Matière et esprit : des dilemmes de la mécanique quantique à la théorie du tout d'Einstein

Le scientifique britannique Thomas Young a mené la première expérience à double fente en 1801. Il avait un faisceau de lumière traversant deux fentes parallèles sur une plaque, derrière laquelle se trouvait un écran. L'onde lumineuse traversant les fentes s'est scindée en deux nouvelles ondes, qui ont ensuite interféré l'une avec l'autre. Lorsque le pic d'une onde lumineuse rencontrait le pic de l'autre onde, elles se renforçaient mutuellement, donnant une lumière plus brillante. Lorsque le pic d'une onde rencontrait le creux d'une autre onde, elles s'annulaient mutuellement. En tant que tel, Young a observé un motif d'interférence intéressant - alternant des bandes lumineuses et sombres sur l'écran. Isaac Newton pensait que la lumière se composait uniquement de particules, et l'expérience de Young a démontré que la lumière se comporte davantage comme une onde.

Lors d'expériences ultérieures de ce type, des objets atomiques (électrons, protons, atomes, photons, etc.), au lieu de la lumière, ont été projetés vers une double fente, et des bandes claires et sombres alternées étaient toujours observées. Ce résultat a déconcerté les scientifiques car ces objets sont tous des particules et n'auraient pas dû produire des bandes lumineuses et sombres alternées comme des ondes lumineuses.

Certains scientifiques pensaient que les particules classiques telles que les électrons possédaient également les caractéristiques d'une onde, de sorte qu'elles interféraient les unes avec les autres (tout comme l'onde lumineuse) dans les expériences. En 1905, Einstein a publié plusieurs articles pour discuter de cet effet. Cela lui a valu un prix Nobel et a jeté les bases de la dualité onde-particule en mécanique quantique, c'est-à-dire que ce que nous considérons comme des «particules» possède des caractéristiques à la fois de particules et d'ondes.

La caractéristique de dualité a été démontrée dans d'autres expériences. Plus précisément, si des électrons (ou des photons) étaient projetés vers les fentes un par un (pour qu'ils n'aient aucune chance d'interférer entre eux), frapperaient-ils l'écran comme des particules classiques ou produiraient-ils des bandes alternées ? De nombreuses expériences ont montré cette dernière hypothèse– même un seul électron interférait avec lui-même en produisant des bandes lumineuses et sombres alternées. Mais cela prête à confusion : comment un électron unique pourrait-il savoir où aller et finir par générer des bandes alternées ? De plus, un électron semblait traverser les deux fentes en même temps et se fondre de l'autre côté, démontrant ainsi la dualité onde-particule.

D'autres expériences ont été menées. Un détecteur de métal a été placé près des fentes et le motif sur l'écran s'est ensuite transformé en motif de particules de deux bandes (au lieu d'une alternance de bandes claires et sombres). Le motif d'interférence a disparu, comme si les particules savaient qu'elles étaient observées et avaient choisi de ne pas être prises en train de traverser les fentes comme une onde. C'est ce qu'on appelle «l'effet observateur» - l'observation d'une particule peut changer radicalement son comportement.

La physique quantique (étude du comportement de la matière et de la lumière au niveau microscopique à l'échelle atomique) a été développée en partie pour comprendre l'effet observateur. Des scientifiques tels que Niels Bohr de l'Institut de Copenhague ont postulé que la mécanique quantique est intrinsèquement indéterministe, un point de vue qu’on a appelé l'interprétation de Copenhague.

Le physicien Brian Greene a écrit dans son livre La réalité cachée : "L'approche standard de la mécanique quantique, développée par Bohr et son groupe, et appelée en leur honneur l'interprétation de Copenhague, envisage que chaque fois que vous essayez de voir une onde de probabilité, l'acte même d'observation contrecarre votre tentative."

Erwin Schrödinger a créé la fonction d'onde quantique pour définir le mouvement de toute matière sous la forme d'une série de probabilités. En d'autres termes, toutes les quantités physiques sont considérées comme étant dans une série d'états quantiques avec certaines probabilités. Cependant, nous ne savons pas dans quel état se trouvent les quantités physiques et la réalité physique est divisée entre toutes les possibilités jusqu'à ce qu'une observation ait lieu.

Schrödinger l'a démontré avec son expérience de pensée du chat de Schrödinger. Un chat hypothétique est placé dans une boîte hypothétique et son sort est déterminé par un petit flacon d'acide cyanhydrique mortel contrôlé par l'état quantique d'une particule subatomique. Si la particule se désintègre, l'acide tuera le chat. Si la particule ne se désintègre pas, l'acide ne sera pas libéré et le chat vivra. Selon la mécanique quantique, le statut du chat est toujours à la fois vivant et mort car la particule est dans un état où elle est à la fois décomposée et non décomposée. (note : ce qui diffère du fait de ne pas connaître l'état du chat en raison d'un manque d'informations). En réalité, le sort du chat est définitif, qu'il soit vivant ou mort, une fois qu'on ouvre la boîte pour l'observer.

L'expérience de pensée indique que les objets du monde quantique semblent être dans un état incertain jusqu'à ce qu'un observateur intervienne.

Intrication quantique

En raison du paradoxe de l'expérience de pensée du chat de Schrödinger (dont le sort n'est connu que lorsqu'un observateur ouvre la boîte selon la physique quantique), Bohr et Einstein ont eu de nombreux débats sur ce sujet. Ils ont attiré une vaste attention cela étant lié à la compréhension fondamentale du monde physique.

Après que Max Planck ait découvert le quantum (h), Einstein a proposé en 1905 que la lumière consistait en photons. Bien que Bohr se soit opposé à la théorie, elle a été prouvée en 1922 et aujourd’hui largement acceptée par la communauté scientifique. Alors que le principe d'incertitude était introduit dans la mécanique quantique et gagnait lentement en popularité, Einstein s'inquiétait parce que le caractère aléatoire violait la causalité, la relation fondamentale de cause à effet. Nous ne savons peut-être pas toute l’information sur comment les choses fonctionnent, mais il doit y avoir des raisons derrière elles. « La mécanique quantique est certainement imposante. Mais une voix intérieure me dit que ce n'est pas encore la vraie chose», écrivait Einstein en 1926. « En tout cas, je suis convaincu qu'Il [Dieu] ne joue pas aux dés. »

Néanmoins, la plupart des scientifiques ont accepté l'interprétation de Copenhague de Bohr et les débats se sont poursuivis. En 1935, Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont publié un article intitulé « La description mécanique quantique de la réalité physique peut-elle être considérée comme complète ? Ils ont conclu que la description de la réalité physique par la mécanique quantique à l'aide de probabilités est incomplète. Ils ont affirmé le concept de localité, ce qui signifie que les processus physiques (ou événements) se produisant à un endroit ne devraient pas affecter instantanément un autre événement à un endroit éloigné. Le concept de localité semble intuitivement correct, mais la physique quantique prédit que deux particules subatomiques peuvent s'affecter instantanément même si elles sont à des années-lumière l'une de l'autre. Einstein considérait une telle interaction comme inconcevable et la qualifiait d' effrayante « action à distance ».

En 1949, cependant, des chercheurs de l'Université Columbia ont montré qu'une paire de particules pouvait interagir sur une longue distance. En 1998, le physicien Nicolas Gisin et ses collègues de l'Université de Genève en Suisse ont mené une expérience et ont montré que deux photons, distants de 18 kilomètres, pouvaient partager des informations à une vitesse au moins 10 000 fois supérieure à la vitesse de la lumière. Lorsqu'un photon changeait de propriété, le même changement se produisait sur l'autre photo presque instantanément, comme s'il y avait un être imaginaire leur disant à tous les deux de faire le changement. Le déroulement de l'interaction reste un mystère.

Chercher la vérité

Einstein n'a pas renoncé à chercher la vérité malgré les découvertes soutenant l'intrication quantique. De l'effet photoélectrique à la relativité restreinte en passant par la relativité générale, il voulait aider l'humanité à comprendre le monde. Il a montré que le temps est relatif et que la gravité est causée par la courbure du temps et de l'espace. Insatisfait de l'incertitude au cœur de la mécanique quantique, il a travaillé sur un projet connu plus tard sous le nom de "théorie du tout", afin d'étendre la relativité générale et d'unir les forces connues dans l'univers, a écrit un article de la BBC intitulé "La Symphonie inachevée d’Einstein".

L'article soulignait que « le travail d'Einstein était étayé par l'idée que les lois de la physique étaient une expression du divin ».

« En complétant cette théorie du tout, Einstein espérait qu'il débarrasserait la physique de l'imprévisibilité au cœur de la mécanique quantique et montrerait que le monde était prévisible - décrit par de belles et élégantes mathématiques. Exactement comme il croyait que Dieu créerait l'univers », écrit l'article. « Il montrerait que la façon dont la communauté de la mécanique quantique interprétait le monde était tout simplement fausse. C'était un projet sur lequel il travaillerait pendant les 30 années suivantes, jusqu'au dernier jour de sa vie.

Le travail n'a jamais été terminé. Lorsqu'il était jeune, Einstein a dit un jour : "Je ne m'intéresse pas à tel ou tel phénomène. Je veux connaître les pensées de Dieu - le reste n'est que détails." Mais cela n'est resté qu'un souhait. "Mais alors qu'il était allongé, mourant, à l'hôpital de Princeton, il a dû comprendre qu'il s'agissait de secrets auxquels Dieu tenait manifestement à s'accrocher", poursuit l'article de la BBC.

En mai 1955, un mois après sa mort, le Life Magazine a publié une interview d'Einstein réalisée plusieurs mois auparavant. Il déclarait : "Vous savez qu'elles sont vraies, mais vous pourriez passer toute une vie sans être capable de les prouver. L'esprit ne peut aller plus loin que ce qu'il sait et peut prouver... Il arrive un moment où l'esprit fait un saut - appelez-le intuition ou ce que vous voulez - et se retrouve sur un plan de connaissance supérieur, mais ne peut jamais prouver comment il y est arrivé. Toutes les grandes découvertes ont impliqué un tel saut".

Matière et esprit

Les efforts des scientifiques pour comprendre l'humanité et le monde se sont poursuivis dans d'autres domaines liés à la science quantique. « Des preuves récentes d'une cohérence quantique significative dans les systèmes biologiques chauds, la dynamique sans échelle et l'activité cérébrale en fin de vie soutiennent la notion d'une base quantique pour la conscience qui pourrait éventuellement exister indépendamment de la biologie dans divers plans scalaires de la géométrie de l'espace-temps », a écrit Stuart Hameroff de l'Université de l'Arizona dans le livre de 2012 Exploring Frontiers of the Mind-Brain Relationship (Explorer les frontières de la relation esprit-cerveau)».

Outre l'interprétation de Copenhague, l'expérience de la double fente peut également être expliquée par l'interprétation à plusieurs mondes. Robert Lanza de la Wake Forest University School of Medicine en Caroline du Nord, a déclaré que les particules en physique quantique ont un état indéfini car elles existent simultanément dans différents univers. Lorsque nous mourons, notre vie devient une « fleur vivace qui revient fleurir dans le multivers ».

« Le monde semble être conçu pour la vie, non seulement à l'échelle microscopique de l'atome, mais au niveau de l'univers lui-même. Les scientifiques ont découvert que l'univers a une longue liste de traits qui donnent l'impression que tout ce qu'il contient - des atomes aux étoiles - était fait sur mesure juste pour nous », a-t-il écrit dans Biocentrism How Life and Consciousness are the Keys to Understanding: (Le biocentrisme : comment la vie et la conscience sont les clés de la compréhension). la vraie nature de l'univers , « le fait que le cosmos semble exactement équilibré et conçu pour la vie n'est qu'une observation scientifique incontournable - pas une explication du pourquoi ».

Plans supérieurs

Selon la Bible, Dieu a créé le monde. Dans la culture chinoise, on dit que Pan Gu a créé le ciel et la terre, tandis que Nuwa a créé les êtres humains. Ces systèmes spirituels rappelaient tous aux gens notre lien avec le divin et conseillaient aux gens de s'améliorer et de retourner au ciel.

Même à l'ère moderne, il existe divers systèmes de qigong, des phénomènes surnaturels, des expériences de mort imminente qui relient les gens à cette tradition. Les études sur la matière et l'esprit, telles que décrites ci-dessus et celles en psychologie et en sociologie, soulignent également l'importance des comportements positifs, y compris la gentillesse. Par exemple, une augmentation de 50 % du taux de survie a été observée chez les participants ayant de solides relations sociales selon un article de PLoS Med de 2010 intitulé « Relations sociales et risque de mortalité : une revue méta-analytique ». De même, ceux qui ont à la fois apporté du soutien aux autres et reçu du soutien des autres avaient un risque de mortalité toutes causes confondues plus faible que ceux qui n’avaient que reçu du soutien, a écrit un article de 2021 de Psychological and Cognitive Sciences intitulé « L'équilibre entre donner et recevoir un soutien social et la mortalité toutes causes confondues dans un échantillon national américain ».

Tout cela est conforme à l'ancienne croyance chinoise en l'harmonie du ciel, de la terre et de espèce humaine. « Quand une personne a du qi (énergie) vertueux résidant à l'intérieur, aucune méchanceté ne peut l'envahir », a écrit le classique de médecine chinoise Huangdi Neijing (Le canon interne de l'empereur jaune). Ceci est cohérent avec le dicton chinois selon lequel « le bien est récompensé par le bien, et le mal rencontre le mal ».

Un appel au réveil

Bien que le Parti communiste chinois ait presque détruit la culture traditionnelle chinoise depuis qu'il a pris le pouvoir en 1949, la culture millénaire a néanmoins été ravivée et chérie par les pratiquants de Falun Dafa, un système de méditation basé sur le principe de Vérité-Bonté-Tolérance.

M. Li Hongzhi, fondateur du Falun Dafa, a récemment écrit : « La mort n’est que la dégradation et le vieillissement du corps superficiel, tandis que l’esprit originel de l’homme (son vrai moi ne meurt pas) se réincarnera dans sa prochaine vie.» (« Pourquoi l'humanité existe-t-elle »)

« si l’être humain peut préserver une pensée bienveillante dans cet environnement difficile, s’il peut conserver les valeurs traditionnelles face aux assauts des conceptions modernes, maintenir sa croyance dans le divin face aux assauts de l’athéisme et de la théorie de l’évolution, ce genre de personne pourra atteindre l’objectif d’être sauvée et de retourner au royaume céleste. », a-t-il également écrit dans cet article."

De la mécanique quantique à la psychologie, des temps anciens à la société moderne, les gens ont cherché des réponses à qui nous sommes et où nous allons. J'espère que cet article offre quelques idées.

Version anglaise :
Matter and Mind: From Dilemmas in Quantum Mechanics to Einstein’s Theory of Everything

Version chinoise :
唯物论真的科学吗

Illustration : William Blake, L'Ancien des Jours (Urizen mesurant le Monde), gravure à l'eau-forte et aquarelle (1794), British Museum1.