Notes de lecture physique quantique 14

Alors que Schrödinger renonçait à l'existence des particules, Born, dans sa tentative pour les sauver, proposa une interprétation de la fonction d'onde qui mettait en question un dogme fondamental de la physique - le déterminisme. L'univers newtonien est purement déterministe et ne laisse aucune place au hasard. En physique classique, une particule possède à un instant donné une quantité de mouvement et une position définies. Les forces qui agissent sur la particule déterminent la manière dont sa quantité de mouvement et position varient avec le temps. La seule manière dont des physiciens comme James Clerk Maxwell et Ludwig Boltzmann puissent rendre compte des propriétés d'un gaz consistant en un grand nombre de telles particules était de recourir aux probabilités et de se contenter d'une description statistique. Cette retraite forcée dans l'analyse statistique venait de la difficulté qu'il y a à suivre les mouvements d'un nombre aussi gigantesque de particules. Les probabilités étaient une conséquence de l'ignorance humaine dans un univers déterministe où tout se déroulait conformément aux lois de la nature. Si l'état présent d'un système quelconque et les forces agissant sur lui sont connues, alors ce qui lui arrivera dans l'avenir est déjà déterminé. En physique classique, le déterminisme est relié par un cordon ombilical à la causalité - tout effet à une cause. Comme dans une collision entre deux boules de billard, l'électron qui percute un atome peut être dévié dans presque toutes les directions. Toutefois, là s'arrête la similitude, -269- soutint Born en énonçant un principe surprenant. Dans le cas d'une collision atomique, la physique ne pouvait répondre à la question « Quel est l'état après la collision ? » mais seulement à la question « Quelle est la probabilité d'un effet donné de la collision ?55 ». « C'est ici que réside tout le problème du déterminisme »,avoua Born. Il était impossible de déterminer exactement où était l'électron après la collision. Le mieux que la physique puisse faire, selon Born, était de calculer la probabilité qu'un électron soit dévié d'un certain angle. Tel était le « nouveau contenu physique » de Born et il s'articulait entièrement autour de son interprétation de la fonction d'onde.

La fonction d'onde elle-même n'a pas de réalité physique; elle existe dans le domaine mystérieux et fantomatique du possible. Elle traite de possibilités abstraites, comme tous les angles possibles sous lesquels un électron pourrait être dévié à la suite d'une collision avec un atome. Il y a vraiment un monde de différence entre le possible et le probable. Born soutint que le carré de la fonction d'onde, un nombre réel et non un nombre complexe, habite l'univers du probable. Porter la fonction d'onde au carré ne donne pas la position réelle de l'électron, mais seulement la probabilité – les chances- qu'il aura d'être ici plutôt que là . Par exemple, si la valeur de la fonction d'onde d'un électron en X est le double de sa valeur en Y, alors la probabilité qu'il soit en X est quatre fois plus grande que la probabilité qu'il soit en Y. L'électron pourrait se trouver en X, en Y ou ailleurs.

Born avouait: «J'ai moi-même tendance à abandonner le déterminisme dans le monde atomique59• » Or, tandis que «le mouvement des particules obéit à des règles de probabilité», Born fit remarquer que « la probabilité elle-même se propage suivant la loi de la causalité.

La« probabilité quantique», faute d'un terme plus parlant, n'était pas la probabilité classique de l'ignorance qui pouvait théoriquement être éliminée, mais une caractéristique intrinsèque de la réalité atomique. Par exemple, le fait qu'il soit impossible de prédire quand un atome individuel se désintégrerait dans un échantillon radioactif en dépit de la certitude qu'il y en aurait un qui le ferait n'était pas dû à une connaissance imparfaite, mais au résultat de la nature probabiliste des règles quantiques gouvernant la désintégration radioactive.

Schrödinger réfuta l'interprétation probabiliste de Born. Il n'admettait pas qu'une collision d'un électron ou d'une particule alpha avec un atome soit «absolument accidentelle», c'est-à-dire «complètement indéterminée61 ». Car, si Born avait raison, il n'y avait pas moyen d'éviter les sauts quantiques et la causalité était menacée une fois de plus.