Quand Dieu joue aux dés : impensable hasard

Savoir plus et réserver
 

Le hasard, tout le monde sait ce que c’est. Le mot fait partie du vocabulaire courant. Chacun à son idée sur la chose ; il y a ceux pour qui tout est hasard, il y a ceux pour qui rien n’arrive pas hasard. L’idée de hasard semble contraire à celle de volonté ; qu’elle soit divine (Providence) ou humaine (industrie). Elle s’oppose aussi à l’idée de règle ou de cause ; tel événement produit par une cause ou par une règle ne doit rien au hasard. Pourtant au 17ème siècle des mathématiciens ont commencé à découvrir que, bien qu’il produise sans règle, le hasard semble suivre des règles ; Blaise Pascal et Pierre de Fermat ont fondé cette branche des mathématiques qui les étudient ; les probabilités. Puis au début du 20ème siècle, le hasard est venu tourmenter les physiciens. Avec la naissance de physique quantique la notion de hasard devient plus complexe. Jusqu’alors chacun comprenait le hasard comme une sorte de limite à notre connaissance – cette limite, le calcul des probabilités est capable de la circonscrire ; sans pour autant abolir le hasard, les mathématiques permettent d’établir des espérances en établissant les limites de notre volonté : avec un seul dé à 6 face, nous sommes sûr qu’un coup ne produira jamais de 7 et que nous avons une chance sur six de tirer un 1.

Le paradoxe EPR

En physique quantique, la notion de hasard est intimement liée à la notion de localité - ou plutôt de non localité. C'est le sujet principal de ce livre ; la « non-localité » des phénomènes étudiés par la physique quantique. Sa thèse centrale est que Dieu joue « Bell » et bien aux dés. La non-localité est étroitement liée à la notion de hasard ; la présence de celui-ci dans les événements quantiques déplaisait à Einstein. Les concepts de « hasard » et de « non-localité » ont été précisés en 1964 par John Stewart Bell. Les travaux de ce physicien irlandais ont permis d'établir un critère expérimental pouvant servir à vérifier ou infirmer un paradoxe. Ce paradoxe (que l'histoire a retenu sous le nom de Paradoxe Einstein-Podolsky-Rosen) mettait la théorie quantique face à une contradiction qui devait l'invalider. Dans une publication retentissante, Einstein avec deux autres physiciens (Boris Podolky et Nathan Rosen) avait montré que la physique quantique admettait que les états de deux objets quantiques ayant interagit (dont les états sont intriqués) restaient corrélés quel que soit la distance  qui les sépare ; toute modification de l’état de l’un induit une modification de l’état de l’autre et cela quel que soit la distance qui les sépare. Ce type d’action à distance a fait fantasmer plus d’un parapsychologue espérant y trouver les bases physiques de la télépathie.

L’inégalité de Bell

Le critère expérimental établi par John Bell est connu sous le nom d'Inégalité de Bell. En1982, le physicien français Alain Aspect a réalisé la première expérience qui s'appuie sur les conditions établies par Bell pour confirmer ou infirmer le paradoxe EPR. Alain Aspect a préfacé le présent ouvrage dont l'auteur, Nicolas Gisin réalisa par la suite une seconde expérience fondée aussi sur les critères de Bell et qui confirma les résultats du français.

Conclusions des expériences françaises et suisses

Désormais, le paradoxe EPR qui devait invalider la théorie n'est plus une expérience de pensée imaginée pour souligner une faille dans la physique quantique. Celle-ci n'est pas défaillante, et le paradoxe EPR est devenu une propriété paradoxale de la nature; sous certaines conditions (intrication), deux objets quantiques (deux photons par exemple) séparés par une distance quelconque peuvent avoir des états corrélés sans aucun échange d'information de l'un à l'autre, sans qu'aucune influence ne puisse expliquer cette corrélation. Un changement d'état de l'un permet de prévoir l'état de l'autre sans que cet autre n'ait été « informé » du nouvel état du premier par un signal quelconque. Nul besoin d'invoquer une sorte de télépathie celle-ci se fondant sur l'idée d'une influence occulte, c'est à dire à une théorie « locale »; la physique quantique est non locale.

Non localité

Pour définir ce qu'on entend par non localité des phénomènes physiques, il est naturel de commencer par la définition de la localité. Que signifie la phrase, « les phénomènes décrits par la physique sont locaux » ? Que dit-on quand on dit que tel événement est un phénomène local ?
Cela veut dire d'abord qu'il a lieu… dans un lieu. Par cette tautologie, nous comprenons que cette locution française associe étymologiquement l'idée d'événement à celle de lieu ; un événement à lieu quelque part. La physique classique (et relativiste) caractérise ce lieu par un point dans un espace euclidien (Riemannien pour la relativité).
Une théorie physique est dite « locale » si les phénomènes ou événements qu'elle décrit s'expliquent par des influences de proche en proche se propageant à vitesse finie dans l'espace (dans le cas de la relativité cette vitesse à une limite ultime, celle de la lumière). Une illustration très classique est l'effet domino dans lequel chaque domino fait tomber l'autre de proche en proche du premier au dernier de la ligne sur laquelle ils sont disposés. Le pendule de Newton est un autre exemple de phénomène simple de transmission de l'énergie cinétique via un choc élastique transmis par des boules immobiles. La propagation des vagues ou des tsunamis à la surface de l'eau constitue un autre exemple ; un mouvement périodique de haut en bas en surface se propage de proche en proche. De même les phénomènes acoustiques sont locaux. Enfin, la théorie ondulatoire de la lumière est une théorie locale ; et ce n'est pas simplement pour donner du « corps » à cette théorie que les physiciens imaginèrent l'éther, c'est avant tout par une exigence de localité ; en effet cette substance était le support hypothétique de la propagation de l'onde électromagnétique, l'équivalent de l'eau pour les vagues ou de l'air pour le son. Si jusqu'à Descartes inclus, les philosophes et physiciens étaient si réticent à l'idée même de vide dans la nature (la nature a horreur du vide), c'est aussi par une exigence de localité ; Descartes a conçu sa théorie des tourbillons pour satisfaire à cette exigence. C'est au nom de cette même exigence que Newton n'acceptait pas l'idée d'action à distance dont il a pourtant fourni le premier modèle mathématique dans le cadre de sa théorie de la gravitation. Nicolas Gisin ne manque pas de rappeler la célèbre citation dans laquelle Newton déclare : « aucun homme ayant une faculté de réfléchir avec compétence aux problèmes philosophiques » ne peut admettre que deux corps puissent agir l'un sur l'autre à distance sans aucune médiation. C'est la théorie de la Relativité générale d'Einstein qui donna la première description locale de la gravitation en remplaçant l'espace et le temps newtoniens par la notion d'espace-temps et en reconsidérant les notions de masse et d'inertie. C'est dire combien Albert Einstein était attaché à l'idée de localité.

 


Le livre de Nicolas Gisin nous introduit aux critères de Bell. Il est probablement l'un des rares ouvrages pour un public non spécialiste à développer autant le raisonnement de Bell. C'est un raisonnement de nature logique qui n'est pas simple à assimiler. Il se fonde sur la notion de hasard étroitement liée à celle de non localité. La notion de hasard atteint ici un raffinement qui nous oblige à distinguer le vrai hasard du hasard tel qu'on le comprend couramment. Le vrai hasard n'est pas celui des dés jetés sur le tapis ; celui-ci reste un hasard déterministe, c'est-à-dire un faux hasard. Nous savons que le résultat d'un jet de dés est déterminé par des microphénomènes complexes (chocs élastiques, chocs des molécules d'air, propriétés élastique du tapis etc.) dont la détermination exacte excède toute puissance de calcul ; ce hasard n'existe que par notre ignorance de chaînes causales complexes. Le vrai hasard est non déterministe et « permet la non-localité sans communication ».

Prétendre que ce livre permet de comprendre enfin quelque chose à la physique quantique serait excessif. Il constitue cependant un évident effort de vulgarisation sur les inégalités de Bell - sur lequelles les vulgarisateurs s'attardent rarement. Mais au bout de cette lecture, on se retrouve encore perplexe comme devant tout ce qu’on aura pu lire auparavant sur les quanta. On peut toujours se consoler en invoquant la célèbre boutade de Richard Feynman ; personne ne comprend rien à la physique quantique. Sans jamais renoncer à la possibilité de saisir quelque chose, comprendre qu'on n'y comprend pas grand-chose nous préserve de la suffisance, invite à rester humble. La prudence est de mise à qui voudra briller dans les salons en jonglant avec des photons.

SHARE