Du magazine Quanta (retrouvez l’article original ici).
« La folie, c’est faire la même chose encore et encore et s’attendre à des résultats différents. »
Ce trait d’esprit – que j’appellerai « la folie d’Einstein » – est généralement attribué à Albert Einstein. Bien que l’effet Matthew puisse opérer ici, c’est indéniablement le genre de one-liner intelligent et mémorable qu’Einstein lançait souvent. Et je suis heureux de lui en accorder le crédit, car ce faisant, nous prenons des directions intéressantes.
Tout d’abord, notez que ce qu’Einstein décrit comme une folie est, selon la théorie quantique, la façon dont le monde fonctionne réellement. En mécanique quantique, vous pouvez faire la même chose plusieurs fois et obtenir des résultats différents. C’est d’ailleurs le principe qui sous-tend les grands collisionneurs de particules à haute énergie. Dans ces collisionneurs, les physiciens assemblent les mêmes particules exactement de la même manière, des milliards et des milliards de fois. Sont-ils tous fous pour agir ainsi ? Il semblerait que non, puisqu’ils ont récolté une stupéfiante variété de résultats.
Bien sûr, Einstein, célèbre, ne croyait pas à l’imprévisibilité inhérente du monde, affirmant que « Dieu ne joue pas aux dés ». Pourtant, en jouant aux dés, nous agissons selon la folie d’Einstein : Nous faisons la même chose encore et encore – à savoir, lancer le dé – et nous anticipons correctement des résultats différents. Est-il vraiment insensé de jouer aux dés ? Si oui, c’est une forme de folie très courante !
On peut échapper au diagnostic en arguant qu’en pratique on ne lance jamais les dés précisément de la même manière. De très petits changements dans les conditions initiales peuvent modifier les résultats. L’idée sous-jacente ici est que dans les situations où nous ne pouvons pas prédire précisément ce qui va se passer ensuite, c’est parce qu’il y a des aspects de la situation actuelle que nous n’avons pas pris en compte. Des plaidoyers d’ignorance similaires peuvent défendre de nombreuses autres applications des probabilités contre l’accusation de folie d’Einstein à laquelle elles sont toutes exposées. Si nous avions effectivement un accès complet à la réalité, selon cet argument, les résultats de nos actions ne feraient jamais de doute.
Cette doctrine, connue sous le nom de déterminisme, était défendue avec passion par le philosophe Baruch Spinoza, qu’Einstein considérait comme un grand héros. Mais pour avoir une meilleure perspective, nous devons nous aventurer encore plus loin dans l’histoire.
Parménide était un philosophe grec antique influent, admiré par Platon (qui fait référence au « père Parménide » dans son dialogue le Sophiste). Parménide défendait l’opinion déroutante que la réalité est immuable et indivisible et que tout mouvement est une illusion. Zénon, un élève de Parménide, a conçu quatre paradoxes célèbres pour illustrer les difficultés logiques du concept même de mouvement. Traduit en termes modernes, le paradoxe de la flèche de Zénon se présente comme suit :
- Si vous savez où se trouve une flèche, vous savez tout de son état physique.
- Par conséquent, une flèche (hypothétiquement) en mouvement a le même état physique qu’une flèche immobile dans la même position.
- L’état physique actuel d’une flèche détermine son état physique futur. C’est la sanité d’Einstein – la négation de la folie d’Einstein.
- Par conséquent, une flèche (hypothétiquement) en mouvement et une flèche stationnaire ont le même état physique futur.
- La flèche ne bouge pas.
Les disciples de Parménide se sont mis dans des nœuds logiques et des extases mystiques sur la contradiction plutôt flagrante entre le point cinq et l’expérience quotidienne.
L’accomplissement fondateur de la mécanique classique est d’établir que le premier point est défectueux. Il est fructueux, dans ce cadre, de permettre une conception plus large du caractère de la réalité physique. Pour connaître l’état d’un système de particules, il faut connaître non seulement leurs positions, mais aussi leurs vitesses et leurs masses. Munie de ces informations, la mécanique classique prédit complètement l’évolution future du système. La mécanique classique, étant donné son concept plus large de la réalité physique, est le modèle même de la sanité d’Einstein.
Avec ce triomphe à l’esprit, revenons à l’apparente folie d’Einstein de la physique quantique. Cette difficulté ne pourrait-elle pas, de même, faire allusion à une conception inadéquate de l’état du monde ?
Einstein lui-même le pensait. Il pensait qu’il devait exister des aspects cachés de la réalité, non encore reconnus dans la formulation conventionnelle de la théorie quantique, qui rétabliraient la sanité d’Einstein. Dans cette optique, ce n’est pas tant que Dieu ne joue pas aux dés, mais que le jeu auquel il joue ne diffère pas fondamentalement des dés classiques. Il semble aléatoire, mais c’est uniquement en raison de notre ignorance de certaines « variables cachées ». En gros : « Dieu joue aux dés, mais il a truqué le jeu. »
Mais à mesure que les prédictions de la théorie quantique conventionnelle, exempte de variables cachées, sont allées de triomphe en triomphe, la marge de manœuvre où l’on pourrait accommoder de telles variables est devenue petite et inconfortable. En 1964, le physicien John Bell a identifié certaines contraintes qui doivent s’appliquer à toute théorie physique à la fois locale – ce qui signifie que les influences physiques ne voyagent pas plus vite que la lumière – et réaliste, ce qui signifie que les propriétés physiques d’un système existent avant la mesure. Mais des décennies de tests expérimentaux, dont un test « sans faille » publié sur le site de préimpression scientifique arxiv.org le mois dernier, montrent que le monde dans lequel nous vivons échappe à ces contraintes.
Ironiquement, la mécanique quantique conventionnelle implique elle-même une vaste expansion de la réalité physique, ce qui pourrait suffire à éviter la folie d’Einstein. Les équations de la dynamique quantique permettent aux physiciens de prédire les valeurs futures de la fonction d’onde, étant donné sa valeur actuelle. Selon l’équation de Schrödinger, la fonction d’onde évolue de manière totalement prévisible. Mais en pratique, nous n’avons jamais accès à la totalité de la fonction d’onde, que ce soit dans le présent ou dans le futur, de sorte que cette « prévisibilité » est irréalisable. Si la fonction d’onde fournit la description ultime de la réalité – une question controversée !-, nous devons conclure que « Dieu joue un jeu profond mais strictement fondé sur des règles, qui ressemble à des dés pour nous. »
Le grand ami et sparring partner intellectuel d’Einstein, Niels Bohr, avait une vision nuancée de la vérité. Alors que selon Bohr, le contraire d’une vérité simple est une fausseté, le contraire d’une vérité profonde est une autre vérité profonde. Dans cet esprit, introduisons le concept de fausseté profonde, dont le contraire est également une fausseté profonde. Il semble approprié de conclure cet essai par une épigramme qui, couplée à celle par laquelle nous avons commencé, en donne un bel exemple :
« La naïveté, c’est faire la même chose encore et encore, et s’attendre toujours au même résultat. »
Frank Wilczek a reçu le prix Nobel de physique 2004 pour ses travaux sur la théorie de la force forte. Son livre le plus récent s’intitule A Beautiful Question : Finding Nature’s Deep Design. Wilczek est le professeur de physique Herman Feshbach au Massachusetts Institute of Technology.
Reproduit avec l’autorisation de Quanta Magazine, une publication indépendante de la Fondation Simons dont la mission est d’améliorer la compréhension de la science par le public en couvrant les développements de la recherche et les tendances en mathématiques et en sciences physiques et de la vie.