Un sottisier de la vulgarisation de la quantique, et son redressement.

Jusque très récemment, je ne mesurais pas l'ampleur du désastre dans la vulgarisation et une grande part de l'enseignement de la quantique.

Que préférez-vous ? Le sottisier d'abord ? Mais si vous vous y reconnaissiez ? Quel coup ce serait pour votre fierté et votre moral !

Ou le corrigé d'abord ? Mais justement, vous n'allez pas pouvoir vous admirer vous-même dans le corrigé, qui ne vous ressemble pas...

Commençons par le corrigé :

Et d'abord trahissons le grand secret :  "Quantique", ça signifie ondulatoire et périodique, tout en vous le cachant au maximum. Si on vous disait "ondulatoire et périoique", vous comprendriez très vite, beaucoup trop vite, et où serait alors l'avantage de "Nous les initiés qui savons et faisons semblant de comprendre, contre vous les profanes qui ne savez pas et ne pouvez comprendre !" ?  

"Quantique" c'est d'abord un chébran, destiné à tracer les frontières d'un groupuscule sectaire contre le restant du monde. Les hasards de l'histoire ont fait que ce groupuscule sectaire est devenu une religion hégémonique, tout en gardant son chébran et ses lourds secrets de famille au centre même de la secte.

Le second secret, est que la limite atomique existe : il existe une limite aux subdivisions de la matière macroscopique qui est à l'échelle de nos mains et notre expérience multimillénaire. Il existe une limite inférieure à la validité de presque tous nos concepts familiers, limite telle que nous avons été acculés à nous rendre compte au fil des années, que notre monde macroscopique n'est que l'émergence statistique de propriétés microphysiques, de milliards de milliards de milliards (etc.) d'interactions microphysiques. Même nos notions familières d'espace et de temps ne sont que des émergences statistiques, comme l'est la température. Or aucune de ces propriétés microphysiques fondamentales n'était simplement déductible de notre expérience technologique multimillénaire, n'était déductible d'aucune espèce de "gros bon sens", lequel demeure irrémédiablement macroscopique.

Rappel historique

Si le spectre est connu depuis Newton, le spectroscope ne fut inventé qu'en 1802 par William Wollaston qui découvrit que le spectre du Soleil était parcouru de raies sombres mais il crut qu'elles délimitaient les différentes couleurs.

C'est l'opticien allemand Joseph von Fraunhofer qui réalisa la première analyse spectrale en 1811. Fraunhofer répertoria 600 raies dans le spectre du Soleil. En son hommage, le spectre de la photosphère sera baptisé spectre de Fraunhofer. Aujourd'hui on recense plus de 26000 raies dans le spectre solaire dont plus de 6000 raies sont uniquement attribuées au fer !

L'expérience a redémontré inlassablement depuis 1900 (depuis Max Planck), qu'on ne peut acheter et vendre de l'interaction électromagnétique que par quanta d'action entiers, tous égaux à h = 6,6260755 . 10^-34 joule.seconde/cycle = 1,05457266 . 10^-34 joule.seconde/radian.

Comme l'unité d'angle intervient dedans, ce quantum d'action est aussi quantum universel de moment angulaire, et de spin.

Si "action" est une grandeur que vous ne connaissiez pas encore, car on ne l'enseigne pas au lycée, contentez-vous provisoirement du moment angulaire. Son unité physique est le joule.seconde/radian. Dans l'espace tridimensionnel auquel vous êtes accoutumé, et pour le cas du point matériel (une abstraction usuelle), le moment angulaire est le produit extérieur du vecteur bras de levier (ou "rayon vecteur") par le vecteur quantité de mouvement. C'est donc un tenseur antisymétrique du second ordre, ou plus brièvement dit un "tourneur". L'algèbre des tourneurs est détaillée sur ce même site : Lien en pdf, ou en html.

Le spin est un précurseur intrinsèque du moment angulaire macroscopique que nous connaissons bien, et certaines de ses propriétés nous surprennent, nous êtres macroscopiques.

Pourquoi ce mot de "précurseur", qui n'est pas précisément défini ? Justement parce qu'en heuristique, on a besoin de mots provisoires; qui aient exactement la dose de flou et de précision correspondant à notre état provisoire de connaissances. Pourquoi ce mot à la fois clair pour le commun des mortels, et présentement flou pour le commun des physiciens ? Parce qu'il est faux que le quantum ne représente que du moment angulaire et du spin, sinon toute lumière serait polarisée circulaire, il n'existerait aucune lumière polarisée plane, et les seules transitions autorisées dans un atome seraient celles qui changent le moment angulaire total. Or ces trois affirmations sont fausses : la lumière polarisée plane existe, les photons polarisés plans existent, et plus de la moitié des transitions électroniques sont du genre dipôlaire électrique. Donc il existe encore un précurseur quantifié par la constante de Planck, mais qui ne ressemble pas du tout à du moment angulaire macroscopique.

Parce que la relation E = h. υ s'applique AUSSI ET SURTOUT aux émetteurs et aux absorbeurs de radiation électromagnétique. Cela fut découvert par Louis Victor de Broglie, en 1924. Donc tout ce qui a une masse est aussi un oscillateur perpétuel, dont la fréquence intrinsèque est  υ= m.c²/h. Dans son repère propre, il pulse à cette fréquence depuis la réaction quantique qui l'a créé, jusqu'à la réaction quantique qui l'annihilera.

Pour se restreindre à l'exemple historique des atomes isolés, en vapeur, chaque électron de son cortège ne peut être dans un état durable et décelable que s'il est constamment en phase avec lui-même à cette fréquence. Il ne peut donc prendre qu'un assortiment discret (non pas fini mais dénombrable) d'états ondulatoires stationnaires autour d'un atome. La première formulation cohérente de ces états ondulatoires stationnaires est due à Erwin Schrödinger en 1926 ; elle n'incluait pas le spin de l'électron. Le perfectionnement essentiel est dû à Paul Adrien Maurice Dirac, qui en 1928, suivant son exigence de n'avoir que des dérivées du premier ordre, afin de retrouver l'élégance du formalisme hamiltonien (de 1834), proposa une nouvelle équation d'onde, dont la solution comporte quatre composantes, dont deux à énergie négative et fréquence négative (parce que relativiste), et qui a un spin, exactement le bon spin, demi-entier, parce que linéaire du premier ordre.

En 1967,  Jean-Marc Lévy-Leblond a prouvé, en exibant une linéarisation non relativiste de l'équation de Schödinger, que c'est la linéarisation (exigence de n'avoir que des dérivées premières, aucune dérivée seconde), et non le caractère relativiste de l'équation de Dirac, qui introduit le spin dans l'équation. C'est la compatibilité relativiste qui impose les masses négatives et les fréquences négatives.

Chaque transition d'un électron d'un état stationnaire à un autre état stationnaire ne peut se faire que par émission ou absorption d'un quantum d'action, dont le support est électromagnétique.

Le détail de ces transitions électroniques d'un atome s'apprend et s'expérimente en physique atomique : tronc commun de première année de Master de Physique.

Pour les transitions d'une molécule, ou d'un état condensé comme un état cristallin ou vitreux, c'est une ou deux spécialités plus loin.

Quand on manipule sur des phénomènes photoniques coopératifs comme l'émission laser ou l'effet Mössbauer, on est confrontés à une forte délocalisation des émetteurs. Les émetteurs résonnant entre eux sont délocalisés en un grand nombre d'atomes, en la totalité du cristal émetteur, pour simplifier. Or cette délocalisation, évidence expérimentale, est incompatible avec l'idéation standard, à base d'artillerie de corpuscules dont chacun serait réputé être une centaine de milliers de fois plus petits que l'atome.

Les cours reçus de nos professeurs ne nous donnent pas du tout assez d'idées claires sur la délocalisation, car justement cela contredit leur apprentissage à-la-corpusculaire, jamais ramené à la conscience claire. C'est pourtant rendu inévitable par les coefficients d'Einstein de l'émission induite, qui contredisent définitivement son idée désastreuse de 1905 : "Si le photon arrive par quanta entiers, ALORS c'est qu'il a voyagé dans une seule malle, le grain de lumière, ou corpuscule néo-newtonien ressuscité".

Et le coup d'état de Born et Heisenberg, au congrès Solvay de 1927, n'a pas été capable de jeter à la poubelle ce corpuscule néo-newtonien. D'où les amphigouris nègre-blanc : dualité, incertitude, indéterminisme, statistiques, etc. etc.

Alors que l'énoncé correct aurait été, à partir des premiers résultats de Broglie (1924) et de Schrödinger (1926) : "Les absorbeurs de photons, ont comme les émetteurs de photons la contrainte de ne pouvoir accepter ou transférer durablement que des quanta entiers d'action, pour des raisons d'états ondulatoires stationnaires : l'initial et le final. Le transfert synchrone d'un tel quantum par l'intermédiaire d'un photon exige donc la poignée de main pour un accord en fréquence, en phase et en polarité entre absorbeur et émetteur, un transfert synchrone qui dure ce qu'il dure, suivi d'un décrochage. Après quoi émetteur et absorbeur sont à nouveau dominés par le bruit de fond broglien, totalement incontrôlable.
C'est ce bruit de fond broglien permanent qui réalise le miracle postulé par Niels Bohr : le "dispositif expérimental" est scruté en permanence par chaque onde broglienne de chaque particule. Et cela aussi bien en ondes avancées que retardées, en totale symétrie temporelle. A l'hélicité des neutrinos près et aux violations de parité près en interactions faibles, qui en découlent.
Cela implique pour l'espace-temps physique, une topologie beaucoup moins fine que la droite R apprise au lycée. La topologie de R est infiniment fine, et autosimilaire à toute échelle, au contraire de ce qui se passe dans la réalité physique. Le produit de la vitesse de phase et de la vitesse de groupe de l'onde broglienne vaut c². Donc dans son repère, où elle est au repos, toute particule massive a une vitesse de phase infinie, elle est partout en phase avec elle-même
dans toute son étendue spatiale. Cette étendue spatiale est topologiquement inséparable. Extensible à l'étendue spatio-temporelle d'une particule vue dans un repère où elle n'est pas au repos.

Quand tu sais ça, tu sais ce qu'il faut savoir, et qui remplace des heures et des heures de baratin inepte, universellement rabâché.

Application pratique : quelle est l'étendue spatiale d'un électron de valence dans un métal ? En gros tout le cristal. Et ils sont nombreux à occuper de même tout le cristal. Donc tu peux jeter à la poubelle la plupart des notions de géométrie et de topologie apprises en classe, définitivement invalides et ineptes dans la physique ondulatoire, dite aussi quantique.

En physico-chimie des colorants, par exemple, le modèle corpusculaire est infoutu de rien prédire des propriétés colorantes de telle molécule. Si l'on sait que l'électron ne cesse jamais d'être ondulatoire - et les équations de Schrödinger et de Dirac ne lui laissent aucun autre choix - , alors on peut comprendre sa répartition en densité entre des positions extrêmes de la molécule, la fréquence stationnaire de cette délocalisation et celles de ses états excités.

Les transactions entre émetteurs et absorbeurs potentiels échappent à toute investigation macroscopique humaine, mais sont inévitables de par les hypothèses de base, qui datent de 1924, et sont confirmées par toutes les expériences depuis lors. Disons que cela ressemble à la poignée de main entre télex, puis le transfert du corps du message, suivi du décrochage. Quel est donc le médium de ces transactions ? Encore et toujours les ondes brogliennes : leur vitesse de phase est toujours le quotient de c² par la vitesse de groupe, donc toujours supraluminique, voire infinie dans le repère propre (pour tout quanton ayant une masse). Non seulement chaque quanton ayant une masse est partout en phase avec lui-même dans toute son étendue spatiale, mais il est partout noyé sous le bruit de fond broglien de toutes les autres "particules". Telle est la conséquence inévitable de l'hypothèse de 1924, qui avait pourtant échappé non seulement à son auteur, mais aussi à quasiment quiconque depuis : tous restaient hypnotisés par le mythe du corpuscule, pourtant démenti par toutes les expériences les unes après les autres. Ce bruit de fond broglien qui permet toutes les transactions virtuelles ou abouties entre émetteur et absorbeur d'ondes, entre l'onde et l'environnement, échappe de loin à nos investigations expérimentales directes, dont les constantes de temps sont colossales en comparaison. Mais indirectement, il est la seule explication cohérente à nos observations.

Ces transferts synchrones d'un photon, d'un électron, d'un neutrino, ou de tout ce que vous voudrez, entre un émetteur et un absorbeur, occupent toujours un temps important, comparé à la période propre d'un électron, mais très petit par rapport à nos moyens d'investigations - expériences d'interférences exceptées.

La première théorie partielle de ces transferts a été faite en 1926 par Erwin Schrödinger. Disposant de son équation d'onde de l'électron, il a mis en évidence que la fréquence du photon émis, est exactement la différence de fréquences entre l'électron dans l'état initial, et dans l'état final : un battement, qui dure aussi longtemps que dure l'émission, la transition. Les radio-électriciens reconnaissent là immédiatement la détection d'une porteuse par mélange avec un hétérodyne. Ce que Schrödinger avait loupé, c'est que ce mécanisme est rigoureusement aussi valide à la réception. Le drame était qu'en 1926, personne n'avait encore fait la différence entre notre temps macroscopique, où l'énormité statistique des événements crée une irréversibilité du temps, et le temps individuel des quantons, qui est totalement réversible, en l'état actuel de nos connaissances. En 1926 donc, personne n'osait imaginer les ondes avancées, à rebrousse-temps, et de fréquence négative, qui sont pourtant l'évidence quantique quotidienne. C'est Dirac qui fut le premier à envisager les ondes avancées, suvi par Schwinger et Feynman. Feynman se renia ensuite, et ce n'est pas ce qu'il fit de mieux.

Et quand un électron n'est pas stationnaire autour d'un noyau, alors qu'est-il, quand il est libre, qu'il se propage dans le vide d'un tube cathodique ou d'un microscope électronique ? Si ce n'est plus une onde stationnaire, c'est donc une onde progressive, dont la longueur d'onde dépend de la vitesse de propagation de cet électron.

Dès l'instant où c'est une onde, qu'elle soit stationnaire, progressive ou en transition instationnaire, l'électron présente des propriétés d'étalement en fréquence et en localisation qui divergent radicalement de l'idéation newtonienne des petits « corpuscules ». « Corpuscule » est un concept strictement macroscopique. Bonjour les dégâts quand vous tentez de le transporter dans le monde quantique !

Le lien entre l'étalement fréquentiel et l'étalement spatial d'un quanton, disons d'un électron, c'est la transformation de Fourier. Ils sont indissolublement couplés, chacun est la transformée de Fourier de l'autre.

La transformée d'une sinusoïde est un dirac, et inversement.
La transformée d'une gaussienne est une autre gaussienne. Et le produit de leurs largeurs est constant.

Et c'est grand de combien, un électron, ou un photon ?

Dites moi : c'est long de combien, un litre de lait ?

Ça dépend ! Ça dépend de combien il est large et haut, et de la répartition de ce large et de ce haut.

Dites moi : c'est long de combien, un kilogramme d'hydrogène ?

Non seulement ça dépend de combien il est large et haut, et de la répartition de ce large et de ce haut, mais aussi de la densité de cet hydrogène. Dans l'espace intergalactique, cela peut être plus grand que l'orbite de Saturne...

Un électron aussi peut être plus ou moins dilué, on dit "délocalisé", et plusieurs électrons cohabitent dans leur dilution, dans ce qui nous semble être le même espace...

Mais Monsieur Lavau, pourquoi donc refusez-vous de nous répondre ? Nous, on a bien vu les vidéos, qui montrent des électrons comme des petites billes vertes, qui tournicotent sur des orbites autour du noyau, qui est un grumeau mauve. Alors ? Pourquoi vous ne répondez pas à ma question simple : c'est grand de combien, un électron ?

Le vidéaste a décrit là un paysage de notre monde macroscopique : à notre échelle, et à celle de la fleur, nous disposons de quelque chose de plus petit que nos mains, plus petit que nos yeux, plus petit que les fleurs, pour nous renseigner sur ces objets, leurs contours, leurs textures, leurs réflectances spectrales ("couleurs" en langage courant) : c'est la lumière, dont la longueur d'onde d'un demi-micromètre, suffit à un grand nombre de nos usages courants.

Mais qu'avons nous de plus petit que la lumière, pour pouvoir investiguer de combien c'est petit, ou concentré, ou coloré, et où c'est ?

Et qu'avons nous de plus petit qu'un électron, pour pouvoir investiguer de combien c'est petit, ou concentré, ou coloré, et où c'est ?

Rien du tout, nous n'avons rien. L'électron est la plus légère des particules ayant une masse, neutrinos exceptés.

Nous pouvons contempler une fleur sans la pulvériser en mille morceaux, car l'impact mécanique de la lumière est très petit, comparé aux insectes et au vent. Mais aucune de ces facilités n'existe plus à l'échelle de l'électron, car il n'y a rien de plus "petit".

Si du haut d'une falaise, tu observes une grosse houle qui vient briser sur la grève en bas, ton observation ne dérange pas le phénomène.
Pourquoi ? Tes yeux sont sensibles à de la lumière, en provenance du Soleil, et qui est renvoyée par l'eau. Je passe sur les complications de diffraction par le bleu du ciel, et éventuellement de réflexion sur la Lune, si tu observes de nuit. L'important est que cet impact de la lumière du Soleil sur l'eau des vagues, est complètement négligeable devant les forces de surface, la gravité, les effets du fond, des rochers et des autres vagues, et les effets du vent. Et la lumière est PLUS PETITE que les vagues que tu veux observer.

Tandis que tu n'as rien de négligeable pour observer un électron. Un électron est déjà ce qu'il y a de plus petit et de plus léger. Donc c'est fini de rêver à observer sans agir pour modifier. Il n'y a plus d'observation sans interaction notable. La lumière visible est au moins dix mille fois plus grande qu'un atome, donc elle ne te renseignera en rien sur l'intimité d'un atome.

Alors de la lumière de fréquence plus élevée, un rayon gamma, de fréquence suffisamment élevée, de petite longueur d'onde ? Et BANG !
Déjà à fréquence de rayon X, il va éjecter un électron. Tu ne sais ni  lequel (les électrons sont tous indiscernables entre eux), ni où, ni quand.
Ton rayon X est ionisant. Et il est encore bien plus grand qu'un atome.
Encore plus fin ? Encore plus fort ? BANG ! Voilà qu'un gamma de 1022 keV se matérialise en percutant un nuage électronique : il en sort deux électrons et un positron, qui tous partent dans des directions que tu n'avais pas prévues ! Ou tu ne vois rien du tout, ou tu chamboules tout. Et tu ne sais même pas où et quand tu vas chambouler tout...
Du reste, pour produire un gamma, tu vas faire comment pour commander d'où il part, dans quelle direction, à quel moment ? Tu peux commander
les réactions nucléaires, toi ?

Je passe sur le cas où tu commandes tes gammas à l'ESRF (European Synchrotron Ray Facility). C'est plus cher... Il faut réserver ton temps de faisceau un an à l'avance, et bien argumenter ton projet de manip.

Tout ce que tu peux faire, c'est choisir et agencer ton dispositif expérimental pour qu'il mesure TELLE caractéristique qui t'intéresse plus que les autres. Cette interaction de mesure ne pourra jamais être rendue négligeable et contemplative. Elle change tout.

Bon, alors c'est grand de combien, un électron ?

Ça dépend de la place que tu lui donnes. Un électron de conduction dans du cuivre ou de l'aluminium est à peu près aussi grand que le cristal, voire que le morceau de métal entier. Un électron oscillant dans une molécule de colorant est aussi long que la molécule elle-même. Pour le cas général, considérez que chaque électron d'un atome est aussi grand que l'atome lui-même. Ultérieurement, je vous recalculerai et grapherai les cartes de densités électroniques selon les nombres quantiques des électrons. Dans l'intervalle ouvrez le cours de Jean-Louis Basdevant à la page 190, éditeur Ellipses.

Donc puisque ces différents électrons se recouvrent géométriquement les uns les autres, c'est que notre géométrie macroscopique apprise à l'école, n'est plus valide. Elle est définitivement incompétente à l'échelle de l'atome, et de toute particule élémentaire.

Inachevé. A suivre.
Mais nous avons ouvert un Wiki consacré à la rédaction plusieurs mains d'un Quantique pour les nuls.
Vous pouvez y intervenir après vous petre inscrit.

Vous pouvez aussi nous questionner sur le forum, Pratiquer les vertus citoyennes, en choisissant la bonne rubrique.

Au sottisier

Voici ce que devient l'atome de Schrödinger sur une certaine wikipédia...

Imaginons que hors de l'atome, l'électron soit une petite bille. Lorsque l'électron est capturé par l'atome, il se « dissout » et devient un nuage diffus, il s'« évapore ». Quand on l'arrache de l'atome, il redevient une petite bille, il se « recondense ». Il existe d'autres exemples d'objet qui changent de forme, par exemple, hors de l'eau, le sel est sous forme de cristaux ; mis dans l'eau, il se dissout, et si l'on fait s'évaporer l'eau, on retrouve des cristaux. Le sel change de forme (cristal compact ou dissous dans l'eau), mais on a tout le temps du sel.

Image simplifiée de l'arrachement d'un électron du nuage électronique dans le modèle de Schrödinger

De manière un peu plus exacte : un électron, hors d'un atome, est représenté par un paquet d'ondes, qui peut être considéré, dans certaines limites, comme une petite bille. La mécanique quantique démontre qu'un tel paquet d'ondes s'étale au cours du temps ; au contraire, un électron d'un atome conserve la structure de la fonction d'onde associée à l'orbite qu'il occupe (tant qu'il n'est pas éjecté de l'atome). La mécanique quantique postule donc, non la conservation de la forme (non connue) de l'électron, mais l'intégrale de la probabilité de présence.

Résumons le délire : Bon d'accord, j'accepte le résultat de l'équation de Schrödinger, qui prédit l'étalement de l'électron, d'accord... Mais attention, je retourne à l'artillerie de corpuscules dès qu'on sort de l'atome, non mais sans blagues !

Second délire :  ce n'est certainement pas le formalisme quantique seul qui oblige à l'étalement de l'électron, mais son couplage au postulat clandestin : "Il n'y a pas d'absorbeur, ni de transaction entre émetteur et absorbeur". C'est comme si dans la vie industrielle réelle, les wagons et les camions quittaient l'usine en maraude, à la recherche de clients solvables, qui auraient justement besoin de leurs trente-sept tonnes de marchandise, très exactement... Avec la difficulté supplémentaire qu'ils devraient marauder en ligne droite, dont la direction initiale dépendrait du seul hasard...

Quand deux sommités niaisent à plein tubes.

On ne soulignera jamais assez la responsabilité de l'éditeur, en matière de vulgarisation scientifique. Bien trop souvent, celui-ci se conduit en margoulin, irrespectueux envers son public, et se contente de lui resservir ce qui s'est déjà bien vendu.

A sa décharge, bien vulgariser est difficile... Difficile, en ne partant que de la culture du journaliste ou de l'éditeur, de ne pas se laisser bluffer par l'argument d'autorité. On a même quelques collègues qui tempêtent contre toute vulgarisation, puisqu'elle dispense le public des efforts et du travail. Ils poussent le bouchon bien trop loin, mais le problème de la bonne place de la vulgarisation reste entier.

Ainsi on a eu droit à xx versions réécrivant le même vagissement plaintif de Bernard d'Espagnat et de son "Réel voilé". Du moment que ça se vend, l'éditeur en re-réclame à un auteur aussi épuisé que le maréchal Pétain... Mais il n'y avait aucun contenu physicien nouveau, si tant est qu'il y eût du contenu physicien au départ, ce dont personnellement je doute. La réalité microphysique "n'en a rien à branler" de nos état d'âme, de nos poignants sentiments de cruelle incertitude... Par argument d'autorité que personne n'a le cran de descendre en flammes, Niels Bohr et Eugen Wigner ont joué le plus sale des tours à la postérité, quand ils ont mis l'observateur macroscopique humain et ses états d'âme au centre du tableau. Et c'est toujours enseigné... Il n'y a pas de physique là dedans, il n'y a que de l'autothéorie transféro-transférentielle, de la fuite derrière les mots creux.

Charpak et Omnès se vendent bien, donc Odile Jacob nous en ressert, et c'est consternant de malhonnêteté et d'incompétence, pour ne pas dire pis, ce "Soyez savants, devenez prophètes", de Georges Charpak et Roland Omnès.

Pour l'essentiel, ils sont hors de leur domaine de compétence. Bien sûr, ils ont le droit de prendre ce risque. Nous prenons tous des risques, gens des sciences dures, quand nous traitons d'histoire des sciences et de leur insertion dans les affaires politiques des royaumes : nous ne sommes pas historiens, pas sociologues, nous n'avons pas eu le temps de chercher toutes les sources et d'en faire la critique comparée. Avons-nous tort de prendre ces risques ? Non. parce que les historiens de profession n'ont pas nos compétences pour tout comprendre de l'histoire des sciences. La coopération et le dialogue interprofessionnels sont donc indispensables.

Et là, ces deux sommités se sont-elles fait contrôler par un historien qui puisse les interrompre et leur dire de refaire leur copie ? Non.
Ils se sont fait plaisir à deux, pour composer leurs contes de fées, et se prétendre qu'ils allaient jouer là un rôle social salvateur.
Le rôle de l'éditeur était de leur crier casse-cou, mais elle ne la pas fait.

Et dans leur spécialité, au moins, la quantique ? C'est tout aussi consternant.
Voici une pièce à conviction parmi d'autres, la figure page 87 :


en résolution propre à l'écran.
Si vous voulez la résolution maximale, enlevez le R majuscule.

Et tout le reste est à l'avenant.

Evidemment, on peut argumenter qu'ils ont été trahis par leur dessinateur, tout comme Olaf Magnus a été trahi par son dessinateur qui, lui, n'avait jamais vu de skis des lapons et des suédois en Italie.

Alors voici la suite :



Et le texte, qui vaut son pesant de cacahouètes :

Citation

La particule est lâchée, cette fois avec une certaine vitesse et les clones se dispersent à nouveau, se cognent contre le mur et rebondissent un certain nombre de fois jusqu'à ce qu'ils sortent par une des portes et se répandent en zigzag à travers la place.

Or, vous avez chez vous, dans votre salon, la contre-expérience : le canon à électrons de votre téléviseur. Si la physique des électrons était tortillonnante comme ces deux sommités vous l'ont expliqué, aucun téléviseur n'aurait jamais pu fonctionner, aucun oscilloscope cathodique n'aurait jamais pu fonctionner, aucun microscope électronique n'aurait jamais pu fonctionner, aucune des machines graveuses de microprocesseurs qui fabriquent les circuits de toute l'électronique actuelle, n'aurait jamais pu fonctionner, aucun accélérateur d'électrons, ni le synchrotron de l'ESRF n'auraient jamais pu fonctionner, aucun écran radar n'aurait jamais pu fonctionner, etc... Peut-être on aurait pu sauver les triodes, tétrodes et pentodes, peut-être, peut-être aurait-on pu sauver les tubes générateurs de rayons X auxquels nous devons une large partie de la médecine et toute la radiocristallographie, peut-être avec beaucoup de chance, et en changeant la géométrie des anticathodes, mais c'est toute l'architecture de la collimation du faisceau X qui serait très différente, etc...

Mais alors pourquoi ces deux sommités vous ont-elles asséné de pareilles énormités ? Parce qu'ils sont sûrs que vous n'êtes pas de niveau pour pouffer de rire devant leurs supercheries. Ils sont sûrs de ne pas être pris la main dans ce pot de confitures. Leur vertu scientifique est tout aussi folâtre que la vertu tout court de Dorabella et de Fiordiligi : elle dépend du regard des autres et du qu'en dira-t-on.
Cosi fan tutti !

Oui, pourra-t-on objecter, Mais à l'extérieur de l'enceinte, leurs électrons volent en ligne droite, conformément à l'optique connue ; ce n'est qu'à l'intérieur de l'enceinte mystique qu'ils ont un comportement mystique et farfadique ! Donc comme cela, il y aurait à nouveau deux physiques, comme avant Galilée et Kepler : une physique terrestre, connaissable expérimentalement, et une métaphysique céleste, accessible aux seuls théologiens... Admirez le progrès !

Quand ils calculent dans le cadre de leur métier, ces deux sommités emploient le formalisme standard, qui, ouf, demeure ondulatoire et déterministe. Mais quand il s'agit de se faire mousser, et de duper le public, qu'il s'agisse des étudiants ou du grand public, les contes de fées reviennent immédiatement :
La "particule" redevient clairement un corpuscule, avec trajectoire définie, sauf que pour faire hasardeux, la trajectoire se tortille vers toutes  les directions, afin d'être la plus longue possible.

Ils expliquent que c'est comme cela qu'ils ont compris Feynman et le principe de moindre action. Or dès 1924, un certain Louis Victor de Broglie avait fait l'union entre le principe de moindre action de Hamilton (en mécanique) avec le principe de Fermat (en optique) : si toute "particule" est ondulatoire, alors le trajet de moindre action est aussi celui qui est isophase, où tous les trajets voisins au premier ordre, arrivent en phase, au premier ordre au moins.
Exception à cet énoncé simplifié : si deux ou plus de deux branches de trajet non simplement connexes sont simultanément empruntées par le quanton (photon, électron, atomes d'hélium neutre, fullérène, molécule d'insuline, etc.) alors ce qui compte est d'arriver en phase, à une ou plusieurs périodes près. Depuis Young et Fresnel, cela s'appelle des interférences.

Visiblement, Omnès et Charpak oublient les apports de Broglie, vieux d'octante ans au moment où ils écrivent, sans doute bien trop récents pour eux... Ah oui, mais depuis le coup d'état de 1927, il n'y a plus en physique que des vainqueurs et des vaincus, et comme Broglie et Schrödinger furent vaincus en 1927, au congrès Solvay, leurs résultats sont passés au Trou de Mémoire par les vainqueurs... L'équation de Schrödinger est soigneusement dé-Schrödinguérisée, entre autres : le terme périodique de sa solution disparait au tout début des manuels après une fugitive apparition limitée à une seule ligne.
Et puis dans la foulée, Omnès et Charpak oublient les apports de la physique du début du 19e siècle, les Thomas Young et Augustin Fresnel déjà cités.

A leur décharge, Feynman aussi l'avait oublié. Jeune étudiant en Licence d'ancien régime, j'étais en 1964-1965 de ceux qui se jetaient en B.U. sur les Feynman tout nouveaux, et encore jamais traduits. Comme tous les autres, j'étais fasciné par la conférence spéciale sur le minimum d'action.

Je ne suis plus un jeune débutant, et la faille me saute aux yeux : ce principe de moindre action reste un miracle mathématique tant qu'on ne le rattache pas à l'optique des ondes brogliennes. Il devient alors une évidence physique, simple prolongement des travaux de Christiaan Huyghens au 17e siècle.


J'insiste pour les débutants : "Quantique", ça désigne "ondulatoire", tout en le cachant au maximum.
C'est juste codé ainsi pour éviter que vous compreniez quelque chose d'aussi simple. Pourquoi ce codage secret ? Pour que la frontière entre "Nous les initiés qui savons" et "Vous les profanes qui ne savez pas" reste bien étanche.

Le même collègue, chercheur à Jussieu, qui plus haut tempêtait contre la vulgarisation (il est irrité par les cranks qui nous bassinent sur Usenet), m'oppose volontiers l'argument suivant : "Oh ! Mais je connais un physicien de haut niveau qui ne fait pas la confusion que tu dénonces ! Donc personne ne pratique cette confusion dans l'enseignement, voyons !"

Voilà, on a désormais la preuve imprimée que même des physiciens de haut niveau, dont l'un est prix Nobel, pratiquent et enseignent des confusions que je déplore depuis pas mal d'années. Alors des profs d'IUFM, j'vous raconte pas...

Expérience de Marlan Scully

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

L’expérience de Marlan Scully (*) est une expérience de mécanique quantique qui constitue une extension de celle d'Alain Aspect et des fentes de Young en y introduisant ce qui semble être une rétroaction implicite dans le temps.

Schématiquement, deux dispositifs similaires aux fentes de Young sont installés en cascade.

On sait que l'incertitude quantique concernant le passage (éventuel !) de particules par l'une ou l'autre fente

Critique : Tarataboum ! On croit seulement, et cela à l'intérieur de la mythologie prétendant à l'existence des particules-qui-soient-des-corpuscules.
Seulement à l'intérieur du la croyance aux corpuscules, on doit refuser aux ondes de passer simultanément par les deux fentes. Ce n'est qu'à l'intérieur de cette croyance que l'on doit s'obstiner à considérer comme "paradoxal" un fait aussi constant.

De plus, le concept de Heisenberg de "incertitude quantique" n'est qu'une ruse de combat, juste pour dénier qu'on a affaire à des ondes. La transformation de Fourier fait le plus simplement du monde tout ce que le concept d'incertitude de Heisenberg postule. Or la transformation de Fourier est inévitable pour tout phénomène ondulatoire.

• n'est levable que par un processus de détection,
• et subsiste en l'absence de celle-ci non seulement en tant que connaissance de l'expérimentateur, mais bien en tant qu'état du système.

Critique : Toujours aussi farfelu : un quanton (photon ou électron pour fixer les idées) n'en a rien à foutre, d'être "détecté", ou "observé" par un observateur ou par un de ses instruments. Ils sont ou non émis, et absorbés ou non. Ils ne peuvent être émis sans absorbeur, ni reçus sans émetteur. Ce sont des entités physiques, entités provisoires certes, mais en aucun cas la physique n'est concernée par les intentions des "observateurs", si égocentriques, anthropocentriques, et puérilement projectifs soient-ils.

L'idée de Marlan Scully est de ne décider l'intervention de cet observateur qu'au dernier moment, alors que la particule a déjà franchi la première série de fentes.

Critique : Toujours la croyance implicite et tacite en un corpuscule.

Les équations de la mécanique quantique imposent à la particule d'avoir vérifié lors du premier passage des conditions qui ne sont pourtant stipulées que postérieurement, par intervention ultérieure du détecteur ou non. En d'autres termes, cette intervention du détecteur semble modifier le passé de la particule.

Critique : Pziiou ! On poursuit l'anthropocentrisme en animisme, projeté sur le quanton !

L'observation confirme pour le moment ce résultat prévu, mais Marlan Scully ne se prononce pas pour le moment sur les enseignements que l'on peut ou non en tirer. John Wheeler se montre moins réservé et tient à ce sujet des propos actuellement controversés sur la modification du passé par des processus d'observation (à moins, selon une autre interprétation du même phénomène, qu'il ne s'agisse d'une définition du présent par le résultat de l'observation de phénomènes passés — voir la théorie d'Everett).

(*) En fait, d'Englert, Scully et Walther, parfois désignée sous le sigle ESW.

Sommaire 1 Description de l'expérience 2 Enjeux et interprétations 3 Travaux liés 4 Liens externes

Description de l'expérience

L'expérience est plus simple qu'il n'y paraît. Le dispositif va être décrit progressivement, afin de bien faire apparaître les idées derrière chaque élément de l'expérience.

Décrivons d'abord la première partie du dispositif : si nous remplaçons les appareils B et C par de simples miroirs, nous nous retrouvons avec une variante de l'expérience des fentes de Young : le miroir semi-réfléchissant A provoque une interférence « du photon avec lui-même » et provoque une figure d'interférence en I. Il est important de bien comprendre l'expérience de Young avant de tenter de comprendre celle-ci.

En fait, en B et en C, sont placés des « convertisseurs bas ». Un « convertisseur bas » est un appareil qui, à partir d'un photon en entrée, crée deux photons en sortie, corrélés, et de longueur d'onde double par rapport au photon en entrée. Étant corrélés, toute mesure effectuée sur un des deux photons de sortie nous renseigne sur l'état de l'autre photon. Par définition, un des deux photons en sortie sera appelé "photon signal" et l'autre "photon témoin". Il est important aussi de souligner que le "convertisseur bas" ne détruit pas l'état quantique du photon : il n'y a pas de « mesure » et l'état des deux photons en sortie respecte l'état de superposition du photon en entrée.

Maintenant, imaginons qu'il n'y ait pas de miroir semi-réfléchissant en D et en E. Ne pourrait-on pas détecter par quel chemin ("par B" ou "par C") est passé le photon initialement émis ? Si le détecteur J se déclenche, c'est que le photon est passé par B, si c'est K, c'est que le photon est passé par C. Les « photons signaux » se comportant de la même manière que s'il y avait des miroirs en B ou en C, la figure d'interférence ne devrait-elle pas apparaître, tout en nous renseignant sur le chemin pris par le photon ? (ce serait en contradiction avec l'expérience de Young)

En fait, non. La "mesure" effectuée par un des détecteur J ou K détruit l'état quantique des photons "signal" et "témoin" (ceux-ci étant quantiquement corrélés, voir paradoxe EPR), et aucune figure d'interférence n'apparaît en I. Nous retrouvons bien les résultats de l'expérience de Young.

Maintenant, considérons le dispositif complet, représenté par la figure. Le photons témoins ont une chance sur deux d'être réfléchis par les miroirs D et E. Dans ce cas ils arrivent en F et il n'y a alors plus moyen de savoir si le photon est passé par B ou par C. En effet, que le photon vienne de E ou de D, il a dans les deux cas une chance sur deux d'être détecté en H ou en G. Cependant, si le miroir F n'était pas là, alors il serait aussi possible de connaître le chemin du photon émis, et la figure d'interférence serait également détruite.

Ce miroir F est la « gomme quantique » imaginée par Scully : il détruit l'information permettant de savoir par quel chemin est passé le photon. Dans ce cas, si l'information est détruite, peut-on restituer la figure d'interférence en I ? Nous allons voir la réponse, mais auparavant, il y a encore quelques détails à expliquer.

C'est ici qu'il faut être attentif : si on ne fait rien de particulier, avec le miroir en F, il n'apparaît pas de figure d'interférence en I.

Cependant, si on corrèle les impacts de photons en I avec les détections des détecteurs G, H, I, J, pour ne faire apparaître en I que les photons signaux dont les photons témoins ont été détectés par G et H alors la figure d'interférence apparaît.

C'est maintenant qu'intervient le « choix retardé » mis en œuvre dans l'expérience : le miroir F et les détecteurs G et H peuvent être extrêmement éloignés de l'interféromètre I sans rien changer à l'expérience. Autrement dit, l'impact des photons en I peut être enregistré bien avant que le premier photon n'atteigne F !

Or, nous l'avons vu, si le miroir F n'est pas présent, aucune figure d'interférence ne peut apparaître en I, cela serait en contradiction formelle avec les lois quantiques. Si le miroir F est présent, alors il est possible de faire réapparaître la figure d'interférence, cela a été vérifié. Mais, au moment ou nous choisissons de placer un miroir en F ou non le résultat en I peut déjà être enregistré depuis longtemps.

Pour dire les choses autrement : placer le miroir en F ou non ne change rien dans le résultat enregistré en I.

Ou le change-t-il ? Dans ce cas, il faudrait admettre une rétroaction dans le passé. Nous allons voir dans le chapitre « interprétation » que cette expérience ne mène pas nécessairement vers cette conclusion.

Critique : L'expérience organise la concurrence entre quatre absorbeurs noirs, J, K, G, H, supposés avoir un rendement total, de un.

Ils sont sans concurrence avec l'absorbeur en I. Et six dispositifs supposés parfaitement transparents : quatre miroirs semi-réfléchissants, qui laissent chacun deux trajets de transaction à égale chance d'aboutir, et deux convertisseurs bas, censés fendre en deux sans retard chaque photon incident en ses deux sous-harmoniques, chacun de fréquence moitié.

La construction du dispositif fait qu'il n'y a interférence en I que si les deux branches B et C sont simultanément empruntées par le photon primaire. Bon ? Et alors, où est la merveille ? On sait cela depuis le 19e siècle, depuis Young et Fresnel : il n'y a interférences que si deux trajets sont simultanément empruntés, permettant des déphasages supérieurs à un cycle.

Ces deux branches B et C ne peuvent être simultanément empruntées que si les deux aboutissent bien à un absorbeur unique pour le photon secondaire unique, donc avec le miroir semi-réfléchissant en F.

Elle est où, la merveille des merveilles ? Tout ceci n'est jamais que du savoir de base pour le physicien. Simplement on se contorsionne avec des ''Oh!'' et des ''Ah ! Paradoxe !'', dans la stricte mesure où on n'a pas ce savoir physicien de base, car on s'est laissé dévorer le cerveau par ces délires corpusculaires, intrinsèquement macroscopiques, intrinsèquement incompétents en microphysique.

 Enjeux et interprétations

L'aspect le plus spectaculaire de cette expérience est l'interprétation que l'on fait a posteriori de la figure d'interférence en I. Tant que l'on n'a pas reçu les informations de corrélation en provenance des détecteurs G et H (qui peuvent être, disons, à cent années-lumière !), il est impossible de déterminer si la figure en I contient ou non une figure d'interférence.

Si cela était possible, cela voudrait dire que l'on pourrait reçevoir des messages du futur ! Par exemple, si, en même temps que le photon, on émettait un message en destination du physicien qui manipule le miroir en F (à cent années-lumière de là) lui demandant si, par exemple, la théorie des cordes est exacte ou non, et de placer le miroir en F si oui (et ne ne pas le placer si non), alors il serait possible de savoir immédiatement si la théorie des cordes est valable ou non en décryptant la figure en I.

Critique : L'auteur Wiki se laisse emporter par un enthousiasme délirant quand il imagine des grandes distances : cent années-lumière... Il va faire comment pour tenir son tube en acier, obscur à tous photons parasites, sur une telle longueur ? Et il a calculé la largeur du fuseau de Fermat de son photon en route, pour dimensionner la largeur du tube optique ?
Car toute l'expérience repose sur une isolation parfaite d'avec toutes les autres sources de rayonnement optique.

Et je ne vous raconte pas toutes les mines de fer ou d'aluminium intersidéral qu'il faudra exploiter pour construire le tube parasoleil de cette expérience...

On pourrait alors véritablement parler de "rétroaction en provenance du futur". Mais tel n'est pas le cas. Certaines interprétation hâtives et sensationnalistes laissent penser cela, mais on voit clairement que ce n'est pas aussi simple.

En effet, force est de constater que la figure en I contient une information indécryptable qui dépend de quelque-chose qui se passe dans le futur. Mais elle ne peut être décryptée qu'avec des informations "classiques" qui ne peuvent être connues, au plus tôt, que dans un délai qui annule le bénéfice de la rétroaction temporelle (par exemple, dans le cas de l'interrogation d'un physicien à 100 années lumières, on connaîtrait la réponse à la question que - au mieux - 100 ans plus tard).

En fait, ce résultat, bien que spectaculaire, n'est pas plus surprenant (ni moins) que les résultats déjà connus des expériences EPR. En effet, dans ces expériences, l'effondrement d'un côté du dispositif provoque immédiatement l'effondrement de l'autre côté, aussi éloigné soit-il. Mais on ne peut s'en rendre compte qu'avec l'envoi d'une information classique (évitant de pouvoir communiquer à une vitesse supérieure à celle de la lumière).

Mais l'effet est plus frappant encore que dans l'expérience EPR, et nous pose avec une force plus grande encore la question : qu'est-ce que le temps ?

Critique : Pas de danger qu'il l'ait calculé, le fuseau de Fermat de la propagation du photon, car ni l'auteur Wiki, ni les auteurs originaux ne font état d'aucun des paramètres essentiels de l'expérience : ratio de la longueur d'onde au chemin optique entre émetteur et absorbeur, et ratio de la longueur du train d'onde au chemin optique entre émetteur et absorbeur ! Hé oui, il est à ce niveau, le décervelage que l'apprenti a dû subir pour avoir son diplôme : Oubliez tout le savoir ondulatoire, concentrez-vous sur le mystère de la Sainte Dualité, et du corpuscule néo-newtonien et farfadique ! Anatole Abragam s'était assez vanté que l'enseignement dit scientifique fonctionne sur le modèle de la rumeur, de bouche à oreilles : "Personne ne lit plus jamais les mémoires originaux, sauf les historiens. Et c'est très bien ainsi ! Du moment qu'un concept est bien assimilé..."

Rien d'étonnant à ce que les résultats d'une telle "méthode" soient aussi aussi délirants que les autres rumeurs qui se répandent dans le grand public.

 Travaux liés

• Alain Aspect
• John Cramer
• Paul Davies
• David Deutsch
• Freeman Dyson
• Hugh Everett
• John Wheeler

 Liens externes

L'expérience décrite dans cet article provient de l'article suivant :

• "A Delayed Choice Quantum Eraser" by Yoon-Ho Kim [1], R. Yu, S.P. Kulik, Y.H. Shih, and Marlon O. Scully Phys.Rev.Lett. 84 1-5 (2000) [[1]]
• Cette même expérience est décrite dans cette excellente présentation.

Voir aussi :

• Détails (en anglais)
• Expérience illustrée (en anglais)
• (en) Nouvelle expérience de "choix différé" allant dans le même sens, avec Alain Aspect.

Antoine Moreau : e-scio.net