{"id":70249,"date":"2024-11-11T00:25:28","date_gmt":"2024-11-11T00:25:28","guid":{"rendered":""},"modified":"2024-11-11T00:25:28","modified_gmt":"2024-11-11T00:25:28","slug":"entre-causalite-et-incertitude-les-defis-de-la-physique-moderne-david-bensoussan","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/harissa.com\/news-wp\/entre-causalite-et-incertitude-les-defis-de-la-physique-moderne-david-bensoussan\/","title":{"rendered":"Entre causalit\u00e9 et incertitude : les d\u00e9fis de la physique moderne – David Bensoussan"},"content":{"rendered":"

Entre causalit\u00e9 et incertitude : les d\u00e9fis de la physique moderne<\/span><\/span><\/span><\/b><\/span><\/p>\n

David Bensoussan<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

L\u2019auteur est professeur de sciences \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 du Qu\u00e9bec<\/span><\/span><\/span><\/i><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Notre compr\u00e9hension du monde a \u00e9t\u00e9 confort\u00e9e par la compatibilit\u00e9 entre physique classique (ou physique newtonienne) et notre perception de la r\u00e9alit\u00e9. Toutefois, la physique einsteinienne de la relativit\u00e9 a mis en \u00e9vidence que les notions d\u2019espace et de temps sont subordonn\u00e9es \u00e0 la pr\u00e9sence de mati\u00e8re. La physique newtonienne et la physique einsteinienne sont causalistes. Par contre, la physique quantique a mis \u00e0 jour la nature probabiliste des ph\u00e9nom\u00e8nes atomiques et subatomiques. La compatibilit\u00e9 entre la physique d\u00e9terministe et la physique probabiliste demeure un myst\u00e8re.  <\/span><\/span><\/span>Les th\u00e9ories relativistes et quantiques soulignent les limites de notre perception et nous am\u00e8nent \u00e0 red\u00e9finir notre compr\u00e9hension de la r\u00e9alit\u00e9.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Physique classique et physique quantique<\/span><\/span><\/span><\/b><\/span><\/p>\n

Notre bon sens semble parfois inn\u00e9 bien qu\u2019il soit souvent fond\u00e9 sur des d\u00e9ductions quasi \u00e9videntes relatives \u00e0 la perception de la r\u00e9alit\u00e9 du monde qui nous est proche. Ce bon sens repose sur des observations directes de la r\u00e9alit\u00e9 environnante, comme c\u2019est le cas lorsqu\u2019un objet tomb\u00e9 est attir\u00e9 par la gravit\u00e9. Ces observations nourrissent un sens inn\u00e9 de causalit\u00e9. <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Les math\u00e9matiques, en revanche, reposent sur des d\u00e9ductions logiques fond\u00e9es sur des axiomes de base. Il en va ainsi pour la g\u00e9om\u00e9trie d\u2019Euclide qui repose sur les postulats selon lesquels une seule droite peut passer par deux points, ou que des droites parall\u00e8les ne se rencontrent jamais. <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La g\u00e9om\u00e9trie euclidienne convient parfaitement \u00e0 l\u2019analyse de la dynamique de la m\u00e9canique classique ou m\u00e9canique newtonienne. Les mod\u00e8les math\u00e9matiques des ph\u00e9nom\u00e8nes physiques \u00e9vitent d\u2019approcher la nature complexifi\u00e9e de la r\u00e9alit\u00e9 per\u00e7ue qu\u2019ils id\u00e9alisent et la simplifient dans le contexte du temps et de l\u2019espace. <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Ainsi, des progr\u00e8s technologiques prodigieux ont \u00e9t\u00e9 accomplis gr\u00e2ce \u00e0 la congruence entre le monde des perceptions et celui de la d\u00e9duction math\u00e9matique. Des lois physiques d\u00e9coulant de la causalit\u00e9 directe et pr\u00e9visible expliquent essentiellement les comportements dynamiques macroscopiques. <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Or la physique moderne int\u00e8gre les r\u00e9alit\u00e9s de la relativit\u00e9 et de la m\u00e9canique quantique. La th\u00e9orie de la relativit\u00e9 remet en question les concepts classiques du temps et de l\u2019espace.   Les principes de la physique quantique \u00e9chappent \u00e0 notre exp\u00e9rience ordinaire. Ils contredisent notre compr\u00e9hension intuitive du monde quotidien, notamment en ce qui concerne la dynamique des objets dans l\u2019espace et le temps, ainsi que le concept m\u00eame de causalit\u00e9.<\/span><\/span><\/span> <\/span><\/p>\n

La physique galil\u00e9enne<\/span><\/span><\/span><\/b><\/span><\/p>\n

Alors que pour Aristote, la vitesse de chute des corps \u00e9tait instantan\u00e9e sit\u00f4t qu\u2019ils subissaient une chute, Galil\u00e9e d\u00e9montra que leur vitesse augmentait d\u2019un incr\u00e9ment \u00e9gal apr\u00e8s des intervalles de temps \u00e9gaux. Il exprima sa th\u00e9orie en langage math\u00e9matique et d\u00e9crivit la trajectoire parabolique d\u2019un objet lanc\u00e9 vers le haut. Il introduisit le concept d\u2019inertie des objets se d\u00e9pla\u00e7ant \u00e0 une vitesse constante. <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La physique newtonienne<\/span><\/span><\/span><\/b><\/span><\/p>\n

Newton \u00e9labora le principe de l\u2019action et de la r\u00e9action \u00e9quivalente et celui de la modification de la quantit\u00e9 de mouvement suite \u00e0 l\u2019application d\u2019une force externe. La loi universelle de la gravitation connut une grande c\u00e9l\u00e9brit\u00e9 lorsqu\u2019il appliqua sa notion de force centrifuge des objets en mouvement circulaires au mouvement de la lune : en effet, la dur\u00e9e mensuelle de l\u2019orbite lunaire correspond parfaitement \u00e0 celle qui convient \u00e0 la distance terre-lune. L\u2019estimation de cette derni\u00e8re \u00e9tait connue des penseurs grecs de l\u2019antiquit\u00e9.  <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La physique einsteinienne<\/span><\/span><\/span><\/b><\/span><\/p>\n

Selon le principe de la relativit\u00e9 restreinte, pour un observateur externe d\u2019un objet en mouvement par rapport \u00e0 lui, le temps se dilate, la distance se contracte. <\/span><\/span><\/span>Loin d\u2019\u00eatre absolus, le temps et l\u2019espace se r\u00e9v\u00e8lent relatifs et interconnect\u00e9s, formant ensemble un continuum espace-temps qui est d\u00e9form\u00e9 par la masse et l\u2019\u00e9nergie. <\/span><\/span><\/span>La mati\u00e8re et m<\/i> l\u2019\u00e9nergie E<\/i> sont deux aspects d\u2019une m\u00eame r\u00e9alit\u00e9 physique selon l\u2019\u00e9quivalence E=mc2<\/sup>.<\/i> <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Le principe de la relativit\u00e9 \u00e9largie inclut les effets de la gravit\u00e9 sur l\u2019espace et le temps, soit la courbure de l\u2019espace-temps caus\u00e9e par la pr\u00e9sence de masse et d\u2019\u00e9nergie. Cette th\u00e9orie a \u00e9t\u00e9 confirm\u00e9e par des observations comme la d\u00e9viation de la lumi\u00e8re au passage pr\u00e8s du Soleil et le comportement des plan\u00e8tes dans leur orbite, et elle constitue le fondement de notre compr\u00e9hension moderne des trous noirs et de la cosmologie :<\/span><\/span><\/span> elle fonctionne parfaitement \u00e0 l’\u00e9chelle cosmique et pour des objets massifs comme les \u00e9toiles et les galaxies.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La physique quantique<\/span><\/span><\/span><\/b><\/span><\/p>\n

Les lois de la physique classique  entrent en conflit avec la physique des particules quantiques (qui sont de l\u2019ordre du nanom\u00e8tre) qui introduit des notions probabilistes. Qui plus est, selon la physique quantique, les syst\u00e8mes physiques peuvent exister en superposition d\u2019\u00e9tats alternatifs d\u2019o\u00f9 la tentation d\u2019\u00e9mettre l\u2019hypoth\u00e8se selon laquelle il existe des mondes parall\u00e8les ; le ph\u00e9nom\u00e8ne observ\u00e9 et l\u2019observateur sont interd\u00e9pendants et c\u2019est l\u2019observation qui, en d\u00e9finitive, d\u00e9termine la r\u00e9alit\u00e9 v\u00e9cue parmi de multiples autres r\u00e9alit\u00e9s possibles ; une particule peut se comporter comme une mati\u00e8re ou comme une onde ; l\u2019intrication quantique fait que des particules demeurent instantan\u00e9ment intriqu\u00e9es ind\u00e9pendamment de toute distance qui peut les s\u00e9parer.  Cela se passe comme si une particule avait un sosie ondulatoire qui s\u2019\u00e9tend \u00e0 l\u2019infini…  On est tent\u00e9 de donner corps \u00e0 l\u2019adage voulant qu\u2019un battement d’ailes d’un papillon au Br\u00e9sil puisse provoquer une tornade au Texas.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La physique relativiste met en \u00e9vidence que les fondations de la physique classique ou physique newtonienne sont erron\u00e9es. En effet, la g\u00e9om\u00e9trie euclidienne s\u2019av\u00e8re n\u2019\u00eatre qu\u2019une approximation d\u2019une r\u00e9alit\u00e9 plus complexe qui fait que l\u2019espace est incurv\u00e9 par la gravit\u00e9. <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Causalit\u00e9 et incertitude<\/span><\/span><\/span><\/b><\/span><\/p>\n

Comment la physique quantique et la physique relativiste coexistent-elles ? La premi\u00e8re ignore la gravit\u00e9. La seconde ignore les propri\u00e9t\u00e9s probabilistes intrins\u00e8ques des particules quantiques. <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Les lois de la physique newtonienne et einsteinienne sont causales et d\u00e9terministes ; ainsi, il est possible de calculer la position et la vitesse d\u2019une plan\u00e8te \u00e0 tout moment, de pr\u00e9dire avec pr\u00e9cision les \u00e9clipses solaires. Ce d\u00e9terminisme a inspir\u00e9 le physicien Ilya Prigogine, qui affirmait que \u00ab Dieu est un archiviste tournant les pages d\u2019un livre d\u00e9j\u00e0 \u00e9crit. <\/i>\u00bb <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Cependant, il y a aussi la dimension al\u00e9atoire : Heisenberg a montr\u00e9 qu\u2019en physique quantique, il est impossible de conna\u00eetre simultan\u00e9ment la position et la quantit\u00e9 de mouvement d\u2019une particule avec pr\u00e9cision. L\u2019incertitude est donc inh\u00e9rente \u00e0 la physique quantique. Il n\u2019en demeure pas moins que des particules \u00ab micro \u00bb qui ont un comportement al\u00e9atoire se comportent de fa\u00e7on d\u00e9terministe lorsqu\u2019elles sont agr\u00e9g\u00e9es en des mati\u00e8res \u00ab macro. \u00bb Pour ces derni\u00e8res, les effets quantiques sont n\u00e9gligeables.  <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Bien qu’extr\u00eamement pr\u00e9cises et efficaces dans leurs domaines respectifs, les th\u00e9ories de la physique quantique et la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale sont fondamentalement incompatibles<\/span><\/span><\/span>, en particulier lorsqu\u2019il s’agit de faire rentrer en consid\u00e9ration la gravit\u00e9 \u00e0 l’\u00e9chelle quantique. <\/span><\/span><\/span>La m\u00e9canique quantique d\u00e9crit les interactions fondamentales des particules sous atomiques autres que la gravit\u00e9 : l\u2019\u00e9lectromagn\u00e9tisme; la force nucl\u00e9aire forte qui maintient les protons et les neutrons ensemble dans le noyau atomique malgr\u00e9 la r\u00e9pulsion r\u00e9ciproque des protons charg\u00e9s positivement et la force faible qui est responsable des d\u00e9sint\u00e9grations radioactives. En outre, les ph\u00e9nom\u00e8nes du comportement duel onde-particule et de l’intrication quantique semblent incompatibles avec la structure continue de l\u2019espace-temps en relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

\u00c9laborer une th\u00e9orie de la gravit\u00e9 quantique impliquerait des effets gravitationnels aux \u00e9chelles subatomiques si intenses qu\u2019ils entra\u00eeneraient des effets contradictoires qui rendraient incertain l\u2019espace-temps lui-m\u00eame. La compr\u00e9hension compl\u00e8te de l\u2019espace-temps quantique  constitue un d\u00e9fi majeur.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La qu\u00eate d’unification en physique<\/span><\/span><\/span><\/b><\/span><\/p>\n

Einstein disait : \u00ab  Je tiens pour vrai… que la pens\u00e9e pure peut saisir la r\u00e9alit\u00e9. Nous pouvons d\u00e9couvrir, par le biais de constructions math\u00e9matiques, les concepts et les lois qui les relient les uns aux autres, ce qui fournit la cl\u00e9 pour comprendre les ph\u00e9nom\u00e8nes naturels. <\/i>\u00bb<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Pourtant, la science ne peut pas tout expliquer. Chaque d\u00e9couverte soul\u00e8ve de nouvelles questions, et notre compr\u00e9hension du monde n\u00e9cessite un perp\u00e9tuel r\u00e9ajustement sans jamais parvenir \u00e0 dissiper enti\u00e8rement le Myst\u00e8re. \u00c0 titre d\u2019exemple, interrogeons-nous sur ce qui cause la chute des corps : c\u2019est la gravit\u00e9 ; celle-ci fait partie du champ gravitationnel lequel est tributaire de la courbure de l\u2019espace-temps et ainsi de suite…  Il reste toujours quelque chose d\u2019insondable en arri\u00e8re-plan.<\/span><\/span><\/span> Derri\u00e8re chaque r\u00e9ponse scientifique, une part de myst\u00e8re demeure, rappelant que notre compr\u00e9hension du monde s\u2019\u00e9largit sans jamais dissiper totalement le myst\u00e8re de l\u2019existence.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Nous prenons rarement le temps de r\u00e9fl\u00e9chir \u00e0 l\u2019origine des lois logiques qui nous permettent de comprendre le monde. Nous acceptons l\u2019immuabilit\u00e9 des lois physiques sans n\u00e9cessairement savoir d\u2019o\u00f9 elles viennent. Pourtant, il semble exister une certaine harmonie entre l\u2019esprit humain et l’ordre cosmique. Nous parvenons non seulement \u00e0 percevoir cette intelligence sous-jacente aux ph\u00e9nom\u00e8nes physiques, mais aussi \u00e0 interagir avec elle gr\u00e2ce \u00e0 des m\u00e9thodes scientifiques rigoureuses bas\u00e9es sur l\u2019observation, l\u2019exp\u00e9rimentation, la d\u00e9duction et l\u2019hypoth\u00e8se. Nous r\u00e9ussissons ainsi \u00e0 d\u00e9velopper une compr\u00e9hension de ph\u00e9nom\u00e8nes qui \u00e9chappent \u00e0 notre perception, \u00e0 rationaliser les processus qui les animent et \u00e0 r\u00e9aliser des avanc\u00e9es technologiques majeures.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La science des particules quantiques, bien qu\u2019invisibles, m\u00e8ne \u00e0 des applications remarquables tout comme l\u2019imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique qui repose sur des principes quantiques. De m\u00eame, la prise en compte des effets relativistes contre-intuitifs, comme la dilatation temporelle et la contraction de l\u2019espace sous l\u2019effet de la gravit\u00e9, am\u00e9liore la pr\u00e9cision de la navigation GPS.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Il n\u2019en demeure pas moins que l\u2019on n\u2019a pu encore \u00e9tablir une th\u00e9orie physique qui s\u2019applique tant \u00e0 la th\u00e9orie de la relativit\u00e9 appliqu\u00e9e au monde macroscopique qu\u2019au monde microscopique des particules quantiques.<\/span><\/span><\/span> Des th\u00e9ories comme la th\u00e9orie des cordes et la gravit\u00e9 quantique \u00e0 boucles tentent de d\u00e9crire la gravit\u00e9 \u00e0 l\u2019\u00e9chelle quantique, mais elles demeurent sp\u00e9culatives. <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

En poursuivant cette recherche d\u2019unification, nous touchons ainsi \u00e0 la fois les limites et la grandeur de notre compr\u00e9hension, r\u00e9v\u00e9lant un ordre sous-jacent qui transcende notre intuition humaine.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

 Le th\u00e9oricien am\u00e9ricain Norbert Weiner exprimait avec humour cette qu\u00eate d\u2019unification : \u00ab <\/span><\/span><\/span><\/span>Un physicien moderne \u00e9tudie la physique quantique les lundis, mercredis et vendredis et m\u00e9dite sur la th\u00e9orie de la relativit\u00e9 gravitationnelle les mardis, jeudis et samedis. Le dimanche, il prie… pour que quelqu\u2019un trouve la corr\u00e9lation entre les deux.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/i> \u00bb<\/span><\/span><\/span><\/span><\/a><\/span><\/p>\n

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Entre causalit\u00e9 et incertitude : les d\u00e9fis de la physique moderne David Bensoussan L\u2019auteur est professeur de sciences \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 du Qu\u00e9bec   Notre compr\u00e9hension du monde a \u00e9t\u00e9 confort\u00e9e par la compatibilit\u00e9 entre physique classique (ou physique newtonienne) et notre perception de la r\u00e9alit\u00e9. 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