Résumé des principales idées
Un nouveau papier de deux chercheurs du MIT propose que, sans recourir à l’intégrale sur les cheminements de Feynman, il est possible de calculer avec précision le comportement quantique en utilisant uniquement le « principe de la moindre action » de la physique classique. Cela ne remet pas en question la théorie quantique existante, mais offre plutôt une description mathématique équivalente, jetant ainsi un nouveau pont entre la physique classique et la mécanique quantique. Cependant, les médias ont généralement mal interprété ces résultats (par exemple, en affirmant que « le quantique n’est plus mystérieux »), alors que le papier se fonde toujours sur les notions de relation d’incertitude et de dualité ondulatoire-courante. Cela a déclenché des débats et des questions académiques concernant l’interprétation du quantique.
I. En quoi les reportages médiatiques sont-ils erronés ?
De nombreux médias ont présenté le papier comme si les phénomènes quantiques n’étaient plus mystérieux ou comme si les physiciens avaient mal compris les choses. Or, le papier commence par souligner clairement que la position et la quantité de mouvement d’une particule ne peuvent pas être déterminées simultanément (principe d’incertitude de Heisenberg), et que la dualité ondulatoire-courante est un prérequis essentiel de leur discussion. En outre, l’ensemble du travail met en évidence le rôle central de cette dernière (le terme « onde quantique » dans le titre en est une preuve). Les auteurs insistent à plusieurs reprises sur le fait qu’ils n’ont pas réfuté la théorie quantique, mais ont simplement proposé une autre façon d’exprimer les mêmes concepts mathématiques, tout comme on pourrait utiliser le chinois ou l’anglais pour dire la même chose. L’exagération des médias a déconcerté les spécialistes et a conduit le grand public à mal comprendre la véritable portée de cette recherche.
II. Le « nouveau pont » entre la physique classique et la mécanique quantique : la « montagne d’actions » multivaleureuse
En physique classique, le principe de la moindre action est fondamental : une particule suit le chemin qui représente l’effort minimal (par exemple, la trajectoire parabolique d’un projectile). La fonction hamiltonienne correspond à cette idée, où le « niveau de la montagne » à chaque point représente la somme des actions qu’a subies la particule depuis son point de départ, et la pente de la montagne (le gradient) correspond à sa quantité de mouvement.
En mécanique quantique, la phase de la fonction d’onde est directement liée à l’action. Auparavant, il y avait toujours des différences entre les équations classiques et quantiques. Cependant, les chercheurs du MIT ont découvert que si l’on considère que la fonction hamiltonienne peut avoir plusieurs valeurs (c’est-à-dire que le même point peut correspondre à plusieurs cheminements d’action maximale ou minimale), et que les coefficients de la fonction d’onde soient valables uniquement pour ces cheminements, ces différences disparaissent miraculeusement. Cela montre que les règles de la physique classique et quantique peuvent en fait être cohérentes, mais que l’on n’avait pas pris en compte cette possibilité auparavant.
III. L’impact sur les outils quantiques existants
- L’intégrale sur les cheminements de Feynman : Feynman a suggéré que les particules auraient d’innombrables « clones » qui parcourraient tous les chemins possibles avant de se superposer pour produire le résultat observé. Le papier considère cette approche comme un élément superflu et redondant, car les particules ne suivent en réalité que les cheminements d’action maximale ou minimale ; les « clones » de Feynman ne sont qu’un outil de calcul. L’intégrale sur les cheminements reste utile pour traiter des problèmes complexes (comme la diffusion des particules) et ne sera pas remplacée de sitôt.
- La mécanique de Bohm : Cette théorie repose sur l’idée d’une « force quantique » invisible. Le papier montre que cette notion est en fait le résultat d’une interprétation erronée due à la prise en compte des valeurs multiples de l’action. Cela rend encore plus embarrassante une théorie déjà considérée comme marginale, bien que le papier lui-même contienne des éléments proches d’une approche à variables cachées (que les auteurs refusent cependant d’admettre ouvertement).
IV. Les questions académiques
Des chercheurs de l’université de Budapest ont critiqué le papier, soulignant que l’hypothèse selon laquelle les coefficients ne sont valables que pour les cheminements d’action maximale constitue un cercle vicieux : en partant de cette hypothèse, on en déduit que les particules ne suivent que ces cheminements. Bien que les auteurs n’aient pas encore répondu à cette critique, cela remet en question la généralité des conclusions du papier, qui ne peut actuellement être prouvée que pour certains états quantiques spécifiques.
V. Le brouillard des interprétations du quantique : le modèle de Copenhague ou les variables cachées ?
Les auteurs affirment soutenir l’interprétation de Copenhague (selon laquelle les mesures sont aléatoires, car le choix du chemin parcouru par la fonction d’onde est imprévisible et la probabilité dépend du carré des coefficients). Mais ceux qui connaissent bien la physique savent que ceux qui prônent cette interprétation n’ont souvent pas de position claire ou refusent de révéler leurs véritables opinions. Les concepts de « valeurs multiples de l’action » et de cheminements déterministes introduits dans le papier sont en fait plus proches d’une approche à variables cachées, même si les auteurs ont évité ce sujet délibérément.
La valeur de ce papier réside dans la perspective nouvelle qu’il offre, mais il s’agit loin d’une « révolution quantique ». Il nous oblige à reconsidérer la relation entre la physique classique et la mécanique quantique et nous rappelle que les progrès scientifiques nécessitent souvent du temps pour être validés. Une interprétation excessive par les médias ne fait qu’ajouter de la confusion.