Malgré ses premiers succès, la physique quantique restait toujours mal comprise. Les physiciens ne savaient pas vraiment ce qu'ils devaient faire de ses étranges lois où l'énergie était transportée par quanta. Qu'est ce que tout cela signifiait réellement ?  

En 1923, Louis de Broglie proposa une réponse dans sa thèse de doctorat : les électrons et les autres particules agissent comme des ondes stationnaires. Comme les ondes, ils vibrent comme les cordes d'une guitare, sur certaines fréquences discrètes (quantifiés). L'idée était tellement saugrenue que le comité d'examen dû se retirer pour débattre de l'acceptation ou non de la thèse. Einstein donna un avis favorable et la thèse fut acceptée.

Puis vint Edwin Schrödinger et sa fameuse équation en 1926, l'une des clés de voûte de la physique et dont l'interprétation demeure souvent mal comprise. Schrödinger parlait de "paquet d'ondes"... Une nouvelle fois, qu'est-ce que cela signifiait concrètement pour un électron ou un atome isolé ? Max Born répondit à toutes ces interrogations en termes probabilistes, s'écartant du monde concret qui nous entoure. Heisenberg alla dans le même sens précisant que la "fonction d'onde représentait le possible et non pas le réel"... !? Cette remarque est très importante.

Cette fois s'en était trop ! La théorie déjà passablement hermétique prédisait sans nul doute des résultats corrects, mais son interprétation en termes de possibles et de dimensions excédentaires... en excéda plus d'un, la jugeant plus proche d'une... métaphysique. Et elle deviendra plus étrange encore quand Schrödinger trouva en 1935 un chat dans un état indéterminé dans son laboratoire et lorsqu'Everett s'avança en 1957 dans des univers parallèles... Ces expériences de pensées n'allaient pas simplifier son interprétation.

Comme dans la caverne de Platon, l'homme ne voit jamais que les ombres de la réalité : la graduation d’un réhostat, des bulles d’air dans une chambre à bulles, des signaux numérisés ou des chiffres sur un écran. Pour la première fois dans l'histoire de la science, notre perception du monde ne passe plus directement par nos sens.

Une anecdote résume tout le problème. A Los Alamos, après la seconde guerre mondiale, un jeune physicien demanda une explication à John von Neumann concernant un problème mathématique difficile. “Elémentaire, dit von Neumann. On peut résoudre ce problème en employant la méthode des caractéristiques”. A quoi le jeune physicien répondit : “Je crains de ne pas comprendre la méthode des caractéristiques”. “Jeune homme, dit von Neumann, en mathématique, on ne comprend pas les choses, on s’y habitue, c’est tout”. Toute la philosophie de la physique quantique tient dans cette remarque impertinente.

Il est indéniable que le verdict expérimental nous dit que le monde de la physique quantique est étrange : un photon peut-être à deux endroits en même temps et peut même interférer avec lui-même. Et l'objet quantique ne doit pas nécessairement être très petit. L'expérience de la double fente de Young, considérée par Richard Feynman comme la mère de tous les effets quantiques a été répétée avec succès avec des atomes, des molécules et plus récemment avec un Carbone-60, le "Buckey Ball". Anton Zeilinger du groupe GHZ a même imaginé la réaliser avec un virus. Si ce dernier est doté d'un atome de sagesse, l'interprétation en terme d'univers multiples semble inévitable. Oui, la réalité du monde quantique est étrange, qu'on l'accepte ou qu'on ne l'accepte pas.

Devant la difficulté de visualiser les phénomènes quantiques, d’avoir une image intuitive des phénomènes et de leur réalité, beaucoup de chercheurs, mathématiciens, physiciens ou philosophes, se sont demandés quel était finalement le statut de la réalité en physique quantique ? Un ouvrage complet ne suffirait pas pour répondre à cette question car pour beaucoup d’auteurs elle soulève également tout le débat concernant la catégorisation de notre pensée, la connaissance objective, la méthode scientifique, le déterminisme, l'unité de la Nature, etc, autant de sujets du ressort de la philosophie, de la métaphysique voire de la théologique. On s’écarte donc de la physique quantique. Mais nous pouvons poser quelques éléments de solutions tout en plaçant des gardes-fous afin de rester fidèle à notre démarche. Quantités d'autres viendront s'ajouter, en particulier dans le dossier consacré à la philosophie des sciences.

Les degrés de liberté de l'Univers 

Nous avons vu dans l'article consacré à l'interprétation de la physique quantique, que dans un sondage informel réalisé à Cambridge en 1999, la théorie des univers multiples d'Everett raliait à sa cause 31% des physiciens concernés par l'informatique quantique, mais la majorité d'entre eux, 52%, ne partagaient aucune des interprétations actuelles (Copenhague, Bohm, Everett, etc), ils  restaient indécis en attendant que l'on invente une théorie plus complète. Le débat est donc ouvert : comment représenter le monde ?

Depuis l'invention de l'équation de Schrödinger, les physiciens ont tendance à représenter le monde par un ensemble constitué de plusieurs sous-systèmes en interactions.

Richard Feynman avait déjà insisté sur le fait que la mécanique quantique statistique divisait l'Univers, où plus exactement ses "degrés de liberté", en deux sous-systèmes : l'objet d'expérience et le reste du monde, ce qu'on appelle communément l'environnement. Pour comprendre certains processus comme la mesure, nous devons inclure un troisième sous-système : le sujet, l'état mental de l'observateur.

Une méthode souvent utilisée consiste à diviser l'équation de Schrödinger gouvernant l'évolution temporelle de l'Univers pris dans son ensemble en deux groupes : ceux décrivant la dynamique interne de chaque sous-système et ceux décrivant leurs interactions. 

Problème, cette manière de penser réduit à néant les tentatives d’explications de Schrödinger. En divisant le monde en sous-systèmes, cela tend à prouver que celui qui réfléchit ainsi n’a pas encore compris la théorie de Schrödinger. Voyons malgré tout ce que cela implique.