie. Mais peut-être que le défi est hors de portée de l’entendement… Du moins le défi mathématique car il se peut que des approximations spéculatives puissent approcher le réel et en donner une représentation plus exacte. Il faudra suivre de près les explorations scientifiques de ces physiciens qui veulent en « découdre » avec le réel et qui dit découdre dit séparer les fils et les points qui tissent les champs de la nature.
119 réactions
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Dudule
21 février 2013 08:50
En vrac :
1) L’entropie thermique. Sinon, l’entropie absolue, c’est S = k ln W, avec W le nombre d’états que peu occuper un système, et k la constante de Boltzmann. Effectivement, dans l’étude des échanges thermiques, tout ça se ramène à dS=dQ/T (je ne devrais pas mettre un « d », ces fonctions ne sont pas des différentielles... mais je ne peux pas faire de « petit delta »).
Mais le produit TS n’est pas une énergie disponible. TS n’a de sens qu’en rapport avec l’énergie libre (les fonctions thermos F ou G).
Mais c’est peut-être subjectif, je vous l’accorde.
2) Ben, oui, c’est contradictoire. C’est bien le problème depuis l’origine, personne ne le conteste, mais c’est comme ça.
La fonction d’onde n’est pas associé qu’aux particules chargées. Les neutrons, par exemple. La diffraction de neutrons est utilisée en cristallographie (à l’ILL à Grenoble par exemple). Vous avez une explication corpusculaire ?
Expliquez moi le phénomène de la conduction électrique si l’électron n’a pas de comportement ondulatoire ? Le « gap » des semi-conducteurs, qui représente la diffraction des électrons par le cristal ?
Et même, le spectre discontinu des atomes, phénomène qui ne peu s’expliquer que par le caractère ondulatoire de l’électron.
Pour traiter un problème, il ne suffit pas de le nier.
La MQ est par définition irréfutable, puisque ses équations sont irrésolubles au-delà de l’hydrogène, dont on connaissait déjà le spectre à priori, par l’expérimentation.
Pas du tout ! Schrödinger a retrouvé le spectre de l’atome d’hydrogène avec son équation. Il l’a posée et l’a appliquée, il n’a rien ajusté, n’a pas fait varier des paramètres pour s’arranger. Heureusement qu’il a trouvé le bon spectre ! On ne peut pas lui reprocher de connaitre le résultat à l’avance ! On le connaissait depuis des décennies, et on ne savait pas l’expliquer (à part avec le traitement semi-classique de Bohr, qui, pour le coup, ne marche que pour les hydrogénoïdes).
Des problèmes solubles exactement analytiquement, vous en avez autant en mécanique classique qu’en méca Q. C’est pour ça que les méthodes de résolutions approchées étaient déjà bien connues. Leurs applications a l’équa. de Schrödinger appliquée aux atomes quelconques permet bien de prévoir leur spectre et leur configuration électronique.... Et personne ne s’arrange, se sont des méthodes éprouvées en mécanique classique. Ou bien on conteste aussi la mécanique classique.
Comme on dit : il n’y a que deux problèmes physiques solubles exactement en physique : Le problème à deux corps (puits de potentiel central) et l’oscillateur harmonique. C’est vrai en physique classique, et c’est vrai en physique quantique. Vous ne pouvez pas reprocher à la méca Q de ne pas pouvoir donner de solutions analytiquement exactes ! Toute la physique ne sait pas le faire dans la majorité des cas, et les cas solubles analytiquement sont les mêmes en méca Q et en méca classique !
La MQ n’a pas de découverte à son actif : tout ce qu’elle a pu faire, c’est justifier à postériori les découvertes expérimentales.
Vous êtes sûr ?
_ La supraconductivité, prévu théoriquement par la méca Q bien avant qu’on ne l’observe. Les phénomènes de condensation de Bose en général (hélium suprafluide), que personne n’avait imaginé avant de pousser les équations de la méca Q, et de les vérifier expérimentalement.
_ L’effet tunnel.
_ Les semi conducteurs (impossible de prévoir leur comportement avec la physique classique... ce ne sont pas juste de mauvais conducteurs... voir la diode Zener, par exemple).Et ce ne sont pas des phénomènes anecdotiques pour savants fous. Tous ces phénomène sont appliqués dans la technologie moderne.
http://www.supraconductivite.fr/fr/index.php?p=applications-squidNous aurions encore des téléviseurs et des postes de radio à lampe, et rien d’autre comme produit technologique sans ces simples exemples que j’ai trouvé en y pensant une minute... On doit pouvoir écrire un mémoire entier sur la question.
Sans la méca Q : un monde technologique ressemblant à celui des années 60 (ce qui ne serait pas forcément catastrophique, mais c’est une autre question).
Le problème de la MQ est qu’elle est contre-intuitive. Par conséquent, elle n’est pas utilisable. Autant repartir sur des bases plus classiques.
Des phénomènes contre-intuitifs, il y en a des tas. A commencer par la mécanique classique... Les gens n’étant pas des référentiels galiléens, ils ont mis plus de 1000 ans d’Aristote à Galilée pour comprendre les lois du mouvement. C’est contre intuitif.
Sans parler des phénomènes de précession et couple induit par des corps en rotation... complètement contre-intuitif.Le problème, c’est justement que la mécanique classique n’est pas capable de traiter les problèmes quantiques. C’est pour ça qu’on a inventer la physique quantique...
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clostra
21 février 2013 10:58
@rocla
je lis « tout bas » : « Les trous noirs c ’est troublant »
je lis « tout haut » : « les trous noirs c’est trous blancs »
ne serait-ce pas là la clé de l’énigme ?
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Shawford42 21 février 2013 11:03Captain, c’est en effet le Montreur en chef de face cachées de Lunes agoravoxiennes, mais ne comptez sur lui pour désigner Colombine
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clostra
21 février 2013 11:10
suite de réflexion sur les trous noirs qui nous parlent. Les trous noirs sont/seraient un condensé de matière. On aime ça ! on y perçoit l’espace-temps en ce qu’il finit par se rejondre et préviennent notre angoisse du vide.
Après tout (ce qu’on aura vécu) on veut bien finir dense, compact et plein de sens, mémoirisé, pourquoi pas ?
On perçoit bien le temps, on aborde assez facilement l’espace-temps, sa signification « mémorielle » ou « immémorielle » quasi structurelle (cortex cingulaire et amygdales, immatérialité des souvenirs « périphériques » « stratifiés » « empilés » « sériés » « paralellisés » « accessibilisés », tout ça concevable car sous enveloppe.
Mais qu’en est-il de l’espace ? (le vide, on peut le créer qui se résout, si on n’y prend garde : à rien du tout (histoire de contenant) mais jamais à moins que rien (vive Raymond Devos !)
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ffi
21 février 2013 15:55
@Dudule :
Ce n’est pas parce que la quantité de mouvement d’une charge a des figures périodiques qu’il faut en déduire que la charge est une onde... Sinon, il serait légitime considérer qu’une masse au bout du ressort est une onde... Ou encore dire que la molécule de gaz qui participe au son est une onde.
On a des charges qui ont des fréquences propres de résonance dans la matière.Cela se traduit en terme de lumière, puisque la lumière est précisément une oscillation des charges de la matière.
Je ne vois pas pourquoi en faire tout en tas, surtout comme celui de la quantique...
Interrogez-vous donc de savoir pourquoi la Quantique, si elle peut justifier certains phénomènes, n’a pourtant jamais été en capacité de proposer une instrumentation concrète qui puisse les découvrir ? Comment se fait-il que la MQ n’ait pas permis de découvrir immédiatement le Laser, la spintronique, la ferroélectricité, le transistor, la supraconductivié...etc ? Ce sont toutes des découvertes empiriques...
La condensation de Bose, c’est juste une résonance au plan des quantités de mouvement.En effet, regardez bien l’espace des phases pour l’hamiltonien, il contient les positions et les quantités de mouvement, mais il ne contient pas le temps.
Or, la définition d’un corps, c’est un objet matériel qui occupe un lieu pendant un certain temps à l’exclusion de tout autre corps.
Donc les coordonnées dans l’espace des phases ne permettent pas de distinguer ce qui est un corps de ce qui ne l’est pas. Deux corps peuvent très bien partager la même quantité de mouvement, donc être dans le même état de mouvement en étant dans le même lieu, mais pas en même temps...
Ces considérations ne sont donc pas suffisantes pour en venir à confondre entre onde et corpuscule.
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Chanteloube
20 février 2013 19:37
Le grand avantage de la physique quantique est qu’elle tend vers la métaphysique originelle, l’animisme, base de toutes religions, révélées ou non, lesquelles après l’avoir phagocytée et s’en être empreintes, la récusent et la mettent à mort. Mais la physique quantique est en voie de remettre un peu d’ordre, d’où, peut-être, la débâcle des sup........... Pardon ! des religions.
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ffi
21 février 2013 01:31
C’est vrai qu’elle est née à la grande époque de la théosophie...
Ceci explique peut-être cela. -
Dudule
21 février 2013 09:06
La mécanique quantique ne tend pas vers la métaphysique ou l’animisme, ou je sais quoi d’autre...
La mécanique rend compte de phénomènes réellement observés, et c’est tout ce qu’on lui demande.
Par contre, il n’est pas faux de dire que sa découverte essentiellement en Allemagne et en Autriche au moment où un certain occultisme s’y développait (dont certains aspects aboutiront à une catastrophe bien connue) n’est sûrement pas tout à fait fortuit... Mais c’est de la sociologie, science éminemment respectable.
En physique, la mécanique quantique, encore une fois, rend compte efficacement du réel, et c’est tout. Elle est donc valide, jusqu’à preuve du contraire et faute de mieux.
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ffi
21 février 2013 16:42
efficace : Qui produit, dans de bonnes conditions et sans autre aide, l’effet attendu. Aide, moyen, protection, remède efficace
Ce qu’on demande à une théorie physique, c’est de produire une compréhension intellectuelle du monde physique. Or je n’ai pas l’impression que de ce point de vue la MQ soit particulièrement efficace, puisque personne n’y comprend rien...
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Luc-Laurent Salvador
21 février 2013 08:15
L’impossibilité d’une théorie de tout ?
Très bien, j’attends la démonstration.
Que ceux qui se prétendent scientifique veuille bien m’avancer l’ébauche d’un théorème de limitation.
Enfin bref, l’ombre d’un soupçon de raisonnement qui se tienne.L’argument de l’émergence est une profonde naïveté.
Chaque étape de l ’évolution est une émergence, quelque chose qui n’était pas prévisible ou inscrit dans l’organisation préalable. Pourtant c’est toujours la reproduction différentielle, le principe darwinien qui est à l’oeuvre et qui, jusqu’à preuve du contraire, suffit à expliquer ladite évolution.On peut gouter ou non l’article de l’auteur, en critiquer la forme, mais si on veut l’attaquer sur le fond ou sur les principes, alors il faudrait autre chose que de vaines arguties
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ffi
21 février 2013 08:54
Si au début était une simple essence universelle, laquelle se serait spécifiée peu à peu par accidents pour donner la multiplicité actuelle, alors une seule théorie pour tout serait possible.
Mais si au début était déjà une multiplicité d’existences particulières, chacune avec leurs lois propres, alors il faudrait des théories pour chacune de ces existences originelles, et la théorie du tout n’est pas possible.
Si le Tout découle de l’auto-transformation de l’Un, il suffira de connaître l’Un pour connaître le Tout.Si le Tout consiste en une multiplicité initiale avec leurs relations, il faudra alors connaître et cette multiplicité et leurs relations réciproque.
l’Un évolutif -> modèle grec.
Une multiplicité en relation -> modèle chrétien (création divine). -
Dudule
21 février 2013 09:17
Pourquoi une « Théorie du Tout » existerait-elle ? Vous avez un a priori très discutable !
Démontrez moi qu’elle existe !Si elle existe, y avons nous accès ? Sommes nous capable d’en rendre compte en pouvant l’expérimenter avec nos sens et les capteurs que nous pouvons concevoir ? Il est fort possible qu’elle existe et que nous ne puissions pas l’atteindre. Ce qui est très équivalent à son inexistence.
On en sait rien. Qui vivra verra... ou ne verra rien.
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Luc-Laurent Salvador
21 février 2013 10:51
@ ffi
Si la théorie quantique plaide de manière forte dans une direction, c’est bien celle de l’indivisibilité du monde physique (cf. les expériences d’Alain Aspect). Si on doit le penser comme Un, alors il va de soi que la théorie de l’Un sera aussi la théorie de Tout. ça nous aide pas beaucoup pour l’unification des forces fondamentales, mais je trouve que ça légitime bien l’idée.
@ dudule
Il y a confusion de niveau. On ne se pose pas la question de l’existence d’une théorie de tout.
Qu’une théorie existe ou pas, jusqu’à un certain point on s’en fout. Mais tant qu’on ne l’a pas, si on la veut, ce qui compte c’est : « a-t-on démontré qu’elle n’était pas possible ? ».Pour le moment ce n’est pas le cas et il est douteux que ça le devienne.
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ffi
21 février 2013 16:50
Je préfère pour l’instant tout comprendre sur presque rien,
plutôt que de ne rien comprendre sur presque tout...
De mon point de vue, la MQ est illogique et aberrante.
Ce qu’elle doit modéliser est pourtant simple, mais elle s’est encombrée de détours inutiles. -
ffi
21 février 2013 16:52
« a-t-on démontré qu’elle n’était pas possible ? »
Comme quoi, cette théorie du tout, c’est un peu comme Dieu...
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JOCO DOCO
24 février 2013 19:48
Commentaire laissé sur un article lié :
Nous sommes à l’aube d’une révolution de paradigme.
Mais le véritable visage du cosmos, scientifiquement et ontologiquement parlant, n’est pas si compliqué à déterminé même si la grande majorité des esprits y résisteront fortement. Même si toutes les théories actuelles semblent converger vers la nouvelle.
En fait, scientifiquement parlant, il suffit de considérer le point commun à toute chose observée, ce qui n’est rien d’autre que l’observation elle même. Ontologiquement parlant, le point commun est un point qui en lie deux autres mais le tout n’est point différent du point.
Le cosmos est un point, qui est l’interface d’observation fondamentale se développant sous forme d’un fractal. Le tout créant à la fois la complexité et l’intrication de toutes choses.
Si on considère le concept de bigbang, en fait, il n’y aura jamais réellement d’après celui-ci. La chose est. Simplement.
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mortelune
25 février 2013 03:30
Plus terre à terre ça pourrait donner : « la terre est menacée par le nouvel ordre mondial ».
Mais vous avez raison Bernard ça fait du bien de prendre un peu d’air frais en prenant de l’altitude.
