L’observateur et la conscience en physique quantique

Le rôle de l’observateur en mécanique quantique a donné lieu à quelques interprétations mettant au centre la conscience de l’observateur dans la mesure. Il s’agit d’interprétations marginales, mais parmi les plus connues du grand public. 

Dans la physique classique, la connaissance du monde matériel est supposée se faire indépendamment de l’observateur. C’est d’ailleurs un des principes qui fut explicitement énoncé par Descartes au 16e siècle avec la séparation entre le sujet connaissant (res cogitans) et le monde physique (res extansa). Il s’agit de séparer l’observateur de son observation, afin que celle-ci soit valable pour tout expérimentateur, et qu’elle conduise à des lois universelles. C’est ce que nous appellerons ici « l’objectivité ». Dans la physique classique, on a bien la notion d’observateur, mais celui-ci n’a aucun statut particulier et les théories ne sont pas obligées de se référer à lui. Par exemple, Laplace développe au 19e siècle une théorie de la formation du système solaire, qui se réfère à une époque où il n’y avait encore aucun observateur humain. Si l’on accepte que l’objet et le sujet soient considérés comme séparés et séparables en physique, pourquoi le principe d’objectivité, dans sa forme classique, serait remis en cause, ou du moins actualisé, par la mécanique quantique ?

On a vu que, selon l’interprétation orthodoxe (ou de Copenhague) de la théorie quantique, la mesure perturbait de manière fondamentale l’évolution temporelle du système. Cette interprétation orthodoxe estime, qu’avant la mesure, le système (les particules) sont dans un état superposé, donc que ses propriétés sont indéfinies, et que la mesure vient projeter le système : les propriétés prennent une valeur propre. Qu’est-ce qui provoque la réduction du paquet d’onde (c’est-à-dire la projection du vecteur d’état du système) lors de la mesure ? Historiquement, c’est une question qui a fait appel à des positionnements divers.

 

Nous avons évoqué plus haut les expériences des fentes d’Young élaborées avec des photons ou des électrons.  Nous avons parlé de la figure d’interférence obtenue sur les plaques. L’interprétation quantique de l’expérience repose sur le fait qu’un photon individuel se retrouve dans un état superposé à la suite du franchissement des fentes. On peut interpréter ce fait en disant que le photon est passé par les deux fentes en même temps. Mais que se passe-t-il si on cherche à détecter par quelle fente le photon « est réellement passé » ? Lors de l’expérience de Fabroni évoquée plus haut, on détecte bien que le photon passe soit dans la fente de droite, soit dans la fente de gauche, mais alors la figure d’interférence disparaît : le photon n’est plus dans un état superposé à cause de l’interaction avec un autre photon en vue d’une mesure (qu’on détecte le photon ou non). L’interaction du photon avec un autre photon, au niveau de l’une des fentes, provoque un « effondrement de la fonction d’onde » et de l’état superposé. Il n’existe aucun moyen de savoir de quel côté le quantum est passé sans éliminer le phénomène d’interférence. Cette expérience permet de mettre en évidence le problème de l’observation en mécanique quantique.

À partir des années 1920, s’est imposée, autour de personnalités comme Bohr et Heisenberg[1], l’idée que l’on ne pouvait pas passer sous silence le rôle fondamental du sujet en mécanique quantique. Heisenberg, par exemple, ira jusqu’à prétendre qu’au moment de la mesure « l’observateur lui-même fait le choix, parce que ce n’est qu’au moment où l’observation est faite que le « choix » est devenu une réalité physique» (Heisenberg, conseil Solvey, 1927). Selon lui, c’est l’observation qui crée le fait que les propriétés du système quantique deviennent définies. Il parle de la projection de la fonction d’onde comme étant induite par l’observateur. Pour Bohr, les propriétés d’un système dépendent de manière fondamentale des conditions expérimentales, y compris des conditions de mesure. Ainsi, on ne peut pas parler de la position d’un système quantique de façon générale : les caractéristiques des objets sont soumises au contexte et au sujet qui mesure. Optant pour un point de vue différent, Schrödinger parlait d’une action mutuelle entre le sujet et l’objet lors d’une mesure quantique, « à condition de bien préciser ce qu’on entend par sujets dans ce cas : rien d’autre qu’un fragment du monde matériel pouvant inclure le corps de l’expérimentateur » (Schrödinger 1930, Bitbol 1992).Pour  le physicien Richard Feynman, toute réalité -incluant l’esprit et la conscience- est faite d’atomes (Feynman 1970). C’est une forme de physicalisme, dans lequel chaque phénomène a une origine matérielle à laquelle il peut être relié et où toute subjectivité, toute forme de conscience est un produit, un corrélat, ou une instanciation d’un processus physique. Les observateurs sont alors des systèmes physiques comme les autres, auxquels, au moins en droit, doivent pouvoir s’appliquer les principes physiques les plus fondamentaux. Le problème est alors de comprendre pourquoi il semble si difficile d’énoncer les lois de la mécanique quantique sans faire référence, au moins implicitement, à un observateur. Commentant la théorie de la mesure de Von Neumann, Edmond Bauer et Fritz London estiment que c’est la faculté d’introspection de l’observateur qui est à l’origine, de la réduction de la fonction d’onde (London et Bauer 1939). Le rôle de la conscience dans le processus de mesure va être défendu encore plus explicitement au début des années 60 par le prix Nobel de physique Eugène Wigner. Ce dernier regarda la conscience comme un élément de l’esprit, et ainsi l’esprit « collapsant » la fonction d’onde devint un exemple de l’emprise de l’esprit sur la matière, le monde de l’esprit agissant sur le monde de la matière. Il considère que la conscience est, d’une manière drastique, complètement irréductible à des processus physiques. Wigner changea de point de vue quelques années plus tard. Pour Roger Penrose, célèbre physicien et mathématicien britannique, ce sont des processus quantiques et notamment le processus de réduction du paquet d’onde qui entrent en jeu dans le phénomène de la conscience (Penrose 1994) . Il existe des postures plus radicales encore au sujet de l’observateur. Le physicien Amit Goswami, d’origine indienne, mais vivant aux États-Unis, a écrit plusieurs ouvrages de vulgarisation sur la théorie quantique. Pour lui, la conscience agit sur la matière, et donc a la possibilité de faire s’effondrer la fonction d’onde. Il explique que la conscience est antérieure à la matière et qu’elle est disponible même au sein de la matière dans des formes plus ou moins densifiées (Goswami 2014). Cette position radicale est loin d’être partagée par beaucoup de physiciens, comme nous l’avons remarqué dans nos entretiens, mais il existe des positions intermédiaires.

[1] Heisenberg tenait une position relativement proche du  positivisme dans le sens où il s’intéressait à ce qui est accessible par l’expérience – les phénomènes – et estimait que la mécanique quantique n’est pas censée décrire la réalité.


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