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La science et la religion : pour un nouveau débat (3/4)

Les difficultés de représenter ontologiquement les entités de la physique

La question de l’ontologie en physique se situe durant la période récente au cœur des débats sur la philosophie des sciences contemporaine. Elle est étroitement liée à la métaphysique des sciences. Il existe aujourd’hui de réelles incertitudes inhérentes aux concepts de particule et de champ quantiques depuis le développement de la mécanique quantique des champs. On ne sait plus vraiment ce que sont les particules et les champs quantiques.

Voyons maintenant ces incertitudes de manière précise : l’un des piliers de la physique moderne est la mécanique quantique des champs. Les physiciens l’ont élaborée entre la fin des années 1920 et le début des années 1950 en fusionnant la mécanique quantique et la théorie de la relativité restreinte d’Einstein.

La théorie quantique des champs (QFT) est une théorie possédant des modèles quantiques de systèmes qui ont un nombre très grand de degrés de liberté. Elle est à la base du modèle standard de la physique des particules. Cette théorie est très utile pour calculer les résultats des collisions entre particules et les débuts de l’univers. Cette théorie est également utilisée dans l’étude de la supraconductivité et bien d’autres phénomènes physiques.

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Malgré ses succès, la mécanique quantique des champs soulève des difficultés d’interprétation des notions de particule et de champ qui sont héritées de la physique classique. Tout d’abord, la distinction entre les deux entités, à savoir les particules et les champs, est artificielle au sein même du cadre conceptuel de la théorie car celle-ci associe à chaque particule un champ. Par exemple, il y un champ électronique pour l’électron (le photon est la particule associée au champ électromagnétique), un champ pour chaque quark, etc. Il y a également des particules pour chaque type de champ.

Ainsi, les physiciens ne sont pas tombés d’accord sur l’entité la plus fondamentale du monde quantique. Certains réclament une théorie quantique basée sur la notion de champ et d’autres revendiquent les particules comme les entités fondamentales de la théorie. Il n’y pas donc de consensus sur les notions théoriques de la mécanique quantique des champs. L’incertitude qui règne dans le vocabulaire qui décrit le monde quantique est un obstacle à un développement futur de la mécanique quantique des champs, un développement qui serait marqué notamment par l’unification de la compréhension des forces de la nature.

Par ailleurs, les notions classiques inhérentes aux particules et aux champs ne sont pas compatibles avec la mécanique quantique des champs. Ainsi, les particules décrites par cette théorie n’ont pas les caractéristiques d’entités individualisées et localisées comme le sont les entités de la physique classique. Elles n’ont pas de position bien définie et ne possèdent pas de trajectoire.
Avant même l’unification de la mécanique quantique et de la théorie de la relativité restreinte, la notion de particule suscitait un certain nombre de difficultés théoriques.

Par exemple, si la charge d’une particule classique est concentrée dans un point, une quantité infinie d’énergie est alors stockée dans cette particule étant donné que les forces de répulsion électriques deviennent infinies lorsque deux charges du même signe sont forcées à se rapprocher l’une de l’autre. Ce qui est appelé l’énergie propre d’une particule a une valeur infinie.

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La fusion entre la mécanique quantique et la théorie de la relativité restreinte a rendu la notion classique de particule encore plus problématique. Les particules sont devenues insaisissables et énigmatiques. Un groupe de physiciens dont les plus illustres sont Dirac (1928), Feynman et Weinberg (1987), et Wald (1994) a tiré un enseignement important à partir de ce constat d’échec concernant la notion de particule en réclamant une approche basée sur la notion de champ1.

Mais là encore, le champ quantique n’a rien à voir avec le champ classique. Tandis que le champ classique permet de visualiser des phénomènes tels la lumière comme des ondes se propageant dans l’espace, le champ quantique est une expression mathématique qui permet de calculer les probabilités des résultats d’une mesure. Ces difficultés incitent à ne plus voir le cadre conceptuel lié aux notions de particule et de champ comme pertinent pour la mécanique quantique des champs ni comme utilisable ou indispensable pour l’interprétation des résultats des expériences de physique quantique.

L’une des tentatives fructueuses mais radicales pour résoudre ces difficultés est le réalisme structurel, selon lequel ce ne sont pas les objets eux-mêmes qui existent mais les relations et les propriétés. La connaissance directe des entités quantiques est impossible selon cette conception. Mais ce type de réalisme n’est qu’une étape vers la reconnaissance du fait que les entités quantiques ne correspondent pas à ce que décrit la mécanique quantique des champs puisqu’il renonce à décrire les entités quantiques comme des particules ou des champs et se contente de ne retenir que les relations entre ces entités en faisant abstraction de toute interprétation théorique.

La difficulté de se contenter du réalisme structurel qui ne permet pas d’apporter une réponse définitive au problème de la pertinence des deux options : l’une qui est basée sur la notion de particule et l’autre repose uniquement sur la notion de champ, nous pousse à faire un choix entre trois alternatives.

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Dans la mesure où les concepts quantiques sont des concepts difficiles à interpréter en tenant compte des notions classiques, nous sommes obligés soit de conceptualiser différemment les objets quantiques, soit de renoncer à leur existence mais uniquement dans la théorie, soit de trouver des notions qui ont peu à voir avec les notions classiques de particule et de champ. La seule chose dont nous sommes sûrs et que l’entité quantique est un ensemble de propriétés physiques (masse, spin, position, polarisation).

Un certain nombre de conclusions peuvent être tirées :

  • L’argument selon lequel les entités de la physique quantique ne sont
    pas considérées comme des individus a comme point de départ la
    remarque générale suivante : les particules du même genre (comme les
    électrons) peuvent être considérées comme ne pouvant être
    discernables dans le sens où elles possèdent les mêmes propriétés
    (masse, charge, spin).

  • Les entités quantiques ne possèdent pas non plus de trajectoires
    spatio-temporelles précises en raison des relations d’indétermination
    de Heisenberg. Ces entités n’ont pas, par ailleurs, de moment
    cinétique précis qui permet de définir une trajectoire précise. Selon
    ces relations, un système subit des fluctuations quantiques qui limitent
    la précision avec laquelle on détermine la valeur d’une grandeur
    comme la position d’une particule. L’image d’une particule quantique la plus récente que nous donne la mécanique quantique des champs et celle d’un nuage dont la taille correspond à celle de l’atome.

  • Selon des théorèmes récents2, la mesure effectuée sur l’état d’un système quantique ne permet pas de distinguer entre un état à n-particules et l’état du vide.

  • L’interprétation basée sur les champs n’est pas une alternative valable à la notion de particule. Si la notion classique de particule est inapplicable à une interprétation des entités de la mécanique quantique des champs, il en est de même pour le concept de champ. Il n’existe pas d’autres notions dont l’interprétation permet une interprétation satisfaisante des entités quantiques.

  • Il y a deux genres de difficultés qui entravent la notion de champ quantique : le premier est lié au fait que la notion de champ quantique est une « perversion » de la notion de champ classique étant donné qu’un champ quantique fait correspondre à chaque point de l’espace-temps non pas une quantité physique mais une entité mathématique abstraite qui représente le type de mesure que l’on peut effectuer.

On va voir dans la partie suivante, deux autres situations problématiques de la science : la première est la discontinuité des théories scientifiques et la fragmentation des concepts scientifiques.

Contrairement à ce que laisse penser certains scientifiques, il n’y a pas d’unité de la science. Non seulement les théories de la mécanique quantique n’ont rien à voir sur le plan épistémologique avec la mécanique classique, alors que les deux domaines restent valables sur le plan scientifique. Mais en plus, il existe plusieurs concepts scientifiques qui sont irréductibles les uns aux autres. Il faudrait ajouter à cela, l’existence de différentes interprétations concurrentes de phénomènes physiques et les physiciens n’arrivent pas à trancher entre elles.

La deuxième situation est marquée par le recours à des modèles dans les théories scientifiques qui ne reflètent aucune réalité parce qu’ils sont déconnectés de ce que sont réellement les phénomènes physiques, à supposer qu’on sache vraiment la véritable nature de ces phénomènes. Ces modèles sont des abstractions et aucun scientifique ne prétend qu’elles sont absolument véridiques sur le plan scientifique.

1 Kuhlmann « Particules et champs sont-ils réels », Pour la Science n°432-Octobre 2013.

2 Plus particulièrement, le théorème de Reeh-Schlieder (Reeh, H. and S.
Schlieder, 1961)

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2 commentaires

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  1. Bravo pour l’article encore une fois.

    C’est tout le paradoxe tellement c’est drôle comment Allah swt les oblige à raisonner dans Son Sens :
    L’invisible est ainsi connu et mesuré et nous savons que l’invisible peut intéragir avec la matière. Nous savons également que ce n’est qu’une infime partie de cet invisible que nous avons réussi à déceler. Nous parlons également de dimensions. Et Allah swt de les mettre devant la question existencielle : Comment l’invisible peut-il être réel, intéragir avec la matière sans que nous puissions l’observer tout en l’admettant, le calculant, le mesurant. Nous sommes scientifiquement parlant dans le même stade que les spiritualités : l’invisible est là, nous en sommes sûr mais nous ne pouvons pas le connaître, nous ne pouvons qu’avancer expérimentalement en espérant que la connaissance nous vienne. Nous pouvons le conceptualiser en espérant nous approcher de la vérité. C’est extraordinaire! Allah swt est Très Grand!
    Quelle différence avec l’islam au final? AUCUNE. C’est cela que nous appelons la âquida lorque nous disons que l’islam donne de la droiture à la raison, la rend meilleure en somme : Dka dial Lah swt. C’est la même mécanique dirons-nous. L’avenir est au savant spirituel. L’homo sapiens sapiens, sage et savant, de Foi et de Raison, en bref le, la musulman.e.

    L’article démontre superbement que les avancées scientifiques sont discontinues, elles n’ont de réelle logique que dans la meilleure compréhension des phénomènes sans réussir à les expliquer dans l’absolu et l’obligation de réintrospecter leur déroulement démontre qu’il n’y a aucune méthodologie acquise qui soit suffisamment efficace pour pouvoir l’utiliser avec certitude. Nous avançons toujours par tatonnement et espérons des découvertes. Nous pouvons résumer cela par le fameux : Allah swt donne Sa Science et le pouvoir à qui Il veut. Tout vient de Lui et Il envoie Ses Signes. Seuls ceux qui sont dans le déni voire la perversion ou l’ignorance tout court refuse de voir l’évidence. Ceux qui croient que c’est eux ou leur culture qui est supérieure sont bien ignorants. Et la vraie victoire n’appartient qu’à ses serviteurs, en tout temps : les croyants. Ceux qui ont la véritable vision le voit clairement. Seul le matérialisme se fourvoie.

    C’est là que l’intuition intervient et que la capacité de transcendance d’une spiritualité est un facteur décisif.

    “Contrairement à ce que laisse penser certains scientifiques, il n’y a pas d’unité de la science. Non seulement les théories de la mécanique quantique n’ont rien à voir sur le plan épistémologique avec la mécanique classique, alors que les deux domaines restent valables sur le plan scientifique.”
    Assertion vraie dans le contexte mais l’intuition est la bonne. Il y a unité dans la science mais cette unité se vit dans la diversité des sciences. Le problème de la physique est central car c’est UN des facteurs bloquants. Le problème est que nous avons beaucoup spécialisé les scientifiques alors que si spécialisation il doit y avoir c’est dans la vue d’ensemble qui est chaotique!
    J’entends la critique de certains sur “l’impossibilité de la chose” à laquelle je réponds que c’est leur incapacité propre à percevoir cette possibilité parce qu’ils n’ont pas la bonne approche. Il faut tout revoir, tout refondre pour restructurer la manière de faire de la science. Sur le terrain c’est déjà le cas et la transversalité des sciences est déjà un fait. Les réformes vont timidement dans ce sens car beaucoup l’ont compris mais la pression libérale étant trop forte, on se dirige plus vers des cours à la carte type anglo-saxon que réellement des formations performantes. La conceptualisation et l’organisation n’est ni en adéquation ni dans le bon cheminement ordonné. La pluralité de pensée scientifique est anesthésiée. En bref, l’entonnoir élitiste pour la fabrique des nouvelles élites scientifiques capables de relever le défi est entièrement à revoir et doit non pas être généraliste mais transdisciplinaire (ce qui est différent de polytechnicien qui est beaucoup trop pluri, multidisciplinaire dans sa plus grande forme d’excellence) afin de faire naître les nouvelles sciences de demain. Cette transdisciplinarité bien ordonnée est impossible sans une vision spirituelle correcte.

    Le scientifique post-moderne devrait être capable d’être très efficace, EFFISCIENT, car il peut être assisté par des outils scientifiques révolutionnaires. C’est tout l’environnement direct du chercheur qui doit être revu. Beaucoup trop de nos chercheurs sont à la traîne. Comment des pays à plus faibles investissements arrivent à nous dépasser dans des secteurs importants si ce n’est le facteur humain et organisationnel dans un cadre effiscient et si ce n’est que la stade actuel des sciences le permet.

    “La deuxième situation est marquée par le recours à des modèles dans les théories scientifiques qui ne reflètent aucune réalité parce qu’ils sont déconnectés de ce que sont réellement les phénomènes physiques, à supposer qu’on sache vraiment la véritable nature de ces phénomènes. Ces modèles sont des abstractions et aucun scientifique ne prétend qu’elles sont absolument véridiques sur le plan scientifique.”
    Aucune science n’y répond parce qu’aucune discpline pouvant y répondre existe. Il faut transcender les disciplines actuelles qui ne sont que des spécialisations qui rendent obtu l’esprit des scientifiques qui les pratiquent. Si cela s’avère bénéfique pour l’innovation, la technicité, la limite est déjà là et les promesses de moins en moins impressionnantes et nombreuses. Pour lever la barrière, il faudra créer un nouvel esprit savant par de nouvelles disciplines qui transcendent CONCRETEMENT les actuelles. Seul l’islam peut le faire car c’est la seule religion qui l’a déjà fait par le passé.

    Avec les nouvelles techniques de l’information et de la communication, la démocratisation du savoir, de la connaissance, des techniques (on peut avoir une pcr dans le garage, pratiquer la chromatographie en visualisant des cellules sur son ordi, bientôt même un microscope électronique à la home, les kit arduino sont très prometteurs, les mini calculateurs également etc etc, bref un labo at home alors imaginez ce qui se passe actuellement dans le monde), la possibilité d’un Homme nouveau, transdisciplinaire, innattendu, plus efficace, plus effiscient sera un le facteur central qui améliorera l’économie, la société, la science. L’Homme savant de demain se fait en dehors du cadre connu actuel (la fabrique des élites de demain n’est plus là où on pense) jugé trop rigide et non adéquat. Il est évident qu’il sera connecté à Dieu.

  2. Merci pour cet article. La rédaction en est d’excellente facture et les questions soulevées méritent qu’on s’y arrête sérieusement !

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