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Article. Extension aux sciences macroscopiques de la remise en cause du concept de réel par la physique quantique
Jean-Paul Baquiast 18/10/2012

Cet article actualise un thème déjà abordé sur ce site. Voir par exemple ici.

Appelons sciences macroscopiques toutes les sciences en général, sauf celles s'intéressant à ces « objets » particuliers  que sont les observables quantiques, qui relèvent encore aujourd'hui de la physique quantique, dite aussi par un petit abus de langage science du microscopique. Les sciences macroscopiques postulent en général l'existence de réalités en soi, existant en dehors de l'observateur, et que celui-ci s'efforce de décrire de façon aussi objective que possible.

Depuis son apparition dans la première moitié du 20e siècle, la physique quantique s'est au contraire dans l'ensemble accordée sur le fait qu'elle ne pouvait pas décrire de façon objective, indépendamment de l'observateur, les entités qu'elle observait, ou croyait observer. Il lui fallait associer l'observation avec l'instrument d'observation utilisé et plus généralement avec un observateur dont la conscience intervenait pour interpréter l'observé. C'est ainsi que la physique quantique a constaté son impuissance à donner d'une particule isolée, par exemple un électron, une description objective, valable pour tous observateurs et toutes circonstances. Une telle entité peut apparaît sous des états différents selon les instruments et les observateurs. On dira donc que la physique quantique n'est pas « réaliste », en ce sens qu'elle se refuse à postuler l'existence d'un réel déjà défini, antérieur à la démarche scientifique, qui s'imposerait à l'observateur et limiterait ainsi ses possibilités.

Le non-réalisme de la physique quantique

Aujourd'hui, par le terme de particules quantiques, on désigne des entités que les instruments scientifiques modernes permettent d'observer, soit en groupe (par ex. un courant électrique) soit individuellement (un électron isolé). On peut émettre des électrons un à un, et constater leur existence quand ils interfèrent avec une cible. Cependant, selon la physique quantique contemporaine, confirmée jusqu'à présent invariablement par des milliers d'expériences et d'applications, l'observation que nous faisons d'un électron n'épuise pas tout ce que nous pouvons en dire. Elle se borne à matérialiser un des multiples états possibles de cet électron, qui sont en fait répartis sous forme de probabilités dans un nuage entourant l'électron. Ainsi, dans certaines conditions, l'électron ne se comporte pas comme une particule, mais comme une onde.

L'entité quantique dans cette perspective peut être représentée par l'équation psi ou fonction d'onde proposée par Erwin Schrödinger. Elle ne peut en donner une définition déterministe. Lorsque l'observateur décrit la position ou le mouvement d'un électron particulier, il se borne à décrire une interaction parmi d'autres de l'entité observée interagissant avec un instrument de mesure parmi d'autres. Il ne peut affirmer qu'il existerait une réalité objective qui correspondrait à l'ensemble des positions et des mouvements de cet électron, observable par n'importe quel observateur doté de n'importe quel instrument. Cela suffit largement en pratique puisque les instruments observent ou utilisent de grandes quantités d'entités, auxquelles peuvent s'appliquer les lois statistiques. De plus, lorsque les applications les plus récentes de la physique quantique conduisent à isoler et manipuler une particule quantique isolée, l'opérateur tire profit de la superposition d'état de la particule, autrement dit de son indétermination, pour réaliser des opérations hors de portée d'une particule « décohérée », c'est-à-dire ayant cessé d'être quantique pour redevenir une particule ordinaire. C'est sur ces propriétés que fonctionnent les prototypes des futurs calculateurs quantique.

Se demander si la fonction d'onde renverrait à une réalité objective ultime est donc considéré comme une résurgence d'un vieux réalisme ou essentialisme métaphysique, qui ne peut recevoir de réponses aujourd'hui. Ceci présente selon nous une contrepartie rarement évoquée. Il n'existe pas pour la mécanique quantique de lois fondamentales de la nature, telles celles régissant l'espace et le temps, supposées s'appliquer aux objets ou phénomènes macroscopiques du monde observable.

La démarche méthodologique de la mécanique quantique a été formalisée avec précision par la physicienne Miora Mugur-Schächter, sous le nom de Méthode de Conceptualisation Relativisée, dans divers ouvrages et articles auxquels nous renvoyons le lecteur. Voir notamment, sur ce site, " L'infra-mécanique quantique "

La critique du réalisme dans les sciences macroscopiques

Parallèlement le réalisme de la science macroscopique, postulant l'existence de réalités en soi ou ontologiques s'imposant à tous, bien que jugé utile dans certains domaines, a fini par susciter les critiques croissantes de ceux y voyant une prise de contrôle des activités de recherche par des métaphysiques, des religions ou des pouvoirs économiques et politiques voulant imposer leurs visions du monde.

Le procès n'est pas nouveau. Après Marx, la psychanalyse a pris le relais en apprenant à rechercher « qui parle » et quels sont les intérêts personnels de celui qui s'exprime, derrière toute affirmation visant à affirmer des « réalités objectives » en les immunisant ainsi de toutes critiques. Depuis le début du 20e siècle, les sciences humaines et sociales ont bâti l'essentiel de leurs travaux sur ce travail de déconstruction du réalisme ou de l'essentialisme. Mais la tâche est loin d'être terminée. Même dans les sociétés athées, prétendant séparer nettement les sciences des religions, on constate en permanence l'apparition dans les sciences humaines et sociales, ainsi que dans le langage courant s'en inspirant, de concepts au service de postulats métaphysiques hérités des théologies. C'est ainsi qu'abondent encore des articles se disant scientifiques dissertant sur les propriétés supposées de la Nature, de la Vie, de l'espèce humaine, de l'économie politique... qui sont en fait la transposition des convictions, sinon des mensonges délibérés de leurs auteurs.

Certes, il serait risible ou tout au moins inutile de remettre en cause les discours prêtant à des objets courants une réalité essentielle, sinon transcendante. Il reste cependant que dans tous les sciences, il serait pourtant nécessaire de proposer des méthodologies de recherche adéquates pour se débarrasser du "réalisme" et rejeter les faux-nez derrière lesquels se dissimulent les intérêts religieux ou politiques cherchant à dominer les cerveaux des citoyens. Nous avons montré que les méthodes de conceptualisation relativisée inspirées de la physique quantique permettraient de donner de phénomènes hautement politisés comme le chômage ou le réchauffement climatique des descriptions permettant d'attaquer efficacement les causes ou les conséquences de ces phénomène. De vastes chantiers restent ouverts à la disposition des chercheurs visant à réaliser ce travail plus que jamais nécessaire de démystification – face notamment à des médias dont la logique est d'inventer en permanence de pseudo réalismes.
Que devient alors le concept de Réalité ?

Il est intéressant de constater cependant que le concept de Réalité reparait aujourd'hui dans les sciences qui se sont refusé à céder aux pièges du réalisme. Mais il le fait sous une forme très atténuée. C'est ainsi que la physique ou la cosmologie, dominées par le principe de réalité (les astres n'ont pas attendu l'homme pour exister...) débouchent aujourd'hui sur un vaste point d'interrogation concernant la nature de la réalité. La physique, au delà des quarks, des gluons et des électrons, évoque un univers d'énergie, non descriptible en termes de temps et d'espace, nommé quelquefois le vide quantique. Provenant des instabilités du vide quantique peuvent à tous moments surgir des formes de matière conformes au modèle standard des particules. Mais rien n'interdit de penser que d'autres formes de matière, susceptibles de composer des univers différents de ceux que nous observons actuellement, ne puissent pas aussi en surgir. Comment alors qualifier cette « réalité » ultime, mère possible de toutes les réalités, correspondant à ce concept de vide quantique.

La cosmologie pour sa part conduit, à l'échelle de l'infiniment grand ou de l'infiniment lointain, à une interrogation analogue. Les hypothèses relatives à l'histoire de l'univers évoquent un point zéro, de densité et d'énergie quasi infinies, qui aurait été à l'origine du Big Bang. On parle de Singularité pour exprimer qu'à ces échelles, aucune loi reconnue par la physique actuelle ne pourrait s'appliquer. Beaucoup de physiciens admettent que la « réalité » correspondant à l'existence de cette singularité pourrait donner naissance à des univers très différents du nôtre, où notamment ce que nous nommons les lois fondamentales seraient profondément différentes. On lira sur ce sujet l'ouvrage remarquable de l'astrophysicien Caleb Scharf, Black Holes. Voir notre chronique ici

Nous serions tentés de suggérer que face à ces questions, la plupart des scientifiques ne renoncent pas à postuler l'existence d'une réalité sous jacente, une sorte de cause première, pouvant expliquer l'existence des réalités perceptibles. Mais ils se refusent à aller au delà, faute d'éléments pour ce faire. Le philosophe Jan Westerhoff propose de nommer cette conception de la réalité la « turtle definition », en clair un point au delà duquel ceux qui cherchent à décrire le réel se refusent à aller, parce que les éléments pertinents leur manquent. Le terme fait allusion à la tortue mythique sur laquelle le monde était censée reposer, et que l'on renonce à décrire, parce que tout progrès en ce sens fait apparaître une nouvelle tortue sur le dos de laquelle se tenait la première. Le réel serait ainsi ce qui se trouve « en dessous » ou au delà de toutes les descriptions scientifiques, un facteur dont la science confesse le caractère au moins temporairement inconnaissable.Voir notre chronique ici.

Cette définition, dira-t-on, si elle a le mérite de rendre inopérantes des descriptions postulant des réalités en soi s'imposant dans notre vie quotidienne, évoque par contre l'idée de Dieu telle qu'elle inspire les les théologiens. Il semblerait alors, qu'il s'agisse de cette réalité sous-jacente indescriptible ou de Dieu, que tout le monde, athées ou croyants, soit persuadé de son existence. Les théologiens répondent à la question de Dieu en expliquant qu'il s'agit d'un Mystère que le croyant doit accepter sans chercher à le comprendre. Les scientifiques ne renoncent pas à proposer des définitions aussi précises que possible de la Réalité. Mais ils conviennent eux-mêmes que ces définitions n'épuisent pas les questions qui se posent. Une grande part d'inconnu, sinon d'inconnaissable, demeure, comme nous l'avons rappelé ci-dessus. Mieux vaut cependant pour les scientifiques en être persuadé que s'enfermer dans des hypothèses non vérifiables par l'expérience, lesquelles ressuscitent de vieilles mythologies.

 

La Méthode de Conceptualisation Relativisée et ses applications aux sciences macroscopiques

La Méthode de Conceptualisation Relativisée (MCR) établie par Mme Mioara Mugur-Schächter nous propose d’analyser la démarche de construction de connaissances du physicien qui veut décrire des microétats (des états de microsystèmes), et d’étendre cette démarche à l’ensemble de la conceptualisation. MCR montre que les bases épistémologiques de la mécanique quantique descendent à une profondeur plus grande que celle des sciences macroscopiques, en s’enracinant directement dans le factuel physique. A partir de cet enracinement de départ, est ensuite construite une toute première strate de connaissances concernant les microétats. Le livre tout entier vise à mettre en évidence que cette strate est dotée d’universalité, que – plus ou moins explicitement et en une version plus ou moins complètement « déployée » – cette strate se trouve à la base de tout processus de conceptualisation.

Ceci pour être admis par tous pose différentes questions. La principale de ces questions est relative à la position de la physique quantique par rapport aux autres sciences. S’agit-il d’un domaine séparé, voire différent des autres ? Ne doit-on pas au contraire considérer que la physique quantique est si l’on peut dire à la base de toutes les sciences, pour une raison simple : les sciences macroscopiques traitent d’entités qui sont fondamentalement quantiques. La réponse qui se dégage du livre à ce sujet est particulièrement importante.

La mécanique quantique a une importance pratique fondamentale par le fait que tout ce qui existe physiquement est constitué d’objets microscopiques. Cela est bien connu depuis l’apparition même de cette théorie. Mais en outre la mécanique quantique a également une importance fondamentale pour l’entière théorie de la connaissance, c’est-à-dire pour l’épistémologie, parce qu’elle met en possession d’un schéma méthodologique général d’élaboration de processus de conceptualisation. Cela était resté entièrement inconnu. C’est l’investigation de Mioara Mugur-Schächter qui l’a mis en évidence.

Le fait que tout objet physique est constitué de microsystèmes et le fait que la théorie quantique contient le germe d’une épistémologie générale fondée dans la microphysique, sont deux faits foncièrement distincts même s’ils sont reliés. Or la méthode générale de conceptualisation relativisée (MCR) développée à partir de l’analyse épistémologique de la mécanique quantique, pourrait s’avérer très importante en elle-même, pour l'ensemble des sciences.

L’exposé de la méthode fait apparaître que ce qui décide du mode de description possible pour une entité-objet de description donnée n’est pas la constitution physique interne de cette entité-objet, mais la situation cognitive dans laquelle l’observateur-concepteur se trouve relativement à l’entité-objet considérée.

Ceux qui, vers les années 1900, ont commencé de tenter de décrire des microétats, se sont trouvés dans une situation cognitive foncièrement nouvelle et tellement contraignante qu’elle a engendré un formalisme d’un type sans précédent dans l’histoire des théories physiques. Dans les sciences macroscopiques l'adéquation de la situation cognitive entre les objets d’étude et l’observateur-concepteur, avait eté et demeure beaucoup plus immédiate. Elle a permis de fonder les démarches de construction de connaissances, dans la manière courante de penser et de parler en termes d’« objets ». On suppose alors que ces objets sont réellement tels qu’on les perçoit, dotés de propriétés permanentes qui leur sont propres et qui sont indépendantes de nos actions pour les connaître.

Or il est désormais bien établi par les recherches de neurophysiologie, de psychologie et d’épistémologie que cette manière de penser et de parler est illusoire, que c’est l’esprit de l’homme qui crée les « objets » que nous percevons. Ceux-ci ne ne sont que des modèles construits par le corps de l’homme avec son cerveau et ses sens biologiques et qui par conséquent doivent autant aux sens de l’homme qu’aux données physiques extérieures qui interagissent avec ces sens.

Mais les recherches et les conclusions des neurophysiologistes, des psychologues et des épistémologues modernes valent pour les données physiques qui rencontrent directement et spontanément les appareils sensoriels de l’homme. Dans ce cas l’organisme humain travaille d’une manière réflexe qui reste cachée à la conscience, donc à la connaissance intuitive. Or le cas des entités microphysiques, comme par exemple les électrons, protons, etc., est différent. Ces entités ne touchent pas directement et spontanément les appareils sensoriels de l’homme. Alors comment se créent les « objets » de la microphysique ?

Le livre de Mioara Mugur-Schächter met en évidence que dans le cas des entités microscopiques, le processus de construction de connaissances s'exerçant à leur égard doit se dérouler d’une manière entièrement délibérée, méthodique, précisément parce qu’il n’est plus l’effet réflexe d’interactions sensorielles directes et spontanées. Le processus délibéré et méthodique de connaissances qui fonde le formalisme quantique est explicité dans ce livre, et c’est à partir de lui qu’est ensuite élaborée la méthode générale de conceptualisation relativisée dénotée MCR. A l’intérieur de cette méthode générale, s’éclaire aussi la structure particulière des processus spontanés et réflexes qui engendre les « objets » macroscopiques. Mais cet éclairage procède d’un point de vue nouveau, spécifiquement épistémologique, pas neurophysiologique, ni psychologique, et qui ne peut être rapporté à l’épistémologie philosophique actuelle.

Ceci permet d’établir, à l’intérieur de MCR, une connexion explicitement exprimée entre les représentations classiques des connaissances et la représentation universelle de la première strate de la connaissance, celle explicitée à partir de la mécanique quantique et généralisée dans MCR. Il en découle, en particulier, qu' il devient désormais possible de relier d’une façon claire et contrôlée les descriptions de la physique classique ou celles de la biologie, aux descriptions quantiques de microétats. On comprend l’intérêt d’une telle possibilité.

Les couches de complexité superposées selon lesquelles s’organisent les entités macroscopiques peuvent alors être étudiées sans nécessairement descendre jusqu’à l’origine quantique de ces entités. Ainsi la biologie n’a pas besoin de se poser la question de savoir si les molécules biologiques ont on non des rapports avec les micro-états quantiques sous-jacents. L’étude de l’immense diversité des systèmes biologiques se suffit à elle-même.

Cependant l’évolution contemporaine de la connaissance scientifique conduit de plus en plus couramment à des questions intéressant les sciences et technologies macroscopiques mais qui ne peuvent trouver une réponse précise que si le chercheur descend jusqu’aux aux origines quantiques des entités étudiées. Ainsi c’est du côté de la physique quantique que de plus en plus de biologistes cherchent aujourd’hui des explications à des phénomènes considérés encore comme mystérieux : les origines de la vie ou les mécanismes profonds de l’évolution, incluent les cerveaux, les neurones et les faits de conscience. Plus superficiellement, en matière de technologies, les informaticiens sont dorénavant persuadés que la cryptologie quantique et le calcul quantique apporteront des solutions aux difficultés rencontrées dans l’amélioration des solutions informatiques actuelles.

MCR permet d’accomplir de telles descentes ainsi que les connexions de représentation recherchées, dans le cadre d’une méthodologie générale de représentation, sous le contrôle explicite des normes de cette méthodologie. On peut savoir en quelles circonstances le type particulier « dégénéré » de description classique reste pertinent et en quelles circonstances il cesse de l’être et doit être remplacé par le schéma complet de représentation non-« dégénérée » induit dans MCR à partir de l’analyse de l’infrastructure épistémologique du formalisme quantique. On peut savoir quand le postulat naïvement réaliste selon lequel "nous connaissons des « objets » tels qu’ils sont vraiment en eux-mêmes", conduit à une approximation satisfaisante et pragmatiquement économique, et en quelles circonstances au contraire cette approximation cesse d’être utilisable et oblige à admettre que « connaître des modes d’être du réel-en-soi » est un non-sens d’un point de vue épistémologique rigoureux.

Ceci permet, si l’on veut analyser les fondements quantiques des entités macroscopiques, de discerner jusqu’où l’on peut encore transporter avec soi le postulat « réaliste » naïf, qui n’apparaît pas gênant si l’on s’en tient à l’étude macroscopique du monde. Ainsi, en biologie, on ne pourra pas parler de l’éventuelle influence d’une particule quantique sur une molécule biochimique comme si cette particule quantique « existait » dans le monde biologique dans le même sens, représentable de la même manière qu’un atome de carbone de la chimie macroscopique. Il faudra en permanence traiter la question de la relation entre l’entité macroscopique et ses correspondants quantiques. Il faudra donc traiter dans le cadre d’une méthode unique l’ensemble des situations-frontières où l’interaction entre une particule macroscopique et un micro-état quantique conduit à des représentations qui posent des problèmes d’interprétation, comme désignés par les expressions « réduction de la fonction d’état », décohérence, etc.. L’on pourra distinguer les faux problèmes d’interprétation, de ceux qui sont véritablement des problèmes.