Premier document :

La contestation permanente ^[1]

	La situation singulièrement difficile où se trouve aujourd'hui la physique fait qu'on ne saurait échapper à un certain sentiment de doute et qu'on se demande si la théorie nouvelle, avec toutes ses innovations radicales,  est bien dans la bonne voie. Max Planck [2]

1. Le temps et le reflux

Au moment où j'écris ces lignes, les publications ou manifestations se multiplient qui soulignent l'actualité d'une problématique pourtant presque centenaire : celle relative aux "Conséquences philosophiques de la théorie quantique" ^[3] . Le 14 mai 1993, un public très nombreux assistait, à la Sorbonne, à un débat animé par le physicien Gilles Cohen-Tannoudji, le philosophe André Comte-Sponville et le mathématicien Marcel-Paul Schützenberger, à l'occasion de la parution d'un ouvrage de Bernard d'Espagnat et Etienne Klein : Regards sur la matière ^[4] . Sur un plan plus technique, je citerai, à titre d'exemples, la dernière livraison du British Journal of Philosophy of Science qui contient une longue contribution d'Andrew Elby ^[5] et le numéro d'Août 1993 du Scientific American avec un exposé très complet de Raymond Chiao, Paul Kwiat et Aephraim Steinberg ^[6] : deux textes qui font le point sur les avancées théoriques (pour le premier) et expérimentales (pour le second) relatives à la fameuse "expérience de pensée" proposée par Einstein, Podolsky et Rosen en 1935 puis remaniée à la lumière des résultats théoriques obtenus par John Bell en 1965. Le renouveau des débats a donné lieu à une véritable explosion de publications sur la "non-complétude" et la "non-localité", publications dont celles de Shimony, Redhead et Cushing ^[7] sont les plus notables, à mon avis.

Il faut signaler aussi le numéro spécial de Sciences & Avenir, paru en 1984 et publié en 1985 aux éditions du Seuil, ainsi que les colloques organisés par Alwyn Van der Meerwe, Franco Selleri et d'autres, l'activité de publications comme Foundations of Physics, International Journal of Physics, etc...). En 1989, Daniel Gillespie allait jusqu'à intituler une lettre à l'éditeur de l'American Journal of Physics : « Is Quantum Mechanics crazy ?» ^[8] Le catalogue d'automne 1993 des éditions Springer annonce deux nouveaux ouvrages sur le sujet! ^[9]

On appréciera mieux le réveil épistémologique auquel on assiste ainsi (réveil qui s'accompagne d'ailleurs d'un approfondissement des facettes proprement techniques des débats) en comparant deux appréciations de la situation portées par Max Jammer, à huit ans d'intervalle :

- rendant compte du congrès Solvay de 1927 et de ses conséquences, à la fin du chapitre 7 (The Copenhagen Interpretation) de son ouvrage publié en 1966, il écrivait :

- mais concluant le chapitre 11 (Theories of Measurement) du livre publié en 1974, il déclarait :

Les deux textes ci-dessus ne sont pas contradictoires puisque la contestation ne prend son essor qu'à partir de 1952, c'est-à-dire précisément vingt-cinq ans après le cinquième Congrès Solvay. Mais les ferments de la discorde étaient certainement présents dès la naissance de la Physique quantique, avant même la franche cassure de 1927. Contrairement à ce qui se passa en 1905 lorsqu'Einstein, décrivant L'électrodynamique des corps en mouvement créait la théorie de la Relativité sur un terrain déjà reconnu par Lorentz et Poincaré, et ne rencontrait d'objections  sérieuses que chez les philosophes, la théorie quantique est née au carrefour de plusieurs disciplines déjà pourvues de méthodologies qui avaient donné la preuve de leur efficacité : leur mise en question ne pouvait que susciter des résistances.

Il y a donc lieu d'analyser avec soin l'émergence des objections et d'en suivre attentivement l'évolution, une évolution où les hésitations, les doutes s'expriment par des retours en arrière, des cheminements parallèles, par la mise entre parenthèses des contradictions. S'il est vrai qu'un certain consensus - exprimé parfois du bout des lèvres - s'est longtemps manifesté, la persistance des réserves en soulignait en même temps la fragilité. Mais ces réserves ont pu donner l'apparence du conservatisme ou prendre des accents inutilement nostalgiques ^[12] . Je me suis efforcé d'éviter ces pièges en adoptant un découpage hybride : chronologique et thématique, qui s'articule autour de quatre couples de dates significatives :

            - 1900 (la formule de Planck) / 1905 (les trois papiers d'Einstein)

            - 1927 (le V^ème Congrès Solvay) / 1935 (la proposition Einstein-Podolski-Rosen)

            - 1947 (le discours de Jdanov) / 1953 (Bohm et de Broglie : le retour)

           - 1964 (les inégalités de Bell) /1982 (l'expérience d'A. Aspect, J.Dalibard et G.Roger).

Je me limiterai, pour chaque phase, à la présentation des objections ou des suggestions les plus significatives, accompagnée d'un examen de leur articulation et des enjeux méthodologiques ou idéologiques qui les sous-tendent. Ce premier document se propose ainsi d'identifier, dans ce puzzle que forment les théories modernes de la physique, un certain nombre de pièces que je m'efforcerai ensuite de réassembler, en les complétant, en une forme nouvelle qui fasse sens. Le troisième document de ce dossier fournira le cadre méthodologique indispensable et le quatrième présentera la configuration nouvelle résultant de cet effort.

2. Racines et forêt : le labyrinthe (1912 et alentour)

Crises ou révolutions, l'histoire de la physique est riche en événements ou en épisodes conflictuels ^[13] . Les faits "expérimentaux" sont pourtant rarement en cause : il s'agit donc surtout de conflits d'interprétation que les progrès de la formalisation mathématique permettent de mieux préciser mais que l'environnement méthodologique et même idéologique renouvelle régu-lièrement. On sait que l'abandon du géocentrisme ne s'accomplit pas sans procès, sans  tragédies (Bruno, Galilée), que la physique cartésienne se définit en s'opposant à la tradition scolastique, que la mécanique rationnelle commence avec le conflit Descartes/Leibniz sur la force vive, etc... Mais, pris comme nous le sommes dans les débats de la "nouvelle Physique" (relativité et surtout quanta) nés au début du siècle, mais dont certains se prolongent aujourd'hui, nous avons tendance à oublier la grande bataille de l'Energétique, bataille qui s'étend sur toute la deuxième moitié du dix-neuvième siècle et dont la physique quantique - comme la relativiste - porte encore les traces. Parmi les nombreux ouvrages qui y furent consacrés celui d'Abel Rey ^[14] me semble particulièrement précieux, où l'on peut lire (p.294) :

La bataille oppose Rankine, Ostwald, Mach et Duhem à Kirchoff, Helmoltz, Maxwell et Boltzmann : les "énergétistes" contre les "mécanistes". Un grand nombre des thèmes évoqués : subjectivisme, conventionalisme, valeur des modèles, etc... préfigurent d'ailleurs certains des débats actuels. Comme l'indique René Dugas ^[15] ,

Avant

L'avant 1900, c'est donc la préhistoire de la théorie quantique, mais c'est en même temps le déclin de l'Energétique. Pourtant le renversement de tendances ne s'accomplit pas en un jour et les premiers travaux de Planck, consacrés à l'analyse du phénomène d'irréversibilité et à l'existence d'un zéro absolu de température furent largement ignorés. Comme il remarque non sans amertume : "Il était complètement impossible d'être entendu à l'encontre d'autorités qui s'appelaient W. Ostwald, G. Helm et E. Mach" ^[16] . Se considérant comme un disciple de Clausius, Planck était pourtant, de son propre aveu, "non seulement indifférent mais jusqu'à un certain point hostile à la théorie atomique" ^[17] . Il se heurta d'ailleurs à l'animosité de Boltzmann lorsqu'Ernest Zermelo, son élève, mit en évidence les lacunes de la démonstration du "théorème H", pierre de touche d'une interprétation atomistique et probabiliste du principe de croissance de l'entropie, interprétation dont l'énoncé du "paradoxe de Loschmidt" avait souligné le caractère problématique.

Aussi les dernières années du dix-neuvième siècle virent-elles se développer un débat (principalement anglo-germanique) sur le concept de "désordre moléculaire", destiné à fonder une interprétation atomistique - donc probabiliste - de l'entropie et à justifier le deuxième principe. Les difficultés rencontrées conduisirent probablement Planck, à partir de 1895, à porter son effort sur la thermodynamique du rayonnement pour laquelle l'analyse dynamique d'un système de corpuscules matériels fait place à celle d'un milieu continu : l'éther.

L'approche adoptée par Planck est, d'une certaine façon, paradoxale, puiqu'il s'efforce de contourner les difficultés liées à l'interprétation mécanique du deuxième principe en étudiant le rayonnement électromagnétique au moment même où, grâce à Lorentz, la théorie des électrons ouvre la voie à une modélisation corpusculaire des phénomènes électromagnétiques et, peut-être, de la mécanique. Même un énergéticien obstiné comme Ostwald admet qu'il ya, dans l'étude des phénomènes électriques,

Paul Langevin s'était exprimé très clairement à ce sujet dans son rapport au Congrès de Saint Louis, le 22 septembre 1904, rapport intitulé précisément : La physique des électrons, dans lequel on peut lire notamment :

Dès 1901, les Annalen der Physik avaient publié une communication de Wien à la Société hollandaise des sciences à Harlem, présentée pour le jubilé de Lorentz, le 11 décembre 1901, et intitulée : Ueber die Möglichkeit einer elektromagnetischen Begründung der mechanik (sur la possibilité d'une fondation électromagnétique de la mécanique) ^[20] .

Il est d'ailleurs significatif que la dernière ouvre produite par Heinrich Hertz ait été Les principes de la Mécanique (ouvrage paru en 1894, édité par P.Lenard et préfacé par H. von Helmoltz) et qu'une extension des principes de la mécanique analytique (formulations lagrangiennes et hamiltoniennes) intégrant les "mouvements cachés" de Helmoltz et Hertz ainsi que la prise en compte d'actions physiques comme celles qu'exprime la loi de Weber sur l'action entre points matériels électrisés ait été proposée dès 1897 par Leo Königsberger ^[21] .

I	Nous sommes ici en présence d'une première interface significative entre disciplines, aux confins de l'électrodynamique et de la mécanique. Nous y reviendrons dans le document 3.

Pendant ^[22]

C'est essentiellement en thermodynamicien que Planck aborde le problème du "rayonnement du corps noir" qu'étudiaient, pendant la même période, des expérimentateurs comme O.Lummer et E. Pringsheim à Charlottenbourg, H. Rubens à Berlin. Les étapes qui vont le conduire à la découverte, puis à l'interprétation de la fameuse "formule" sont bien connues, mais il n'est pas inutile de les retracer :

     De 1897 à 1899 il présente cinq communications "sur les processus irréversibles dans le rayonnement" (Über irreversible Strahlungsvorgänge). Après une tentative purement "phénoménologique", il se heurte à observation de Boltzmann qui insiste sur la réversibilité des équations dynamiques qu'il utilise, il renonce à une démonstration directe du deuxième principe et doit introduire un concept de "rayonnement naturel" qui correspond, pour le rayonnement électromagnétique, à celui de désordre moléculaire. Chemin faisant, il développe une analyse "harmonique" du rayonnement, à partir du concept de résonateur - et des équations établies par Lorentz dans le cadre de sa "théorie des électrons" - et, par un raisonnement purement thermodynamique, obtient une relation fondamentale entre l'énergie u d'un résonateur et l'énergie U du champ rayonnant, ainsi qu'une formulation pour l'entropie S du résonateur : ²S / U² = f (U). S'appuyant sur des résultats antérieurs de Kirchoff et sur la "lois du déplacement" de Wien, il en déduit une formule pour le rayonnement du corps noir, formule déjà proposée par Wien lui-même, mais qui, très rapidement, se révèle en désaccord avec les mesures expérimentales : c'est la "catastrophe infra-rouge, en quelque sorte symmétrique de la "catastrophe ultra-violette" (qui causera des ennuis plus durables!)

     Dans sa première communication de 1900, Planck utilise ses résultats antérieurs, et en particulier la forme obtenue pour  ²S / U² et procède à une interpolation entre la valeur en 1/U correspondant à la formule de Wien et la valeur en 1/U²  correspondant à un calcul distinct dû à Rayleigh. En intégrant l'expression ainsi obtenue, il trouve la fameuse formule  présentée le 19 octobre pour la distribution, en fonction de la longueur d'onde , de l'énergie du rayonnement thermique à la température T :   

Désireux de donner une justification plus "physique" à cette formule, il se décide finalement à adopter le point de vue atomistique de Boltzmann et à rechercher une interprétation statistique de l'entropie du rayonnement. Pour cela, il se livre à un calcul combinatoire de "complexions" correspondant aux répartitions possibles de l'énergie entre les résonateurs. Mais à la différence de la mécanique statistique usuelle, la taille des composants énergétiques qui définissent les complexions ne peut pas être réduite arbitrairement : la considération d'un "quantum" d'énergie est inévitable (en décembre 1900 et janvier 1901).

I	C'est ici une nouvelle interface : thermodynamique/électrodynamique qui est en jeu et dont l'articulation pose problème.

En un sens la première "contestation" est donc celle de Planck lui-même qui ne peut se contenter d'une formule résultant d'une simple procédure d'interpolation et s'efforce de la retrouver à l'aide d'un calcul combinatoire à la Boltzmann. Mais il ne peut se satisfaire des conséquences que cela entraine, tant pour l'émission que pour l'absorption du rayonnement.

De son côté Einstein s'intéresse à la formulation statistique des lois de la thermodynamique. Entre 1902 et 1905, il publie des recherches qui, dans une large mesure rejoignent celles de Gibbs (dont l'ouvrage majeur ne paraîtra qu'en 1906), mais il établit, dès 1904 un résultat important relatif aux fluctuations de l'énergie. Viennent alors les trois célèbres publications de 1905 : en mars, discussion du modèle de Planck où l'étude des mécanismes déductifs qui sont à l'ouvre dans la démonstration de la formule du rayonnement conduit à présenter la notion de "particules de lumière", au moins comme un "point de vue heuristique"; en mai, présentation de la théorie cinétique du mouvement brownien; en septembre, publication du plus célèbre des trois documents, sur "l'électrodynamique des corps en mouvement".                                                  

I

On néglige souvent la signification de cette simultanéité. Pourtant c'est sans doute l'élimination du concept d'éther, devenu superflu, qui rend possible l'hypothèse (heuristique) d'une localisation de l'énergie lumineuse [23] . En même temps, le travail sur le mouvement brownien - qui s'inscrit dans le prolongement de ses recherches thermodynamiques - conduit naturellement Einstein à étudier les fluctuations du rayonnement et, plus tard, à discuter la signification et la valeur des modèles probabilistes.

Après

La période qui suit cet épisode décisif est remarquable à bien des titres :

- critique de la démonstration de Planck par Einstein, Jeans et Ehrenfest : l'application du principe d'équipartition conduit nécéssairement à la formule de Rayleigh-Jeans. Une hypothèse supplémentaire est indispensable, à laquelle Planck, dans son livre de 1906 et Lorentz, dans celui de 1912 donnent une forme plus rigoureuse.

 - tentatives de Planck pour élaborer une démonstration de sa formule en limitant l'intervention des discontinuités à l'émission (deuxième théorie) ou en éliminant toute discontinuité (troisième théorie). Ces théories n'entrainent pas l'adhésion, mais la deuxième introduit une importante innovation : l'adjonction, dans le spectre, d'un terme indépendant de la température, la nullpuktsenergie (le champ de zéro) dont l'importance est soulignée par Einstein et Stern en liaison avec la théorie des chaleurs spécifiques (qui confirme le rôle des "quanta d'énergie", et les résultats de Nernst.

- retour sur le problème des fluctuations d'énergie (ou plutôt de leur analyse spectrale) dans le rayonnement thermique. En 1909, Einstein montre qu'elles sont de la forme

terme qui correspond à la somme d'une fluctuation calculée calculée à partir des équations de Maxwell et d'une fluctuation due à la présence de quanta d'énergie (qui ne seront baptisés photons que par G.N. Lewis en 1926).

- discussions prolongées (et dont l'issue demeure indécise) qui opposent Einstein (puis Einstein et Hopf) à Ritz (en 1908) puis à von Laue (en 1915) sur l'analyse probabiliste du rayonnement et les problèmes de cohérence qui s'y rattachent (mais l'étude mathématique et l'interprétation physique des fluctuations y sont évidemment liées)   

I

Les techniques mathématiques mises en jeu dans cette discussion relèvent d'une analyse harmonique discrète (c'est-à-dire en séries de Fourier) à laquelle se superposent des arguments probabilistes. Les auteurs conduisent leurs calculs avec soin, mais un outil mathématique tout à fait rigoureux n'est pas encore disponible ce qui obscurcit souvent les débats. Le traitement mathématique complet des processus stochastique électrodynamiques ne deviendra possible qu'avec les théorèmes de Wiener-Khintchine reliant spectre énergétique et fonction d'autocorrélation, puis de Loève-Cramer définissant la transformée de Fourier d'une fonction aléatoire. Mais lorsqu'ils deviennent disponibles, l'intérêt pour la théorie du rayonnement thermique a considérablement diminué.

En 1917 Einstein propose une nouvelle démonstration de la formule de Planck, à partir d'un calcul des coefficients d'émission et d'absorption d'un oscillateur individuel; Planck lui-même publiera des versions révisées de ses Vorlesungen über die Theorie der Wärme strahlung jusqu'en 1923, mais les recherches et discussions sur le rayonnement thermique ne vont plus se poursuivre qu'avec une intensité réduite ^[24] (pour reprendre cependant quelque élan au début des années 90 ^[25] ). C'est qu'un nouveau domaine se développe, celui de la spectroscopie atomique, où les modèles faisant appel à des mécanismes classiques ne donnent pas satisfaction.

Les étapes essentielles de cette première phase sont marquées par les deux premiers "Congrès de physique Solvay" organisés sous le patronage d'un célèbre industriel belge et furent présidés par Lorentz ^[26] . Le premier était consacré à La théorie du rayonnement et les quanta; le second à La structure de la matière (on y traitera surtout des phénomènes de diffraction des rayons X). La première guerre mondiale entrainera une interruption dans l'organisation des congrès; elle marquera aussi un tournant dans l'histoire de la Physique avec le développement de la relativité générale et l'interprétation des spectres atomiques.

3. Fendre les flots et battre la campagne (1927 et alentour)

Dès la fin des années 1860, les mesures de Stoney, puis de Balmer, permettent d'identifier avec une précision accrue les lignes composant les spectres optiques des éléments chimiques. Balmer est un grand amateur de "numérologie" et propose une formule qui donne (en partie) les longueurs d'onde des lignes du spectre de l'hydrogène. Rydberg, Schuster et Bergmann proposent des formules plus générales qui conduisent Walter Ritz à énoncer un "Principe de combinaison" dont la valeur heuristique certaine ne débouche cependant pas sur un modèle théorique explicite : une nouvelle "anomalie" se présente donc et il est assez naturel d'y mettre à l'épreuve les concepts et méthodes qui ont été mis en avant pour l'étude du rayonnement thermique. Car les modèles qui s'ébauchent pour les phénomènes atomiques et moléculaires ne sont plus seulement mécaniques : ils sont marqués de plus en plus par l'électrodynamique. Le grand travail de Hertz date de 1888, le traité classique de Lorentz est publié en 1909. En 1910, Harald Høffding remarque ^[27] :

Avant

C'est Rutherford qui, en 1911, exploite avec succès la méthode analogique en proposant son fameux modèle de l'atome sur le modèle des systèmes planétaires. Dès 1913 Bohr réalisa la possibilité (entrevue par Nicholson) d'en faire le support d'une théorie des spectres atomiques. Mais cela supposait

C'est donc là le début d'une rupture épistémologique, le début d'un débat qui se prolonge encore aujourd'hui. Cette rupture - contrairement à celle initiée par Planck, mais comme celle dont Einstein fut l'auteur - est le fait de jeunes physiciens passionés par les fondements méthodologiques et philosophiques de leur discipline. La pluralité des options épistémologiques sous-jacentes se manifesta à plusieurs reprises par la suite dans les exposés et conférences "généralistes" des uns et des autres mais on n'en peut prendre toute la mesure qu'en examinant de près les influences philosophiques et culturelles qui ont joué sur les uns et les autres.

C'est particulièrement vrai dans le cas de Bohr pour qui l'influence de Høffding a été, on le sait, déterminante. Ami du père de Bohr, Høffding a été le mentor de ce "bouillon de culture" que fut le cercle Ekliptika, équivalent pour Bohr et son entourage de ce que fut, pour Einstein, l'Académie Olympia ^[29] (et qui rassemblait des esprits aussi éminents que les mathématiciens Harald Bohr, frère de Niels, et Erik Norlund, l'historien Poul Norlund, frère d'Erik, le linguiste Viggo Brøndal, le psychologue Edgar Rubin, l'entomologiste Kaj Henriksen, etc). Dès le début du siècle, l'enseignement de Höffding propose des analyses et développe des thèses dont le radicalisme se retrouvera chez Bohr, mais aussi chez Heisenberg et Pauli. Dès 1910, il écrit :

Après avoir abordé les problèmes de la causalité et du déterminisme, Høffding présente sa "conception du monde", une conception dualiste qui oppose la continuité du matériel à la discontinuité du spirituel. Evoquant - assez paradoxalement - l'exposé de Langevin au congrès de Saint-Louis, il déclare :

Dans une première phase, en fait jusqu'à la fin de 1927, Bohr ne renonce pourtant pas à maintenir la continuité avec un certain "classicisme". C'est la période du "Principe de correspondance" ^[32] . Cette période est riche en résultats expérimentaux comme en tentatives théoriques parfois aventureuses : expériences de Stark, Stern-Gerlach, Compton, Geiger-Bothe, d'une part; "principe adiabatique" avec Sommerfeld, Ehrenfest, Kramers, Wilson; principe d'exclusion de Pauli, retour aux problèmes d'interprétation statistique des phénomènes de rayonnement avec les statistiques de Bose-Einstein et Fermi-Dirac, d'autre part. En même temps les tentatives de construction d'une théorie unifiée de l'électromagnétisme et de la gravitation, notamment celles de Mie et Weyl, donnent lieu à une polémique entre Pauli et Einstein. Pauli soutient la thèse "opérationnaliste" suivant laquelle une théorie ne doit mettre en jeu que des entités susceptibles d'être "testées" (observables?). Cette exigence - Einstein le voit sans peine - a des conséquences évidentes sur la théorie des phénomènes atomiques.

Pendant

La phase suivante (qui commence en fait dès 1923) est celle qui voit naître la "deuxième théorie des quanta" : développement des deux mécaniques (matricielle par Heisenberg, Born et Jordan et ondulatoire par Schrödinger reprenant une idée de de Broglie) de leur formulation abstraite par Dirac et de l'interprétation probabiliste par Born. Cette histoire a été contée maintes fois et analysée en détail par de nombreux auteurs.

I

J'aimerais souligner le rôle particulier que jouent à nouveau des problèmes qui se rattachent à l'analyse harmonique. A la fin de la période "adiabatique", lorsque de nouveaux aspects de l'optique "atomique" sont abordés (après le rayonnement et les spectres ce sont les phénomènes de diffusion), Ladenburg puis Kramers proposent, en 1924, des formules qui mettent en jeu un concept que Landé décrira comme celui d'un "orchestre virtuel" [33] .

C'est aussi en 1924 que Max Born développe, sous le nom de "Mécanique quantique", une méthode générale pour traduire la théorie classique des perturbations d'un système vibrant dans la formule quantique correspondante. C'est à partir d'une analyse finitiste de l'orchestre virtuel que Heisenberg, en 1925, proposera sa "cinématique matricielle" et c'est grâce à Norbert Wiener, auteur de travaux sur Les espaces différentiels (1923) et l'Analyse opérationnelle (1926), suivis de l'Analyse harmonique généralisée (1930), que Born pourra généraliser la méthode matricielle aux mouvements apériodiques et intoduire la correspondance entre grandeurs physiques et opérateurs.

En même temps que de nouvelles techniques mathématiques sont mises en jeu, une discussion animée se déroule entre les jeunes physiciens qui travaillent autour de Bohr et de Born, à Copenhague et Göttingen. L'entente est loin d'être parfaite en ce qui concerne les problèmes d'interprétation : Bohr demeure opposé au modèle einsteinien du photon et favorise une version plutôt ondulatoire ^[34] sans pourtant rejoindre Schrödinger. Les "radicaux", Heisenberg et Pauli sont eux-même parfois en conflit. Tous, ils reconnaissent éprouver de grandes difficultés à "visualiser" les phénomènes atomiques ou, à défaut d'une visualisation dont la possibilité même est douteuse, d'expliciter un cadre épistémologique cohérent ^[35] .

C'est seulement après la conférence de Côme (septembre 1927), puis le cinquième Congrès Solvay (octobre 1927) - où l'exposé de Bohr fut soumis aux critiques d'Einstein, Lorentz et d'autres - que les points de vue encore largement divergents commencèrent à se rapprocher, le "principe de complémentarité", aux vastes ambitions philosophiques, acceuillant les assertions opérationnelles du "principe d'incertitude". L'influence de Høffding est ici déterminante : dès 1923, dans son petit livre Begrebet analogi ^[36] , il fait explicitement référence aux travaux de Bohr. Dans le dernier texte publié de son vivant : Bemærkninger om Erkendelsteoriens nuværende stilling (Notes sur l'état actuel de la théorie de la connaissance, 1930), il remarque :

Par la suite Bohr s'inscrira plus nettement encore dans la ligne définie par Høffding - mais qui se souvient aussi des enseignements de James et de Kierkegaard - en proposant d'utiliser le modèle de la complémentarité aux domaines de la Biologie et de la Psychologie ^[37] . En fait, c'est une nouvelle sémiologie qui est proposée :

La pensée philosophique de Heisenberg a des origines bien différentes, même si elle rejoint souvent les conclusions de Bohr. Comme le souligne Catherine Chevalley ^[39] :

Dans une contribition à l'ouvrage publié en 1959 pour le soixante-dixième anniversaire de Heidegger, il déclarera ^[40]

Il ne s'éloigne pas pour autant de Bohr lorsqu'il déclare :

Schrödinger est à coup sûr le plus "philosophe" des pères fondateurs (il envisage même, à un moment d'abandonner la carrière de physicien poue celle de philosophe!). Mais il ne propose pas pour autant une "doctrine" cohérente, partagé qu'il est entre les influences - d'ailleurs contradictoires - de Boltzmann et de Mach d'une part, de Schopenhauer et des Upanishads de l'autre. Hostile aux interprétations du type Bohr/Heisenberg, il se refuse curieusement à accepter la multiplicité des consciences :

En ce qui concerne Pauli, dans lequel certains voient le chef d'orchestre clandestin de l'école de Copenhague ^[43] , son évolution est complexe, depuis un positivisme "à la Mach" jusqu'à un retour aux "archétypes", dans le cadre d'un syncrétisme où Bruno, Fludd et Képler font bon ménage avec Jung ^[44] . Chemin faisant, il rencontrera, lui aussi, Schopenhauer dont il admire particulièrement la formule : « Die Welt als Wille und Vorstellung » (le monde comme volonté et représentation). Faisant allusion à un essai récent , il déclare :

Quant à Dirac, malgré quelques déclarations hasardeuses "à la Berkeley", il ne cache pas son scepticisme (pour ne pas dire son dédain) pour les discussions philosophiques :

En réalité l'ensemble des modèles formels et des schémas interprétatifs que l'on peut présenter comme le credo de l'Ecole de Copenhague ne forme pas et n'a jamais formé un tout cohérent. Mais le débat interne a pratiquement cessé après 1927 sur la base d'un accord implicite, une sorte de compromis autour du principe de complémentarité et du principe d'incertitude, Bohr demeurant le seul à combattre sur le front épistémologique tandis que les "jeunes" s'engageaient sur d'autres voies de recherche, en premier lieu dans la théorie quantique des champs (qu'on appelera parfois la "deuxième quantification") avec Dirac et Fermi.

Après

Commencée pendant le Congrès Solvay de 1927, la contestation des "thèses de Copenhague" se développe principalement dans le cadre de la polémique Einstein/Bohr. Elle se poursuit pendant le sixième congrès Solvay (présidé par Paul Langevin), en 1930, et culmine avec le célèbre article "EPR" et les débats qui suivirent ^[47] , jusqu'à la compilation de Schilpp ^[48] .

En apparence, Einstein reste isolé dans le débat. Pourtant les atteintes à la notion même de causalité chiffonnent bien des esprits, ainsi qu'en témoignent les objections de G.W. Kellner (1929, 1930), de Henri Margenau (1931) ^[49] et surtout de Max von Laue (1932, 1934). Il semble que, dès 1926, Frenkel ait envisagé de sauver le déterminisme en faisant appel à la notion de variables cachée, introduite par Heinrich Hertz avec Die Prinzipien der Mechanik (Barth 1894), mais John von Neumann, à partir de 1927, s'efforce de démontrer l'impossibilité d'une telle solution ^[50] . Indépendemment, Jacques Solomon, gendre de Langevin, publie un résultat semblable en 1933.

C'est en 1934 que Karl Popper publie Die Logik der Forschung ^[51] qui est la première attaque systématique contre l'interprétation orthodoxe. Il propose, pour soutenir son argumentation, une "expérience de pensée" qui est aussitôt réfutée par von Weizsäcker, Heisenberg et Einstein. Il se rallie alors à l'argument EPR qu'il abandonne, sous la pression de Bohr à l'occasion du «Congrès pour une Philosophie de la Science» (Copenhague, 1936).

Alors que Popper se conduit essentiellement en philosophe, la position de Langevin est avant tout celle d'un physicien - mais d'un physicien rationaliste qui exprime ses doutes avec prudence. En 1930 il termine une conférence à l'Ecole Normale Supérieure par ces mots :

Lors d'une conférence prononcée au cours de la séance inaugurale de la réunion internationale de Chimie physique, en octobre 1933, il remarque :

Du 30 mai au 3 juin 1938, se tient à Varsovie une conférence à laquelle participent - ou sont représentés - la plupart des grands théoriciens de l'époque seul Einstein est absent) ^[54] . La première conférence, présentée par Bohr, est intitulée Le principe causal en physique atomique et contient une présentation particulièrement claire du "problème de l'observation" et du principe de complémentarité. Dans la discussion, Von Neumann reprend son argumentation sur la mécanique quantique et « les paramères cachés ». Pourtant, dans son intervention (p.102),

B	Le prof. Kramers dit que tout le monde sait que la théorie des quanta est provisoire. On ne sait pas si au bout de quelques années on pensera encore que l'équation de Schrödinger est à la base de tout.

C'est Langevin qui prononce la conférence finale, intitulée Les courants positiviste et réaliste dans la philosophie de la physique. C'est à ce dernier courant qu'il se rattache clairement lorsqu'il observe (p. 244) :

A-côté

De la première théorie de Planck à l'interprétation de Born, en passant par les coefficients d'Einstein pour l'émission et l'absorption, le concept de probabilité joue un rôle essentiel que renforce encore l'analyse des relations de Heisenberg et l'examen comparatif des trois statistiques (Maxwell, Bose-Einstein, Fermi-Dirac). Dans toutes ces discussions le concept lui-même ne pose apparemment pas problème. C'est une version "naïve" qui est utilisée, la probabilité étant simplement l'expression du rapport des "cas favorables sur les cas possibles". Son évaluation passe donc par des calculs combinatoires de configurations, et c'est en spécifiant la nature de ces configurations que les hypothèses physiques entrent en jeu.

Or dès le deuxième article du célèbre volume XVII des Annalen der Physik, Einstein propose un modèle du mouvement brownien dans lequel l'aspect probabiliste est celui d'un processus stochastique. De nombreux auteurs se lancent dans cette direction de recherches : Smoluchowski (1906), Langevin (1908), Markov (1912), de Haas-Lorentz (1913), von Laue (1915), Fürth (1917), etc... Les êtres mathématiques qui sont mis en jeu ne sont plus des variables, mais des fonctions aléatoires pour lesquelles il est tentant de développer une dynamique aléatoire sur le modèle de la dynamique usuelle ("certaine"!) : c'est ce que rend possible notamment l'équation de Langevin.

Mais c'est une problématique difficile qui s'ouvre alors pour définir et manipuler des dérivées, intégrales, transformées de Fourier stochastiques ^[55] , etc... Elle est abordée dans les années 30 par Norbert Wiener, Paul Levy, Serge Bernstein, Harald Cramér et bien d'autres, mais les résultats obtenus ne sont pas directement pris en compte par les théoriciens de la Physique quantique.

Aussi est-ce dans une certaine indifférence que paraît, en 1933, un article de Fürth qui établit un parrallèle entre la "stochasticité" du mouvement brownien et celle des processus quantiques. ^[56] Il montre que, dans un milieu soumis à l'agitation moléculaire, des relations du "type Heisenberg" peuvent être dérivées. Elles définissent une "limite naturelle à la précision des mesures", limite qui peut être repoussée indéfiniment lorsque la température tend vers 0. Le travail de Fürth avait été précédé d'essais de Schrödinger et de Métadier (1931) et d'un résultat mathématique intéressant dû à Eugène Wigner (1932). L'échec relatif de ces tentatives était évidemment lié au fait que les équations fondamentales de la mécanique quantique, en particulier l'équation de Schrödinger décrivent l'évolution d'une fonction, , qui est lié à un calcul probabiliste, mais n'est pas une véritable densité de probabilité, tandis que la dynamique du mouvement brownien s'exprime aussi par des équations aux dérivées partielles, mais qui n'ont pas la même forme et détermonent directement l'évolution des densités de probabilité.

Mais à la fin des années 30, des développement techniques intéressants firent naître de nouveaux espoirs : Loève et Cramér obtinrent des théorèmes d'existence relatifs à la transformée de Fourier d'une fonction aléatoire, José Moyal, Jean Bass, Georges Dedebant et Philippe Wehrlé développèrent une mécanique alétaoire très générale. Moyal retouva, en particulier, la fonction de distribution de Wigner ^[57] . Mais c'est seulement à la fin des années quarante que les recherches allaient reprendre dans cette direction, dans un contexte plus directement idéologique.

4. Un bateau plein d'étoiles et de crabes (1947 et alentour)

Avant

Les discussions de principe suscitées par les développements de la Science n'ont pas toujours été coupées du contexte social et politique. On en trouve l'attestation chez Boèce, Giordano Bruno, Cyrano de Bergerac, Diderot, Marat, Saint-Simon et bien d'autres. Mais c'est à la fin du XIX^ème siècle que des polémiques majeures se développent avec l'accumulation rapide des découvertes scientifiques (en biologie et en physique) et l'accroissement sensible de leur diffusion, au moment où se développe le "mouvement ouvrier" et où certains courants de la pensée philosophique se radicalisent.

La polémique se développe surtout en Allemagne, comme un prolongement et un retournement de l'hégélianisme, avec Feuerbach (1804-1872), puis Marx (1818-1883) et Engels (1820-1895). Elle se poursuivra en Russie avec Bogdanov et Lenine. Elle prépare ainsi les secousses qui vont, dans plusieurs domaines de la science, marquer la fin des années quarante.

Avant de s'engager dans une recherche et une action qui vont renouveler l'économie politique et développer le courant révilutionnaire dans le mouvement socialiste, Marx s'intéresse en effet à l'Epistémologie et à son histoire, afin de dépasser l'hégélianisme de gauche en proposant une version moderne du matérialisme. C'est l'objet de sa thèse : Différence entre la philosophie de la nature de Démocrite et celle d'Epicure (1841). Pour Marx, l'étude du concept d'atome est à l'origine d'un métaphore que la critique sociale pourra exploîter :

Nettement marquée dès L'idéologie allemande, l'option matérialiste s'exprime avec une force et une netteté remarquables dans les Thèses sur Feuerbach dont voici la seconde :

Désireux de fonder un socialisme réellement "scientifique", Marx et Engels s'efforcent d'acquérir des connaissances sérieuses dans de nombreux domaines et se tiennent au courant de l'actualité. Entre 1850 et 1860, Marx se préoccupe de physique, cosmologie, géologie, physiologie; Entre 1870 et 1880, Engels lit attentivement Clausius, Helmoltz, Mach et Haeckel. C'est dans l'Anti-Dühring (1878), puis dans Dialectique de la nature (1883) que Engels présentent les thèses marxistes sur la Science de façon systématique. De nombreux exemples sont sollicités qui illustrent - de façon parfois naïve - l'aspect "dialectique" des phénomènes. Trois grandes découvertes sont mises en valeur : la découverte de la cellule, les transformations de l'énergie, la théorie de Darwin ^[60] .

Pendant toute cette période, la physique progresse rapidement. En particulier le débat sur l'Energétique et l'Atomisme fait rage. La pensée d'Engels évolue en conséquence, non sans quelque hésitation. C'est ainsi qu'on peut lire dans une lettre à Marx en date du 4 janvier 1866 :

Mais dans la Dialectique de la nature, un texte rédigé en 1979 présente ainsi offre une vision "anti-fractale" des changements de lois qui accompagnent les changements d'échelle :

A son tour Lénine, avant la révolution d'Octobre, prend une part active au débat épistémologique. Il publie en 1908 un ouvrage polémique intitulé : Matérialisme et empiriocriticisme, notes critiques sur une philosophie réactionnaire ^[63] . Dans ce texte, Lénine s'en prend avec vigueur à Mach, Avenarius, Ostwald, Poincaré, Duhem qui sont pour lui des "idéalistes" (plus ou moins bien) déguisés. Il reproche à Abel Rey de ne pas défendre avec assez de force, contre Mach, les positions de l'école néo-mécaniste, où l'on «croit à la réalité de la théorie physique, comme l'humanité croit à la réalité du monde extérieur» (loc.cit; p.176) Curieusement il ne cite ni Boltzmann, ni Kirchoff, ni Lorentz. Ce ne sont donc pas les physiciens réellement créateurs qui sont évoqués et l'ironie de l'auteur vise surtout, comme alliés ou "complices" des "empiriocriticistes", des auteurs proches des sociaux-démocrates comme Bogdanov, Lounatcharski, Guelfond et d'autres. Dans le chapitre V de son livre (La révolution moderne dans les sciences de la nature et l'idéalisme philosophique), Lénine s'exprime ainsi :

Après la révolution d'octobre, la vie culturelle de la jeune Union Soviétique est extrêmement animée. Dans de nombreux domaines de la culture, de profonds bouleversements ont lieu. C'est en particulier le cas pour la peinture, la poésie, la linguistique... et le cinéma. Curieusement, malgré le prestige de Lénine, la Physique théorique demeure à l'écart de débats qui affectent - parfois durement - des artistes comme Filonov ou Khlebnikov, l'école de Vitebsk ou celle des "formalistes" de Moscou. Loren Graham observe à ce sujet :

Quelques contestataires se manifestent cependant dès la période qui précède la seconde guerre mondiale. C'est le cas de Nikolsky qui, en 1936 et 1937, insiste sur le caractère "idéaliste" et "Machiste" de l'interprétation orthodoxe. Nikolsky soutient une interprétation "statistique" qui diffère du point de vue officiel défendu avec vigueur par Fock, lequel déclare, en préface à une traduction russe du débat "Einstein-Podolsky-Rosen vs Bohr" :

Jusqu'en 1947, ce sera le point de vue de la troïka "active" en Physique théorique, formée de Fock, Omelianovsky et Blokhintsev. On sent poindre cependant chez les deux derniers des réticences qui prendront forme ultérieurement.

Pendant

La situation change brusquement en 1947. Le 5 juin de cette année, le plan Marshall est lancé par l'administration américaine. Le 22 septembre, au cours d'une réunion des partis communistes européens, convoquée à Szklarska-Poreba, Andreï Jdanov, alors numéro 2 dans la hierarchie du P.C.U.S., présente un rapport qui définit la théorie des "deux camps" (impérialiste vs socialiste et démocratique), et impose une nouvelle politique aux partis communistes français et italien. Mais dès le 24 juin, Jdanov, qui s'était déjà illustré par des interventions virulentes au sujet de la littérature, en 1934, puis en 1946, prononça devant la conférence des philosophes soviétiques, un discours virulent dans lequel il portait de violentes attaques contre la "culture bourgeoise" et prônait un rapide "redressement idéologique". La physique n'était pas oubliée, au sujet de laquelle il écrivait ceci :

Le discours de Jdanov eut d'importantes conséquences dans de nombreux pays - en premier lieu en Union Soviétique - dans tous les  domaines de la culture. En France La Nouvelle Critique ("revue du marxisme militant") fut créée en se donnant pour tâche de

Dans la plupart des cas les remises en cause avaient en réalité des couleurs nettement conservatrices (c'était particulièrement net pour la peinture, la musique, la littérature et même le cinéma). Dans le cas de la Physique, les idéologues officiels s'en prenaient à la Relativité et aux Quanta. Mais la réaction des physiciens - et en premier lieu des physiciens communistes français fut nuancée. Malgré leur souci de rester "dans la ligne", ils rejetèrent les attaques contre la Relativité (Paul Langevin avait d'ailleurs joué un rôle essentiel dans le développement de la théorie!). Par contre les critiques contre le "dogme de Copenhague" se situaient dans le prolongement naturel d'une polémique qui, on l'a vu, n'avait guère cessé depuis 1927. Cette polémique dépassait d'ailleurs les clivages idéologiques : Léon Rosenfeld, élève de Bohr et farouche défenseur du "dogme" était aussi un marxiste convaincu. Jacques Solomon lui-même avait milité, dès 1933, en faveur de l'incomplétabilité du modèle quantique usuel.

En Union Soviétique, le débat se cristallisa autour d'une polémique entre Markov et Maximov, le premier soutenant un point de vue résolument "Copenhagien" tandis que le second soulignait les difficultés idéologistes qui en résultaient lorsqu'on insistait pour le confronter au point de vue "marxiste". Les instances officielles se prononcèrent en faveur de Maximov, mais le point de vue des théoriciens n'évolua que lentement. On peut s'en assurer en comparant les éditions successives (1944, 1949, 1951) de l'ouvrage "de référence" que fut le traité de Blokhintsev dans lesquelles l'auteur passe d'une interprétation "à la Born", associée au principe de complémen-tarité, à une vision statistique fondée sur la notion d'ensemble quantique. Cette approche fut vivement critiquée par Fock qui insistait sur le fait que la fonction d'onde décrit le compor-tement d'une seule particule et non pas d'un ensemble, ce qui ne l'empêchait pas de soutenir, à l'encontre de Bohr, une vision réaliste de l'univers microphysique. Omelianovsky, de son côté, se situait sur une position voisine de celle de Blokhintsev en admettant, contrairement aux résultats de von Neumann, la possibilité d'une interprétation à variables cachées. Terletsky apporta aussi une contribution significative en évoquant la possibilité de tenir compte, dans le formalisme, de non-linéarité qui faciliteraient le retour à une interprétation réaliste.

C'est pourtant en dehors de l'Union Soviétique - mais certainement dans le même contexte d'affrontements idéologiques, caractéristique de cette époque - que les choses commencèrent à bouger. Chassé de son poste à Berkeley par les bons soins de la Commission Mc Carthy, David Bohm - qui venait de publier un traité tout à fait orthodoxe intitulé Quantum Mechanics, trouva à l'Université de Saõ Paulo des conditions de travail lui permettant d'élaborer un nouveau modèle de la mécanique quantique incluant la notion de variable cachée et mettant ainsi directement en cause l'interprétation officielle. Ce modèle développait un formalisme assez voisin de celui proposé en 1923 par Louis de Broglie comme "théorie de la double solution". Jean-Pierre Vigier (qui bénéficiait lui-même de la vigilante attention de la DST) opéra le rapprochement et obtenait des résultats semblables à ceux de Bohm. Une collaboration entre les deux chercheurs se développa, qui reçut bientôt le soutien de de Broglie qui, après le Congrès Solvay de 1927 et les vives critiques que Bohr lui avait adressées, s'était rallié sans enthousiasme à la doctrine officielle. Les publications de Vigier et Bohm (1951, 1952) marquèrent le début d'une période très active pendant laquelle les tentatives non-orthodoxes de multiplièrent dans de nombreux pays ^[67] :

A-côté

Après

5. Détails d'un coucher de soleil

Avant

Pendant

A côté

Après