Qu’est-ce que l’interprétation de Copenhague ?

Il n’y a probablement pas de domaine scientifique plus bizarre et plus déroutant que d’essayer de comprendre le comportement de la matière et de l’énergie aux plus petites échelles. Au début du XXe siècle, des physiciens tels que Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr et bien d’autres ont jeté les bases de la compréhension de ce domaine bizarre de la nature : la physique quantique.

Les équations et les méthodes de la physique quantique ont été affinées au cours du siècle dernier, faisant des prédictions étonnantes qui ont été confirmées plus précisément que toute autre théorie scientifique dans l’histoire du monde. La mécanique quantique fonctionne en effectuant une analyse de la fonction d’onde quantique (définie par une équation appelée équation de Schrodinger).

Le problème est que la règle concernant le fonctionnement de la fonction d’onde quantique semble être en contradiction totale avec les intuitions que nous avons développées pour comprendre notre monde macroscopique quotidien. Essayer de comprendre la signification sous-jacente de la physique quantique s’est avéré beaucoup plus difficile que de comprendre les comportements eux-mêmes. L’interprétation la plus couramment enseignée est connue sous le nom d’interprétation de Copenhague de la mécanique quantique … mais de quoi s’agit-il vraiment ?

Les pionniers

Les idées centrales de l’interprétation de Copenhague ont été développées par un groupe de pionniers de la physique quantique, centré autour de l’Institut de Copenhague de Niels Bohr, dans les années 1920, et qui est à l’origine d’une interprétation de la fonction d’onde quantique qui est devenue la conception par défaut enseignée dans les cours de physique quantique.

L’un des éléments clés de cette interprétation est que l’équation de Schrodinger représente la probabilité d’observer un résultat particulier lorsqu’une expérience est réalisée. Dans son livre « The Hidden Reality », le physicien Brian Greene l’explique comme suit :

« L’approche standard de la mécanique quantique, développée par Bohr et son groupe, et appelée l’interprétation de Copenhague en leur honneur, prévoit que chaque fois que vous essayez de voir une onde de probabilité, l’acte même d’observation contrecarre votre tentative ».

Le problème est que nous n’observons jamais qu’un phénomène physique au niveau macroscopique, de sorte que le comportement quantique réel au niveau microscopique n’est pas directement disponible pour nous. Comme décrit dans le livre Quantum Enigma :

Il n’y a pas d’interprétation « officielle » de Copenhague. Mais chaque version prend le taureau par les cornes et affirme qu’une observation produit la propriété observée. Le mot délicat ici est « observation »…

« L’interprétation de Copenhague considère deux domaines : il y a le domaine macroscopique, classique, de nos instruments de mesure régis par les lois de Newton ; et il y a le domaine microscopique, quantique, des atomes et autres petites choses régis par l’équation de Schrodinger. Il affirme que nous ne traitons jamais directement avec les objets quantiques du domaine microscopique. Nous n’avons donc pas à nous préoccuper de leur réalité physique, ou de leur absence de réalité. Une « existence » qui permet de calculer leurs effets sur nos instruments macroscopiques est suffisante pour que nous les prenions en considération ».

L’absence d’une interprétation officielle de Copenhague est problématique, ce qui rend les détails exacts de l’interprétation difficiles à cerner. Comme l’explique John G. Cramer dans un article intitulé « The Transactional Interpretation of Quantum Mechanics » :

« Malgré une littérature abondante qui fait référence, discute et critique l’interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, il ne semble y avoir nulle part une déclaration concise qui définisse l’interprétation complète de Copenhague ».

Cramer poursuit en essayant de définir certaines des idées centrales qui sont systématiquement appliquées lorsqu’on parle de l’interprétation de Copenhague, pour arriver à la liste suivante :

• Le principe d’incertitude : Développée par Werner Heisenberg en 1927, elle indique qu’il existe des paires de variables conjuguées qui ne peuvent pas être mesurées toutes les deux avec un niveau de précision arbitraire. En d’autres termes, la physique quantique impose un plafond absolu à la précision de certaines paires de mesures, le plus souvent les mesures de position et d’élan en même temps.
• L’interprétation statistique : Développé par Max Born en 1926, il interprète la fonction d’onde de Schrodinger comme donnant la probabilité d’un résultat dans un état donné. Le processus mathématique permettant d’y parvenir est connu sous le nom de règle de Born.
• Le concept de complémentarité : Développé par Niels Bohr en 1928, il inclut l’idée de la dualité onde-particule et que l’effondrement de la fonction d’onde est lié à l’acte de faire une mesure.
• Identification du vecteur d’état avec « connaissance du système » : L’équation de Schrodinger contient une série de vecteurs d’état, et ces vecteurs changent avec le temps et les observations pour représenter la connaissance d’un système à un moment donné.
• Le positivisme de Heisenberg : Il s’agit de mettre l’accent sur la discussion des seuls résultats observables des expériences, plutôt que sur le « sens » ou la « réalité » sous-jacente. Il s’agit d’une acceptation implicite (et parfois explicite) du concept philosophique d’instrumentalisme.

Cela semble être une liste assez complète des points clés de l’interprétation de Copenhague, mais l’interprétation n’est pas sans poser quelques problèmes assez sérieux et a suscité de nombreuses critiques … qui méritent d’être traitées individuellement.

Origine de la phrase « Interprétation de Copenhague

Comme mentionné ci-dessus, la nature exacte de l’interprétation de Copenhague a toujours été un peu nébuleuse. L’une des premières références à cette idée se trouve dans le livre de Werner Heisenberg de 1930, The Physical Principles of the Quantum Theory, dans lequel il fait référence à « l’esprit de Copenhague de la théorie quantique ». Mais à cette époque, c’était aussi vraiment la seule interprétation de la mécanique quantique (même s’il y avait quelques différences entre ses adeptes), de sorte qu’il n’était pas nécessaire de la distinguer par son propre nom.

Elle n’a commencé à être appelée « l’interprétation de Copenhague » que lorsque des approches alternatives, telles que l’approche des variables cachées de David Bohm et l’interprétation de Many Worlds de Hugh Everett, sont apparues pour remettre en question l’interprétation établie. Le terme « interprétation de Copenhague » est généralement attribué à Werner Heisenberg lorsqu’il s’est prononcé dans les années 1950 contre ces interprétations alternatives. Des conférences utilisant l’expression « interprétation de Copenhague » sont apparues dans la collection d’essais, de physique et de philosophie de Heisenberg en 1958.