"La révolution inachevée d'Einstein" par Lee Smolin
(Image: © Penguin Press)
La mécanique quantique est une science établie. L'affaire est close, et merci beaucoup - ou beaucoup diraient.
Grâce à un travail de pionnier dans les années 1920, beaucoup de gens croient que nous savons maintenant tout ce que nous aurons besoin de savoir sur le mouvement à l'échelle atomique ou subatomique. Selon le physicien danois Niels Bohr et ses disciples, nous pouvons affirmer la position exacte d'une particule atomique ou sa trajectoire, mais nous ne pouvons pas faire les deux en même temps. Ce genre de prédiction ne peut être que probabiliste, jamais absolument exact.
Le physicien théoricien Lee Smolin, de l'Institut Périmètre de physique théorique de Waterloo, au Canada, a passé toute sa carrière à contester ce point de vue. Smolin croit que le triomphe de Bohr est un exemple de charisme étouffant la dissidence légitime, même de la part d'éminents dissidents comme Albert Einstein et Erwin Schrödinger.
Aujourd'hui, Smolin, suivant les traces d'Albert Einstein et poursuivant une longue tradition qui inclut d'autres physiciens, dont David Bohm, cherche une théorie pour "compléter" la physique quantique en permettant des descriptions exactes et non des probabilités floues. Smolin a une perspective "réaliste", par opposition à la vision "anti-réaliste" de Bohr et de ses acolytes. Smolin expose son point de vue dans "La révolution inachevée d'Einstein"(Penguin Press, avril 2019). Space.com a rencontré Smolin pour discuter du livre, de la façon dont les nouvelles idées deviennent dominantes dans la science et de ce qu'il est jusqu'à présent.
Space.com: Quelle est la différence entre des approches réalistes et anti-réalistes mécanique quantique?
Lee Smolin: Pour moi, la différence entre quelqu'un qui est réaliste sur les phénomènes quantiques et quelqu'un qui n'est pas réaliste est, en tant que réaliste, vous croyez qu'il y a une histoire complète, et il y a une description complète, que nous pouvons atteindre de tout processus atomique, de tout processus nucléaire, de tout ce qui se passe dans le monde subatomique. La mécanique quantique ne donne pas une description aussi complète de chaque processus individuellement, et elle ne peut donc pas être complète. Nous devons trouver une théorie plus profonde au-delà. La mécanique quantique est un pas vers la compréhension de physique subatomique, mais ce n'est pas la dernière étape. Le travail consiste donc à approfondir et à inventer ou découvrir une meilleure théorie qui donne une description complète.
Si vous êtes ce que nous appelons un anti-réaliste, alors vous pensez que la mécanique quantique telle qu'elle a été écrite dans les années 1920 est peut-être la théorie finale, et il n'y a aucune motivation à approfondir.
Space.com: Vous faites référence aux personnes qui recherchent l'achèvement de la théorie quantique comme des «réalistes naïfs» parce que leurs opinions n'ont pas besoin de justifications compliquées. Pouvez-vous développer ce terme?
Smolin: Naive signifie vraiment sophistiqué. Naïf signifie que vous avez entendu toutes les objections de base à l'idée que nous pouvons donner une description complète du monde tel qu'il est et le rejeter et le considérer comme notre objectif de comprendre complètement la nature et comme si nous n'étions pas ici. La science est une description de la nature qui est censée être objective, non imposée par nos expériences ou par nos idées ou nos croyances.
Space.com: Est-ce que «naïf» signifie être complètement ouvert à de nouvelles idées et croyances?
Smolin: Complètement ouvert? Non. Les gens oublient que la physique, comme toute science, a une histoire et une tradition. Prenez une idée simple comme l'élan, qui doit être comprise dans le contexte de toutes les discussions depuis les 16e et 17e siècles sur le principe d'inertie, le principe de relativité, etc. Vous ne pouvez pas expliquer un concept comme l'élan sans être immergé dans toute l'histoire du concept.
Space.com: Votre livre est clair et lucide, et il est compréhensible par des personnes ayant différents niveaux de connaissances de base. Quel est votre processus d'écriture?
Smolin: Pourquoi, merci! Je prends ça comme un compliment. J'ai beaucoup d'expérience et beaucoup de pratique pour enseigner la physique moderne à des non-scientifiques. Dans différentes universités, j'ai fréquemment enseigné des cours de "physique pour les sciences humaines" ou de "physique pour les poètes". J'ai donc beaucoup d'expérience dans le perfectionnement de différentes stratégies pédagogiques à utiliser dans l'enseignement de la physique quantique ou de la relativité aux profanes.
Un livre comme celui-ci a plusieurs publics simultanément. Je m'adresse à des experts et à des collègues, mais je m'adresse principalement à des profanes. Et le premier profane qui compte est le rédacteur. J'insiste toujours pour travailler avec un éditeur qui a un diplôme en littérature ou en sciences humaines ou en histoire - pas un diplôme en sciences. J'ai également plusieurs lecteurs de tests qui n'ont aucune formation en sciences. Ils m'ont tous poussé à clarifier, clarifier, clarifier et si nécessaire réécrire le livre. Ce livre particulier a subi trois réécritures complètes. Rien n'a été laissé sur le plancher de la salle de coupe, pour ainsi dire. Tout le premier projet a été complètement abandonné et reconceptualisé, et le résultat a été un bien meilleur livre, à mon avis.
Space.com: Étant donné qu'il a été complètement réécrit plusieurs fois, combien de temps a-t-il fallu pour écrire le livre?
Smolin: L'écriture n'est pas mon travail de jour; mon travail de jour est d'être physicien théoricien. Mais pendant mon temps libre, pour ainsi dire, environ trois ans. Il y aura un mois ou six semaines où je travaillerai principalement sur le livre, puis six mois passeront et je réfléchirai et y réfléchirai, puis je plongerai à nouveau pendant trois semaines ou un mois. C'était donc comme ça sur une période de trois ans.
Space.com: Votre livre détaille l'histoire de la physique quantique au début du XXe siècle. Pourquoi la révolution quantique anti-réaliste déclenchée par Niels Bohr est-elle devenue la vue dominante - en un clin d'œil?
Smolin: Il y avait deux choses qui agissaient simultanément. L'un d'eux, et le plus important, a été le succès expérimental étonnant. L'humanité est passée en moins de 30 ans de sa réconciliation à l'idée que la matière est faite d'atomes à une théorie complète de la physique atomique. Et cela a fonctionné considérablement pour expliquer les spectres [l'arc-en-ciel de couleurs produites en séparant les composants de la lumière par leur longueur d'onde], les forces, les composés chimiques - tout! Puis très rapidement, la physique nucléaire, la physique des particules, le fonctionnement des étoiles - astrophysique.
Ainsi, le succès expérimental a été stupéfiant et rapide. Par rapport à cela, la dissidence même de gens comme Einstein, Schrödinger et de Broglie qui ont dit: "Attendez une minute! Les fondations sont en désordre!" Tout cela pourrait être balayé sous le tapis.
C'était la première chose. La deuxième chose est le prestige et le charisme de Niels Bohr, avec le soutien qu'il avait du gouvernement danois et de la compagnie de bière Carlsberg, pour établir un centre dans lequel tout passait par lui. Sa personnalité très hypnotique et charismatique pourrait influencer les pensées d'une génération de personnes sortant d'une terrible guerre [Première Guerre mondiale]. C'est donc un tas de choses différentes à la fois.
Space.com: Et d'autres théories ne pouvaient pas avancer.
Il est étonnant que la théorie de l'onde pilote de de Broglie - même si elle pouvait être défendue par Einstein, par de Broglie et en quelque sorte par Schrödinger - n'ait eu aucun impact, malgré le fait qu'il ne s'agissait pas de nobodies. C'étaient des gens de renommée mondiale avec des prix Nobel, qui avaient fait une grande science, mais leur dissidence pouvait néanmoins être ignorée pendant plusieurs générations.
[La théorie des ondes pilotes, développée par Louis de Broglie dans les années 1920 et développée par David Bohm dans les années 1950, affirme que les électrons englobent à la fois les particules et les ondes et que les particules se déplacent dans la direction dans laquelle les ondes les guident. C'est déterministe, pas probabiliste.]
Je pense qu'en fin de compte, les scientifiques sont des êtres humains et nous sommes influencés par toutes sortes de choses, des biais inconscients à l'ambition en passant par les forces sociales. L'histoire de la mécanique quantique devient une histoire à considérer, mais ce n'est pas une histoire inhabituelle.
Space.com: Comment vos pairs ont-ils réagi à votre livre?
Smolin: Jusqu'à présent, rien n'a été surprenant. Mes opinions sont bien connues au sein de la communauté des physiciens. Aussi provocant que cela puisse paraître dans la structure du livre, il n'y a pas de discussion qui n'ait été très débattue parmi les physiciens.
La seule chose nouvelle est les derniers chapitres. J'ai pris un gros risque pour poser mon travail actuel sur la table.
Space.com: veuillez décrire votre travail actuel.
Smolin: La chose la plus importante que je fais dans mon nouveau travail est de prendre au sérieux le rôle de la non-localité. [Non-localité fait référence à la capacité des objets à influencer les actions d'autres objets qui sont très éloignés dans l'espace et le temps.] Si vous voulez donner une description réaliste et complète de ce qui se passe lorsque vous avez deux particules ou plus qui ont interagi et sont ce que nous appelons «enchevêtré», alors comment vous choisissez de manipuler l'une des particules peut influencer les autres, même si elles sont très éloignées. Et cela signifie que vous devez prendre au sérieux le fait que les influences ne sont pas limitées par l'idée que les choses n'affectent que ce qui est proche d'eux.
Donc, je prends cela au sérieux et j'essaie de faire une théorie dans laquelle ces enchevêtrements quantiques sont fondamentaux et la notion d'espace émerge. L'espace n'existe pas; nous pouvons faire une description émergente et approximative de l'espace de la même manière que nous utilisons la pression et la température pour décrire un gaz.
Je ne suis en aucun cas la seule personne à essayer de développer cette théorie. L'idée que l'espace peut émerger de l'intrication est une vieille idée qui obtient une nouvelle traction de personnes comme Roger Penrose. Ma théorie est que l'espace peut être émergent, mais que le temps est fondamental et que la causalité est fondamentale. C'est une opinion avec laquelle un certain nombre de personnes seraient d'accord et que beaucoup de personnes seraient en désaccord.
Space.com: Quel est le but ultime de faire ce genre de travail théorique?
Smolin: L'idée est de développer et d'inventer une théorie à partir de laquelle vous pouvez déduire des prédictions que les expériences testent. La plupart des gens sérieux ne prennent pas au sérieux une proposition théorique à moins qu'elle ne vienne avec un moyen de la tester, du moins en principe sinon en ce moment dans la pratique. Sans expérience, il est tellement facile pour un théoricien de parler de belles mathématiques, ce qui est faux et n'a rien à voir avec la nature. Nous avons besoin d'expérimentateurs pour abattre les idées et réduire les possibilités.
Ce n'est que la dernière génération ou deux qui a la situation que les théories sont difficiles à tester. Vous pouvez donc faire travailler toute une génération sur, disons, des modèles de physique des particules qui vont au-delà du modèle standard et qui ne sont pas testés expérimentalement. C'est inhabituel et, malheureusement, caractérise notre période.
Beaucoup de gens sérieux dans le domaine de la physique théorique fondamentale travaillent très dur pour taquiner et inventer des propositions qui peuvent être testées maintenant. Ma version de la non-localité prédit que les effets quantiques sont en partie dus au fait que les atomes sont très similaires à un grand nombre d'atomes dans l'univers. Si nous pouvions créer un système quantique unique - qui n'avait aucune copie complète nulle part dans l'univers observable - il n'obéirait pas à la mécanique quantique, il obéirait à des équations quelque peu différentes que je dérive. C'est presque au seuil de ce que les laboratoires expérimentaux de mécanique quantique sont capables de tester maintenant.
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