Une interprétation de la mécanique quantique est une tentative d'explication de la façon dont la théorie mathématique de la mécanique quantique « correspond » à la réalité. Bien que la mécanique quantique ait fait l'objet de démonstrations rigoureuses dans une gamme extraordinairement large d'expériences (aucune prédiction de la mécanique quantique n'a été contredite par l'expérience), il existe un certain nombre d'écoles de pensée concurrentes sur son interprétation. Leurs points de vue diffèrent sur des questions fondamentales telles que celle de savoir si la mécanique quantique est déterministe ou stochastique, quels éléments de la mécanique quantique peuvent être considérés comme réels et quelle est la nature de la mesure, entre autres.
Malgré près d'un siècle de débats et d'expériences, aucun consensus n'a été atteint parmi les physiciens et les philosophes de la physique concernant l'interprétation qui « représente » le mieux la réalitéMurray Gell-Mann - Quantum Mechanics Interpretations - Feynman Sum over Histories - EPR Bertlemann's https://www.youtube.com/watch?v=f-OFP5tNtMY Richard P Feynman: Quantum Mechanical View of Reality 1 (Part 1) https://www.youtube.com/watch?v=72us6pnbEvE.
Historique
La définition de termes théoriques tels que les fonctions d'onde et la mécanique matricielle a beaucoup évolué. Par exemple, Erwin Schrödinger considérait à l'origine la fonction d'onde de l'électron comme sa densité de charge étalée dans l'espace, mais Max Born a réinterprété le carré de la valeur absolue de la fonction d'onde comme la densité de probabilité de présence de l'électron distribuée dans l'espace.
Les points de vue de plusieurs pionniers de la mécanique quantique, tels que Niels Bohr et Werner Heisenberg, sont souvent regroupés sous le nom d'interprétation de Copenhague, bien que certains physiciens et historiens de la physique aient fait remarquer que cette terminologie masque les nuances entre des points de vue légèrement différents. Les idées de type Copenhague n'ont jamais été universellement adoptées, et les alternatives à ce qui était perçu comme une orthodoxie ont fait l'objet d'une attention croissante dans les années 1950 avec l'interprétation de l'onde pilote de David Bohm et l'interprétation des mondes multiples de Hugh Everett IIIVaidman, L. (2002, March 24). Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics. Retrieved March 19, 2010, from Stanford Encyclopedia of Philosophy: http://plato.stanford.edu/entries/qm-manyworlds/#Teg98.
D'autre part, la position strictement formaliste, évitant toute interprétation, a été remise en question par des propositions d'expériences qui pourraient un jour départager les interprétations, comme par la mesure d'une conscience artificielleQuantum theory as a universal physical theory, by David Deutsch, International Journal of Theoretical Physics, Vol 24 #1 (1985) ou via l'informatique quantiqueThree connections between Everett's interpretation and experiment Quantum Concepts of Space and Time, by David Deutsch, Oxford University Press (1986).
En guise de guide approximatif de l'évolution de la vision dominante au cours des années 1990 et 2000, un aperçu des opinions a été recueilli dans un sondage de Schlosshauer et al. dans la conférence « Physique quantique et nature de la réalité » en . Les auteurs se réfèrent à un sondage informel similaire réalisé par Max Tegmark lors de la conférence « Fundamental Problems in Quantum Theory » en . La principale conclusion des auteurs est que « l'interprétation de Copenhague règne toujours en maître », recevant le plus de votes dans leur sondage (42%), outre la montée en puissance des interprétations des mondes multiples :
Les interprétations de la mécanique quantique partagent toutes plus ou moins deux caractéristiques :
Elles interprètent un formalisme — un ensemble d'équations et de principes pour générer des prédictions via l'entrée des conditions initiales Elles interprètent des phénomènes — un ensemble d'observations, y compris celles obtenues par la recherche empirique et celles obtenues de manière informelle, comme l'expérience humaine d'un monde uniforme.
Deux caractéristiques varient selon les interprétations :
Ontologie : énoncés à propos d'éléments, tels que les catégories et les entités, qui existent dans le monde Épistémologie : énoncés à propos de la possibilité, la portée et les moyens d'une connaissance pertinente du monde
En philosophie des sciences, la distinction entre notre connaissance et la réalité s'énonce par l'opposition épistémique - ontique. Une loi générale est une régularité des résultats (épistémique), alors qu'un mécanisme causal peut réguler les issues (ontique). Un phénomène peut recevoir une interprétation ontique ou épistémique. Par exemple, l'aléatoire dans les phénomènes quantiques peut être attribué à la limitation de notre connaissance de tous les paramètres (épistémique) et est alors équivalent au hasard, ou bien il peut être considéré comme un indéterminisme, ce qui signifie que même un être omniscient ne pourrait prévoir l'issue d'une expérience (ontique).
De manière générale, une théorie scientifique peut être considérée comme offrant un réalisme scientifique — description ou explication approximativement vraie du monde naturel — ou peut être envisagée de façon antiréaliste. Une position réaliste s'intéresse à l'épistémique et à l'ontique, tandis qu'une position antiréaliste ne s'intéresse qu'à l'épistémique. Dans la première moitié du siècle, la forme dominante d'antiréalisme dans le milieu des physiciens était le positivisme logique, qui cherche à exclure les aspects non observables de la réalité de la théorie scientifique.
Depuis les années 1950, l'antiréalisme est plus modéré, tendant vers l'instrumentalisme, qui permet de parler d'aspects inobservables, mais en rejetant ultimement la question du réalisme et en posant les théories scientifiques comme des outils prédictifs, et non comme visant une compréhension ontologique du monde. Le point de vue de l'instrumentiste est bien représenté par la célèbre citation de David Mermin, « Tais-toi et calcule », souvent attribuée à tort à Richard FeynmanFor a discussion of the provenance of the phrase "shut up and calculate", see .
Il existe d'autres approches de résolution des problèmes conceptuels qui introduisent un nouveau formalisme mathématique, et proposent ainsi des théories alternatives en plus de leur interprétation. Les dynamiques de Schrödinger modifiées en sont un exemple.
Défis d'interprétation
Nature abstraite et mathématique de la théorie quantique des champs : la structure mathématique de la mécanique quantique est abstraite sans interprétation claire de ses objets. Existence de processus apparemment indéterministes et irréversibles : dans la théorie classique des champs, n'importe quelle propriété physique à un endroit donné du champ peut facilement être dérivée des équations. Dans le formalisme standard de la mécanique quantique, au contraire, la mesure se voit attribuer un rôle théorique particulier, car c'est le seul processus qui peut provoquer une évolution non unitaire et irréversible de l'état. Rôle de l'observateur dans la détermination des résultats : l'interprétation de Copenhague considère que la fonction d'onde est un outil de calcul, et ne représente la réalité qu'immédiatement après une mesure effectuée par un observateur, sans toutefois que la définition d'un observateur soit rigoureusement établie, ce qui soulève des paradoxes comme l'ami de Wigner ou la régression sans fin de von Neumann. Corrélations classiquement inattendues entre objets distants : les systèmes quantiques intriqués, comme l'illustre le paradoxe EPR, obéissent à des statistiques qui semblent violer les principes de causalité locale. Complémentarité des descriptions proposées : la complémentarité soutient qu'aucun ensemble de concepts physiques classiques ne peut se référer simultanément à toutes les propriétés d'un système quantique. Cela implique que la composition des propriétés physiques d'un système quantique n'obéit pas aux règles de la logique propositionnelle classique lors de l'utilisation de connecteurs propositionnels (voir la théorie de la logique quantique ). Ainsi, « l'origine de la complémentarité réside dans la non-commutativité des opérateurs » qui décrivent les objets quantiques (Omnès, 1999). Une complexité qui augmente rapidement, dépassant de loin notre capacité de calcul actuelle, à mesure que la taille d'un système augmente, puisque l'espace dans lequel est décrit un système quantique est à 3N dimensions, N étant le nombre de sous-systèmes. Ainsi, il est difficile de traiter des problèmes à N corps en mécanique quantique. Comportement contextuel des systèmes : la contextualité quantique implique que les intuitions classiques dans lesquelles les propriétés d'un système détiennent des valeurs définies, indépendamment de la manière de les mesurer, sont remises en cause même pour les systèmes locaux. En outre, il est très difficile de définir des critères d'identité et d'individualité (notamment, le principe d'identité des indiscernables de Leibniz et l'identité spatio-temporelle de Locke ne sont plus pertinents pour des particules absolument identiques et occupant la même région de l'espace en même temps).
Interprétations influentes
Interprétation de Copenhague
Les principes fondamentaux de l'interprétation de Copenhague sont la superposition des états, le principe de complémentarité et l'attribution d'un rôle particulier à l'observateur. Pour plus de détails, voir la page principale de l'interprétation.
Théories de l'information quantique Les approches informationnelles quantiques suscitent un intérêt croissant. Elles se subdivisent en deux typesInformation, Immaterialism, Instrumentalism: Old and New in Quantum Information. Christopher G. Timpson :
les ontologies de l'information, telles que « it from bit » de J.A. Wheeler. Ces approches ont été décrites comme une renaissance de l'immatérialisme ; les interprétations où la mécanique quantique décrit la connaissance du monde par un observateur plutôt que le monde lui-même. Cette approche présente une certaine similitude avec la pensée de Bohr Niels Bohr cité dans . La réduction de la fonction d'onde est souvent interprétée comme l'acquisition d'informations par un observateur via une mesure, plutôt que comme un événement objectif. Le Qubisme (ou approche bayésienne de la mécanique quantique) en est un cas particulier. Ces approches s'accordent bien avec les épistémologies instrumentalistes et positivistes. Hartle énonce :
Bayésianisme quantique
Le bayésianisme quantique (également appelé Qubisme) est une interprétation de la mécanique quantique qui considère les actions et les expériences d'un agent comme les préoccupations centrales de la théorie. Cette interprétation se distingue par son utilisation d'une acception bayésienne subjective des probabilités pour reprendre la règle de Born de la mécanique quantique en tant qu'ajout normatif à la prise de décision correcte.
Le Qubisme traite les questions d'interprétation courantes comme la nature de la superposition des fonctions d'onde, la mesure quantique et l'intrication. Selon le Qubisme, de nombreux aspects du formalisme quantique, mais pas tous, sont de nature subjective. Par exemple, dans cette interprétation, un état quantique n'est pas un élément de la réalité — il représente plutôt le degré de croyance qu'un agent a sur les résultats possibles des mesures. Pour cette raison, certains philosophes des sciences considèrent le QBisme comme une forme d'anti-réalisme. Les auteurs de l'interprétation refusent cette caractérisation, proposant plutôt que la théorie prenne place dans une sorte de réalisme qu'ils appellent « réalisme participatif », dans lequel la réalité dépasse que ce qui peut être capturé par tout compte rendu estimé à la troisième personnePour le « réalisme participatif » :.