Il faut démythifier l’équation de Schrödinger ih ∂ Ψ / ∂ t = - h2/2m Δ Ψ
La physique du 20ème siècle a hérité de théories et d’équations parmi lesquelles certaines sont à la foi efficace dans plusieurs champs méthodologiques (expérience, modélisation, interprétation) mais aussi trompeuses sur la nature des choses. D’après mes investigations, la physique traîne avec elle trois équations magiques mais qui peuvent constituer un obstacle à la compréhension des choses. Ce sont la relativité générale d’Einstein, l’équation de Schrödinger et la formule de l’entropie léguée par Boltzmann il y a un siècle et demi, S = k.log (W).
Schrödinger a utilisé une représentation abstraite d’une onde plane appliquée à la particule de matière en suivant le postulat du caractère ondulatoire matière proposé par Louis de Broglie dans les années 1920.
Ψ (r,t) = C Σ e i(ω.t – k.r)
Avec E = h.ω, égale au produit de la constante de Planck réduite et de la fréquence. E étant l’énergie, on peut remplacer ω par E/ h. L’autre terme en exposant contient k, le vecteur impulsion (autrement dit la quantité de mouvement) et r le vecteur position. Dans cette formule, On note une combinaison de fonctions complexes contenant une exponentielle imaginaire qui n’a pas de sens physique ordinaire avec des paramètres classique et conventionnel. L’impulsion, l’espace, le temps, l’énergie. Au final l’équation est à la fois classique parce que l’énergie apparaît ainsi que l’hamiltonien mais elle est quantique parce que l’hamiltonien H est un opérateur qui agit sur les fonctions d’onde avec cette formulation synthétique, H Ψ = E.Ψ
Après quelques dérivations classiques utilisant une égalité canonique de la physique classique, E = p2 /2m, vous avez l’équation de Schrödinger qui décrit l’évolution de la fonction d’onde pour une particule libre (1) et si on prend cette même particule en présence d’un potentiel V on obtient l’équation plus générale (2) en partant d’une autre égalité canonique : E = p2 /2m + V
(1) ih ∂ Ψ / ∂ t = - h2/2m Δ Ψ
(2) ih ∂ Ψ / ∂ t = - h2/2m Δ Ψ + V.Ψ
Cette équation pose des problèmes d’ordre technique car elle n’est que rarement intégrable (avec des solutions mathématiques). Elle pose surtout des problèmes d’interprétation, notamment parce que la dynamique est décrite par une équation symétrique par rapport au temps et que de plus, la dynamique n’est pas celle de la particule mais celle de la fonction d’onde qui pour les physiciens orthodoxe n’a pas de sens physique et n’est qu’un outil mathématique servant dans l’expérimentation. Comme l’a explicité clairement Prigogine, cette équation décrit la transformation d’une fonction d’onde à une autre mais pas ce qui se passe lorsque l’on fait une expérience microphysique avec comme conséquence la réduction de la fonction d’onde et l’irréversibilité qui lui est associée. Ce constat avait amené Bohr à imaginer l’introduction d’un autre temps comme l’indique Prigogine dont je cite cette sentence : « jamais la flèche du temps n’émergera d’un monde décrit par des lois temporelles symétriques » (La fin des certitudes, page 69). En vérité, l’équation de Schrödinger sert dans quelques cas limités mais elle n’a rien d’universel (contrairement à ce que pensent beaucoup de physiciens). Elle permet juste d’heureux résultats quand elle est intégrée ce qui est le cas de l’atome d’hydrogène car on peut utiliser comme coordonnées spatiales celle du barycentre de l’électron et du proton et trouver des solutions exactes. En ce cas, on obtient les orbitales électroniques qui sont fondamentales en chimie quantique, ainsi que les raies d’émissions de l’hydrogène. Mais quelles étranges coïncidences. J’y vois une supercherie, à l’instar de Feynman fort étonné de voir la soustraction d’infinis donner les bons résultats avec une précision inouïe pour tester l’électrodynamique quantique.
Bien que l’équation de Schrödinger ait des applications limitées, les physiciens pensent qu’elle s’applique plus largement et même qu’elle gouverne les choses physiques depuis les niveaux élémentaires jusqu’aux niveaux macroscopiques (classiques). Partant de ce principe, Wheeler et DeWitt ont tenté de combiner la description de Schrödinger avec celle de la relativité générale et ont établi une équation incluant une fonction d’onde de l’univers. DeWitt voulait la désigner comme équation d’Einstein-Schrödinger. Cette équation a suscité beaucoup d’interprétations car elle permet de calculer la probabilité que l’univers passe d’un état A à un état B. Mais aussi de concevoir un multivers. Mon avis est tranché. Je ne crois pas que l’équation de Schrödinger s’applique au monde macroscopique et de plus, l’étendue n’est pas correctement décrite par la géométrie relativiste d’Einstein. Vous en conclurez peut-être que cette représentation ne peut pas coller avec la réalité mais qu’elle est utile sur les plans méthodologique ou heuristique, dévoilant parfois des impasses ou des compossibilités.
L’équation de Schrödinger conduit vers deux conjectures. La première d’ordre interprétatif en relation avec le sens physique et le fait que de cette équation ne peut être tiré la physique de l’expérimentation et ses processus probabilistes inhérents au phénomène quantique mesuré. Avec comme résultat corollaire l’absence de flèche du temps dans cette équation (voir Prigogine). Enfin, le passage du monde de Schrödinger au monde classique est également une question intrigante. Il semble pratiquement certain que ces deux mondes ne sont pas conciliables, autrement dit on ne peut pas produire de la physique classique avec comme ingrédient de base l’équation de Schrödinger. Cet état de fait est lié à la double description, l’une qui formalise l’évolution dynamique déterministe de la fonction d’onde dans le cas précis où la particule est isolée, l’autre qui fait intervenir le dispositif de mesure macroscopique avec comme conséquence physique la décohérence. Ces deux dynamiques ont des lois incompatibles.
La deuxième conjecture met en œuvre non seulement le sens physique mais aussi le « fonctionnement mathématique » de cette équation qui n’a qu’exceptionnellement des solutions mathématiques. Néanmoins, comme il existe des méthodes de résolution numérique avec la science informatique, il est plausible que tout système décrit avec cette équation puisse être résolu moyennant le choix adéquat d’algorithmes en mobilisant une puissance de calcul conséquente. Mais est-on certain de trouver la solution numérique un temps raisonnable ? Quelques scientifiques ont examiné cette conjecture. Arkady Bolotin pense que la complexité de l’équation augmente rapidement dès lors que le nombre de particules s’accroît. Il est pratiquement certain que la croissance de la complexité est exponentielle. Ce qui permet de conclure que l’équation de Schrödinger est insoluble pour des objets macroscopiques. Et qu’il est impossible de construire un monde classique à partir de l’équation déterministe basique de la mécanique quantique (A. Bolotin, computational solution to quantum foundational problems, arXiv : 1403.7686, 2014).
Ainsi, le moment est venu pour démythifier la fameuse équation de Schrödinger dont le champ d’application doit être limité et plus précisément, restreint aux systèmes qui n’échangent pas d’énergie et donc pas d’information avec le monde. C’est d’ailleurs le propre de la physique déterministe que de décrire des systèmes clos sur eux-mêmes, dont l’information (l’énergie) reste constante ou alors s’échange avec l’information (énergie) intrinsèque liée au potentiel. L’équation de Schrödinger permet de calculer les états stationnaires de l’atome d’hydrogène grâce à une séparation entre la fonction temporelle et la fonction spatiale. Si on interprète ces résultats, alors on aboutit à une description de la nature matérielle sous un angle forme et énergie (Dugué, cosmonadologie quantique, chapitre six). La forme est du genre espace et l’énergie du genre temps. Un état stationnaire est du point de vue quantique un état qui n’échange pas d’information. Dans le cas de l’atome d’hydrogène, la forme de l’orbitale électronique est calculée. A chaque forme est associée une énergie. A chaque énergie peut correspondre plusieurs formes.
Ces considérations invitent à démythifier l’équation de Schrödinger en la replaçant dans son cadre légitime mais aussi à interpréter cette équation dans le sens d’une nouvelle science de l’information qui se dessine et qui devrait englober les trois physiques du 20ème siècle, quantique, statistique, cosmologique. C’est quoi une information ? Rien qu’une résonance en vérité. Une nouvelle science des mondes physiques est à construire. Ensuite, il faudra passer à la biologie.


