Entre physique et métaphysique

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Au début du XX^e siècle, la mise en évidence des caractères ondulatoire et corpusculaire de la lumière et de la matière oblige la communauté scientifique à repenser la physique classique. Cette dernière ne rend pas bien compte des phénomènes atomiques, en particulier des interactions entre les électrons et le noyau de l’atome ou entre les électrons et la lumière. Puisque les lois classiques de la mécanique de Newton et celles de l’électromagnétisme de Maxwell se révèlent inopérantes au niveau atomique, il faut inventer une dynamique de l’atome : la mécanique quantique.

Une équation qui révolutionne la physique
Werner Heisenberg en 1925 et Erwin Schrödinger en 1926 forgent deux nouvelles équations décrivant l’évolution d’un système atomique. Bien que mathématiquement équivalentes, ces formulations correspondent à deux représentations concurrentes du « monde quantique » : celle de Heisenberg donne la primauté au caractère particulaire des phénomènes tandis que celle de Schrödinger privilégie leur caractère ondulatoire et continu. Cette préférence de Schrödinger est sans doute due à sa fascination pour la cosmologie hindouiste dans laquelle l’Univers est formé d’un continuum d’ondes et d’énergies en résonance.

L’équation de Schrödinger est rapidement adoptée par les physiciens car elle permet de prédire plus simplement les phénomènes atomiques et d’expliquer les propriétés de la matière comme la conductivité électrique ou les réactions chimiques. Ses résultats se distinguent de ceux de la physique classique sur deux points majeurs : l’énergie d’un électron ne varie pas continûment mais par paliers ou « quanta » d’énergie ; la position d’un électron n’est pas définie de manière certaine mais seulement probable. Cette incertitude trouble d’abord les théoriciens. Puis « l’interprétation de Copenhague », forgée par Niels Bohr, convainc la communauté que le monde quantique est probabiliste par nature et qu’il est impossible de le décrire précisément. Les vérifications expérimentales de la théorie quantique semblent lui donner raison. Mais Schrödinger, qui vient de fuir le régime nazi, ne se range pas à l’opinion majoritaire. De la tribune du prix Nobel, qu’il reçoit en 1933, le physicien autrichien met en garde ses pairs contre la facilité avec laquelle ils acceptent une théorie mathématique qui ne décrit pas la réalité : si la mécanique quantique ne donne que des prévisions statistiques, c’est qu’elle n’est pas achevée, soutient-il avec Albert Einstein. L’opposition entre les deux camps porte ainsi non pas sur les résultats expérimentaux mais sur l’interprétation philosophique de la théorie.

Un chat paradoxal

Pour renforcer sa critique, Schrödinger propose en 1935 une « expérience de pensée » : un chat est enfermé dans une boîte avec un atome d’uranium qui, durant l’expérience, a 50 % de chance de subir une désintégration radioactive libérant un poison mortel. Selon la théorie quantique, tant que la boîte reste fermée, le chat est dans un état équivoque, dit « superposé » : à moitié vivant et à moitié mort. Ce paradoxe du « chat de Schrödinger » illustre la rupture entre les mondes quantique et macroscopique. Selon Schrödinger, l’absurdité de l’image d’un chat simultanément mort et vivant décrédibilise l’interprétation de Copenhague.

Voulant décloisonner les savoirs, Schrödinger transpose ses conceptions de la physique quantique au monde vivant. En 1944, alors que les caractères héréditaires sont supposés portés par des molécules, il publie What is Life ?¹ dans lequel il défend l’idée que ces molécules de l’hérédité doivent être suffisamment grosses pour échapper aux aléas quantiques. James D. Watson déclarera que cette hypothèse l’a guidé dans ses recherches sur la structure de la macromolécule d’ADN en 1953.

Jusqu’à sa mort, survenue en 1961, Schrödinger poursuit et encourage la recherche d’alternatives à l’interprétation de Copenhague ; en vain. C’est là une situation peu fréquente, où la plus vive critique d’une invention est venue de l’inventeur lui-même. Vers 1970, la « théorie de la décohérence » suggère qu’un état superposé disparaît dès qu’interagit avec le système quantique un élément extérieur comme un appareil de mesure (ou l’ouverture de la boîte). C’est pourquoi seuls les états univoques (mort ou vivant, par exemple) sont observés. La connaissance du monde quantique s’en trouve techniquement clarifiée sans l’être philosophiquement.

Schrödinger aurait sans doute regretté que l’efficacité technique l’emporte ainsi sur le sens métaphysique. Cet esprit inclassable et insoumis, physicien et philosophe, n’envisageait en effet la recherche que pour répondre à cette question fondamentale : Qui sommes nous ?²

1. Qu’est-ce que la vie ? De la physique à la biologie, E. Schrödinger (Le Seuil, 1986)

2. Physique quantique et représentation du monde, E. Schrödinger (Le Seuil, 1992)