Physique quantique, non-localité et conscience

Le paradoxe EPR : le point de départ

En 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont publié une expérience de pensée destinée à montrer que la mécanique quantique était incomplète. Leur raisonnement était le suivant :

Prenez deux particules qui ont interagi et sont devenues « intriquées ». Séparez-les d’une distance quelconque, même de plusieurs années-lumière. La mécanique quantique prédit que mesurer l’une des particules affectera instantanément ce que vous trouverez en mesurant l’autre. Einstein appelait cela une « action fantomatique à distance » et refusait de l’accepter. Il pensait qu’il devait exister des « variables cachées », des propriétés préexistantes que les particules emportaient avec elles dès le départ. Imaginez une paire de gants, rangés dans deux boîtes et expédiés dans des directions opposées jusqu’à se trouver à un million d’années-lumière l’un de l’autre. Ouvrez une boîte, trouvez un gant gauche, et vous savez instantanément que l’autre boîte contient le gant droit. Rien n’a voyagé entre les boîtes, et rien de fantomatique ne s’est produit. Chaque gant était gauche ou droit dès le moment où il a été emballé, et ouvrir la boîte n’a fait que révéler ce qui s’y trouvait déjà. Einstein s’attendait à ce que les particules intriquées fonctionnent de la même façon.

Si les particules possédaient déjà des propriétés définies avant la mesure, aucune connexion mystérieuse n’était nécessaire. La mécanique quantique serait simplement incomplète, privée de l’information relative à ces variables cachées. Pendant près de trente ans, personne ne sut comment vérifier s’il avait raison.

Le théorème de Bell : la démonstration

En 1964, le physicien John Stewart Bell a fait quelque chose de remarquable. Il a dérivé une inégalité mathématique, aujourd’hui appelée inégalité de Bell, qui doit être vérifiée si l’explication d’Einstein par les variables cachées est correcte. Plus précisément, si les particules portent des valeurs prédéterminées et qu’aucune communication plus rapide que la lumière n’a lieu entre elles, les corrélations statistiques entre les résultats de mesure doivent rester en dessous d’une certaine limite.

Bell a ensuite montré que la mécanique quantique prédit des violations de cette limite. Les deux conceptions, les variables cachées locales et la mécanique quantique, font des prédictions différentes et testables.

• 1
  Si les variables cachées locales sont correctes : les corrélations entre les mesures effectuées sur des particules intriquées doivent satisfaire l’inégalité de Bell (une borne mathématique précise).
• 2
  La mécanique quantique prédit : ces corrélations violeront l’inégalité de Bell, en dépassant la borne.
• 3
  L’expérience tranche. Depuis les expériences fondatrices d’Alain Aspect en 1982 jusqu’aux tests de plus en plus rigoureux qui ont abouti aux travaux couronnés par le prix Nobel 2022 d’Aspect, Clauser et Zeilinger, les résultats sont sans ambiguïté : l’inégalité de Bell est violée. La nature est non locale.

Ce que signifie la non-localité

La violation de l’inégalité de Bell nous apprend quelque chose de profond sur la structure de la réalité. Au minimum, elle signifie ceci :

• 1
  La séparation spatiale n’est pas fondamentale. Deux particules séparées par une distance quelconque peuvent présenter des corrélations qui dépassent ce que tout mécanisme local pourrait produire. Ce lien ne s’affaiblit pas avec la distance et n’attend pas qu’un signal franchisse l’intervalle. Pourtant ces corrélations ne peuvent pas servir à transmettre des signaux. Chaque observateur, s’il ne regarde que sa propre particule, ne voit que des résultats aléatoires ; la structure n’apparaît que lorsque les résultats de mesure des deux côtés sont comparés.
• 2
  Les variables cachées locales sont écartées. L’espoir d’Einstein, à savoir que les particules portent des propriétés prédéterminées expliquant leurs corrélations, comme les gants dans leurs boîtes, a été expérimentalement réfuté. Les particules réelles ne sont pas comme les gants : ce qui les relie n’est pas une information qu’elles transportaient avant d’être mesurées. Quoi qu’il se passe, ce n’est pas classique.
• 3
  Le choix entre les interprétations reste ouvert. La mécanique quantique prédit ces résultats avec une précision remarquable, et pourtant les physiciens ne s’accordent toujours pas sur la nature réelle de cette connexion, ni sur ce que signifie la non-localité. L’interprétation de Copenhague invoque la réduction de la fonction d’onde. Les mondes multiples postulent des réalités qui bifurquent. La théorie de l’onde pilote assume une non-localité explicite. Chacune interprète différemment le même formalisme mathématique.

Le défi lancé au matérialisme

Le matérialisme standard conçoit la réalité comme composée d’entités localisées interagissant par des forces qui se propagent à la vitesse de la lumière ou en dessous. L’intrication quantique met directement cette image en difficulté.

Comment deux particules séparées par des années-lumière peuvent-elles présenter des corrélations dépassant les limites classiques, sans qu’aucun signal ne passe entre elles ? La réponse matérialiste standard consiste à accepter la non-localité comme un fait brut : c’est simplement ainsi que se comportent les champs quantiques, et aucune explication plus profonde n’est nécessaire ni disponible.

Mais c’est une concession importante. Elle signifie que le cadre matérialiste ne peut pas expliquer pourquoi la réalité a cette structure. Les connexions non locales révélées par le théorème de Bell existent, mais elles restent philosophiquement énigmatiques dans une vision du monde qui tient la séparation spatiale et la causalité locale pour fondamentales.

La conscience et le socle ontologique

Un nombre croissant de philosophes et de physiciens ont proposé que la structure non locale de la réalité devienne moins énigmatique si l’on reconsidère la relation entre la conscience et le monde physique.

L’argument se déroule ainsi :

• 1
  La non-localité montre que la séparation spatiale n’est pas le trait le plus profond de la réalité. Les particules intriquées se comportent comme si l’espace qui les sépare était, à un niveau fondamental, sans pertinence.
• 2
  Si la réalité physique est fondée dans une réalité plus profonde et non spatiale, un socle conscient lui-même atemporel et non spatial, alors les corrélations non locales deviennent attendues plutôt que paradoxales. Des particules qui paraissent séparées dans l’espace restent reliées parce qu’elles dépendent toutes d’une même source qui transcende la séparation spatiale, Celui qui les a créées et les maintient dans l’existence.
• 3
  Cela répond aussi au « problème difficile » de la conscience. Le philosophe David Chalmers a identifié le problème difficile : pourquoi un traitement physique donne-t-il lieu à une expérience subjective ? Si la conscience est fondamentale plutôt qu’émergente, si elle est le socle plutôt qu’un sous-produit, cet écart explicatif se dissipe.

Cette ligne de raisonnement a été développée par l’idéaliste analytique Bernardo Kastrup, par les travaux du philosophe Philip Goff sur le panpsychisme, et dans l’exploration par Chalmers et McQueen des interprétations où la conscience provoque la réduction. Elle fait écho au concept d’« ordre impliqué » de David Bohm, une totalité sous-jacente et indivise à partir de laquelle se déploie la séparation apparente des objets physiques.

Ce que cela signifie, et ce que cela ne signifie pas

Soyons clairs sur la portée de cet argument :

• ✓
  Cela signifie : le théorème de Bell et sa confirmation expérimentale révèlent que la réalité possède une structure qui n’est pas pleinement intelligible dans le cadre des présupposés matérialistes standards. Les connexions non locales sont réelles, validées par un prix Nobel, et philosophiquement significatives.
• ✓
  Cela signifie : un cadre dans lequel la conscience est fondamentale, plutôt qu’un sous-produit accidentel de la matière, rend ces connexions non locales plus intelligibles, et non moins.
• ✗
  Cela ne signifie pas : que la physique quantique « prouve » l’existence de Dieu. Il s’agit d’un argument philosophique sur la cohérence explicative, non d’une preuve scientifique. Toutes les interprétations quantiques prédisent les mêmes résultats expérimentaux ; la question est de savoir quelle image ontologique rend le mieux compte de ce que nous observons.
• ✗
  Cela ne signifie pas : que la conscience humaine crée la réalité physique. La proposition est qu’une conscience fondamentale, un Esprit conscient transcendant et existant par soi, a créé l’ordre physique et le maintient dans l’existence, non que votre cerveau pilote les expériences de physique quantique. C’est ce que la Bible dit du Christ : « toutes choses subsistent en lui » (Colossiens 1:17), et il soutient « toutes choses par sa parole puissante » (Hébreux 1:3).

Objections courantes