L'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique

Il n'y a probablement aucun domaine scientifique plus bizarre et 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 de l'histoire du monde. La mécanique quantique fonctionne en effectuant une analyse sur la fonction d'onde quantique (définie par une équation appelée l'équation de Schrodinger).

Le problème est que la règle sur la façon dont le fonctionnement de la fonction d'onde quantique semble radicalement entrer en conflit 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 révélé beaucoup plus difficile que de comprendre les comportements eux-mêmes. L'interprétation la plus couramment enseignée est connue comme l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique… mais qu'est-ce que c'est vraiment?

Les pionniers

Les idées centrales de l'interprétation de Copenhague ont été développées par un groupe central de pionniers de la physique quantique centrés autour de l'Institut de Copenhague de Niels Bohr dans les années 1920, conduisant à 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 effectuée. Dans son livre La réalité cachée, le physicien Brian Greene l'explique comme suit:

"L'approche standard de la mécanique quantique, développée par Bohr et son groupe, et appelée Interprétation de Copenhague en leur honneur, envisage que chaque fois que vous essayez de voir une onde de probabilité, l'acte même d'observation contrarie votre tentative. "

Le problème est que nous n'observons que des phénomènes physiques au niveau macroscopique, de sorte que le comportement quantique réel au niveau microscopique ne nous est pas directement accessible. Comme décrit dans le livre Énigme quantique:

"Il n'y a pas d'interprétation" officielle "de Copenhague. Mais chaque version attrape le taureau par les cornes et affirme que 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 et classique de nos instruments de mesure régi par les lois de Newton; et il y a le domaine microscopique et quantique des atomes et d'autres petites choses régies par l'équation de Schrodinger. Il fait valoir que nous ne traitons jamais directement avec les objets quantiques du domaine microscopique. Nous n'avons donc pas à nous soucier de leur réalité physique, ou de leur absence. Une "existence" qui permet le calcul de leurs effets sur nos instruments macroscopiques nous suffit. "

L'absence d'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 "L'interprétation transactionnelle de la mécanique quantique":

"Malgré une littérature abondante qui fait référence à, discute et critique l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, nulle part il ne semble y avoir de déclaration concise qui définit l'interprétation complète de Copenhague."

Cramer poursuit en essayant de définir certaines des idées centrales qui sont systématiquement appliquées lorsque l'on parle de l'interprétation de Copenhague, en arrivant à la liste suivante:

• Le principe d'incertitude - Développé par Werner Heisenberg en 1927, cela indique qu'il existe des paires de variables conjuguées qui ne peuvent pas toutes deux être mesurées à un niveau de précision arbitraire. En d'autres termes, il y a un plafond absolu imposé par la physique quantique sur la précision avec laquelle certaines paires de mesures peuvent être faites, le plus souvent les mesures de position et de quantité de mouvement 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 pour ce faire est connu comme la règle de Born.
• Le concept de complémentarité - Développé par Niels Bohr en 1928, cela 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 au fil du temps et avec des observations pour représenter la connaissance d'un système à un moment donné.
• Le positivisme de Heisenberg - Cela représente un accent mis sur la discussion uniquement des 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 de l'instrumentalisme.

Cela semble être une liste assez complète des points clés derrière l'interprétation de Copenhague, mais l'interprétation n'est pas sans quelques problèmes assez graves et a suscité de nombreuses critiques… qui valent la peine d'être adressées 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 Les principes physiques de la théorie quantique, dans lequel il a fait référence à "l'esprit de Copenhague de la théorie quantique". Mais à cette époque - et pendant plusieurs années après - c'était aussi vraiment le seulement interprétation de la mécanique quantique (même s'il y avait quelques différences entre ses adhérents), il n'était donc pas nécessaire de la distinguer avec son propre nom.

Elle a seulement commencé à être appelée «l'interprétation de Copenhague» lorsque des approches alternatives, telles que l'approche à variables cachées de David Bohm et l'interprétation de nombreux mondes de Hugh Everett, ont surgi pour remettre en question l'interprétation établie. Le terme "interprétation de Copenhague" est généralement attribué à Werner Heisenberg lorsqu'il s'exprimait dans les années 1950 contre ces interprétations alternatives. Des conférences utilisant l'expression "Copenhagen Interpretation" ont été publiées dans la collection d'essais de Heisenberg en 1958, Physique et philosophie.