La dualité onde-particule
Au début du 20ème siècle est apparu le paradoxe de l'onde lumineuse qui pouvait se comporter comme une particule, le photon de lumière. C'est-à-dire qu'on s'est rendu compte qu'une onde lumineuse étendue dans l'espace se comportait aussi parfois comme une particule localisée en un point ou en une très petite région de l'espace.
Est apparu aussi peu après le paradoxe de l'électron, une particule, qui pouvait se comporter comme une onde. La question s'est alors posée de façon aigüe comment une même entité physique pouvait à la fois se comporter comme une onde et comme une particule. C'est ce qui a été appelé le paradoxe de la dualité onde-particule de la physique quantique.
Ce paradoxe perdure encore aujourd'hui sous différentes formes. Beaucoup de textes parlent de particules localisées et d'ondes de probabilité de présence des particules. Comme si une particule quantique très localisée se déplaçait non pas selon une trajectoire continue mais comme si sa présence fantomatique se faisait sentir à différents endroits de l'espace en même temps et qu'une expérience pouvait la détecter en un endroit précis selon des probabilités différentes pour chaque endroit. Comme si elle avait une existence et un déplacement aléatoires. C'est là l'interprétation orthodoxe et paradoxale de «l'école de Copenhague».
Il existe d'autres interprétations connues sur lesquelles je reviendrai plus loin. Je vais d'abord vous présenter ma façon personnelle de résoudre le paradoxe conceptuel en recourant à une explication purement ondulatoire.
L'électron considéré comme une onde étendue produisant un effet localisé lors de sa détection
Je propose de considérer les électrons et les photons uniquement comme des ondes étendues qui se déplacent dans l'espace [ou en ce qui concernent les électrons à l'intérieur des atomes, comme des ondes stationnaires étendues].
Donc au point de départ, on ne retient que le comportement ondulatoire des électrons et des photons. Dans l'expérience des 2 fentes de Young, l'onde produit d'abord une interférence en passant à travers les 2 fentes. C'est là le comportement habituel et bien expliqué des ondes.
S'il est facile d'expliquer la partie interférence de l'expérience à l'aide d'ondes, la partie qui suit de détection d'un point à l'écran a quant à elle besoin d'être expliquée.
Pour cela, il faut considérer qu'au niveau microscopique l'écran n'est pas une successions d'atomes indépendants les uns des autres, mais bien des atomes en interaction (et chacun de ces atomes est très localisé). L'écran est formé d'un réseau d'atomes qui vibrent, s'attirent et se repoussent dans des mouvements continuels. Le tout forme un mouvement électromagnétique complexe en 3 dimensions. Cette image est plus conforme à la réalité que celle d'atomes isolés et figés.
Le point détecté ne doit plus être vu comme le résultat de l'impact d'une particule localisée mais bien d'une onde étendue qui va perturber le réseau des atomes de l'écran et va briser dans une zone très localisée de l'écran les liens de certains atomes. Un peu à la manière où une chaîne va se briser en un point localisé alors que la tension s'exerce dans toute la chaîne. Il faut délaisser la vision d'atomes isolés pour reconnaitre que les atomes de l'écran sont tous liés entre eux. Et qu'une dislocation des liens atomiques (électromagnétiques) à un endroit précis se répercute à la vitesse de la lumière dans tout l'écran et empêche ainsi d'autres zones de se disloquer.
Cette explication schématique est une explication conceptuelle analogique et non pas une explication détaillée et encore moins une preuve expérimentale. Elle vise à montrer que le paradoxe lui aussi conceptuel de l'utilisation simultanée des concepts d'onde étendue et de particule localisée peut être théoriquement résolu à l'aide d'une explication ondulatoire à la base. Ce qui semblait mystérieux et défiant l'entendement avec l'explication d'une particule localisée qui se déplace de façon aléatoire, se voit expliqué d'une façon toute simple.
Les différentes interprétations connues de la physique quantique
Comment différentes interprétations connues de la physique quantique abordent-elles la question de la dualité onde-particule?
Une interprétation répandue différente de celle «de Copenhague» est de considérer les ondes de probabilité et les règles d'interaction des particules comme étant de l'information que nous possédons sur la réalité, sans présumer que cette information soit fondamentale et définitive. C'est là une interprétation qui utilise pragmatiquement des formules et théories sans se prononcer sur la nature fondamentale ondulatoire ou corpusculaire ou mixte de la réalité, et sans s'en préoccuper explicitement. C'est une interprétation qui n'explique pas le paradoxe mais qui l'évite.
Certains physiciens vont plus loin et disent que la physique, ce n'est rien d'autre que les formules et les calculs qu'elle utilise et que les mesures qu'elle effectue. Plus qu'éviter le paradoxe, cette interprétation le nie en assignant une valeur absolue aux chiffres et aux formules opératoires. Cela ne semble pas une interprétation très répandue parmi les physiciens.
Il existe plusieurs autres interprétations peu répandues de la physique quantique comme celle de «Bohm-De Broglie», comme «l'interprétation transactionnelle» et comme celle «des mondes multiples». Elles ont chacune leurs caractéristiques particulières mais toutes se conforment aux résultats expérimentaux actuels. C'est sur l'interprétation des résultats qu'elles diffèrent ou sur les concepts qu'elles utilisent.
Je ne parlerai plus en détails que de l'interprétation «De Broglie» parce qu'elle propose une solution simple au paradoxe onde-particule. Aussi parce qu'elle ne fait pas appel à une réalité inhabituelle et fantastique. Et surtout, parce que des expériences récentes ont illustré avec un modèle analogique concret son potentiel à expliquer le paradoxe.
(suite dans un prochain article)
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