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27 juillet 2004, par J.P Baquiast et C. Jacquemin

Shahriar Afshar, nouveau Niels Bohr et/ou nouvel Einstein ?

Les éditeurs du NewScientist ayant fait de cette information le thème de l'éditorial de leur n°2457 du 24 juillet 2004, complété d'un long article "Quantum rebel" (p. 30), nous nous estimons autorisés à faire de même, en nous appuyant sur ledit article sans scupules! La nouvelle pourrait en effet être d'une très grande importance scientifique et philosophique. Mais précisons-le, rien n'est encore joué. Une expérience de confirmation en cours devrait permettre d'y voir prochainement plus clair et d'emboucher alors en toute bonne conscience les trompette de la renommée.

De quoi s'agit-il ? Nul n'ignore la célèbre expérience dite des fentes de Young, qui avait permis à Niels Bohr et aux fondateurs de l'Ecole de Copenhague d'affirmer le principe de complémentarité quantique : une entité quantique pouvait être simultanément observée comme une particule et comme une onde, mais ces deux états étaient mutuellement exclusifs à l'observation. Plus exactement, cette entité devait être quelque chose de tout à fait différent, ni vraiment particule ni vraiment onde, non observable en totalité par nos appareils macroscopiques. Ceux-ci interagissant avec le monde quantique ne pouvaient nous montrer que l'un de ces aspects à la fois. Einstein, pour sa part, avait toujours refusé que la description du réel puisse dépendre de nos observations. Ceci aurait signifié qu'il fallait renoncer à parler d'un réel en soi. Il devait exister des variables cachées, non encore découvertes par la physique, qui auraient permis de donner une description complète de l'entité observée. Mais Einstein n'a jamais pu réaliser d'expériences démontrant son hypothèse. De ce fait, le réalisme en sciences a perdu toute audience.

Shahriar AfsharOr il se trouve qu'un physicien de 33 ans, d'origine Iranienne, Shahriar Afshar, actuellement "visiting" professeur à l'Université américaine Rowan, a réalisé à partir de 2001 un dispositif expérimental original (voir shéma) qui remet en cause les conclusions de l'expérience des fentes de Young, pourtant répétée des milliers de fois depuis une cinquantaine d'années dans tous les laboratoires du monde. C'est à l' Institute for Radiation-Induced Mass Studies de Boston puis au département de physique de Harvard que cette nouvelle expérience a été conduite. Nous renvoyons à l'article du NewScientist pour les détails du dispositif. Disons qu'il projette un rayon laser sur un écran percé de deux trous relativement éloignés. Lorsque le laser émet des photons un par un, l'expérimentateur peut à la fois recueillir un de ces photons sur un détecteur (lequel photon se comporte alors comme une particule) et constater que le même photon - se comportant comme une onde - a traversé les deux trous à la fois, interférant ainsi avec lui-même et construisant des franges d'interférences. Les deux états du même photon, particule et onde, seraient ainsi observables simultanément par le même observateur, ce qui contredirait le principe de complémentarité. Si ce résultat était confirmé, ceci voudrait dire que la théorie standard de la mécanique quantique serait invalidé, au moins en partie. On mesure le coup de tonnerre.

Cet été, les professeurs Afshar, Flores et Knoesel conduisent une expérience de confirmation à l'Université Rowan. Ils n'utilisent plus un rayon laser dont on pouvait craindre qu'il ne contamine l'expérience par des effets de physique macroscopique, mais un émetteur de photons photon par photon. Ce sera donc dans quelques semaines que le monde saura ce qu'il en est et si le principe de complémentarité doit être rangé au placard des paradigmes dépassés.

Bien d'autres conséquences en découleraient. Certes, les bizarreries du monde quantique ne disparaîtraient pas pour autant, les entités-objets resteraient à la fois des ondes et des particules, mais les futures interprétations du phénomène seront certainement aussi diverses que surprenantes. Un monde quantique observable et descriptible pourrait-il en émerger? (hypothèse de Antony Valentini). Des ondes voyageant à l'envers de façon à permettre l'interaction des particules quantiques seraient elles envisageables (interprétation dite transactionnelle de John Cramer). Selon d'ailleurs ce dernier, ceci démentirait l'hypothèse du multi-univers, ce qui soulagerait de nombreux chercheurs.

Afshar pour sa part voit plus loin et ceci nous paraît particulièrement intéressant. On peut penser que c'est d'ailleurs guidé par cette vision à long terme qu'il a conçu son système expérimental venant en contradiction avec le principe de complémentarité (comme quoi il n'y a pas de découverte qui n'ait une motivation quelque peu passionnelle). Il explore depuis de nombreuses années le domaine de la gravitation quantique. Il y a développé une théorie selon laquelle les champs électromagnétiques tels que la lumière ne peuvent être quantifiés (contrairement à la théorie qui avait valu à Einstein son prix Nobel). Autrement dit, un photon ne pourrait être une particule (au moins dans le monde quantique). Ce serait autre chose. Mais alors, pourquoi n'en serait-il pas de même des autres "particules", électrons, atomes ? La mécanique quantique devrait alors sans doute changer de nom, et notre regard sur le monde macroscopique serait entièrement bouleversé.

On verra ce qu'il en est. Mais tout ceci montre que le monde subparticulaire, dont nous sommes issus et dont nous sommes faits, est encore loin d'avoir tout dit. On a tout lieu de penser que de prochains bouleversements, non seulement scientifiques mais épistémologiques, viendront de ces niveaux de la physique, à condition d'être accompagnés d'un audacieux regard transdisciplinaire. L'étude de la vie, de la conscience et de bien d'autres "inobservables", pourrait alors prendre de nouveaux départs [voir notre commentaire du livre d'Alan Wallace, The Taboo of Subjectivity].

Pour en savoir plus
Page de Shahriar Afshar : http://users.rowan.edu/~afshar/
Rowan University : http://www.rowan.edu/colleges/las/physicsandastronomy/
Article : http://www.rowan.edu/news/display_article.cfm?ArticleID=965
Antony Valentin est physicien, actuellement en fonction au Perimeter Institute for Theoretical Physics à Waterloo, Canada. Il est notamment l'auteur d'une théorie permettant de réconcilier la non-localité de la physique quantique (dans laquelle un effet se transmet instantanément) et la relativité restriente qui limite la vitesse de transmission de tels effets à celle de la lumière. Cette théorie fait appel à des flèches du temps voyageant en sens inverse dans la même région de l'univers. Voir http://physicsweb.org/article/world/16/6/7. Dans sa thèse, obtenue à Trieste, il avait développé l'hypothèse de l'onde-pilote de De Broglie et Bohl sous forme d'une théorie complète applicable à la gravitation quantique et à la cosmologie.
John Cramer est physicien à l'Université de Washington, Seattle. Il a proposé une théorie permettant à la fonction d'onde d'être utilisé comme décrivant des entités "réelles" plutôt que des entités conceptuelles. Voir The Transactional Interpretation of Quantum Mechanics par John G. Cramer http://www.npl.washington.edu/npl/int_rep/tiqm/TI_toc.html. Voir aussi la page personnelle de John Cramer, physicien et ...auteur de science-fiction. http://faculty.washington.edu/jcramer/
Sur le multi-univers, voir la page de Tony Smith: Many-Worlds Quantum Theory http://www.innerx.net/personal/tsmith/ManyWorlds.html

On notera que dans le n° 2460 du NewScientist, rubrique Courrier des lecteurs, trois d'entre eux émettent des objections aux conclusions de Shahriar Afshar. A suivre donc....



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