Schrödinger's unpublished hidden-variable model in the 1944-45 debate over the "Collapse of Determinism"

Pendant la majeure partie de l'histoire humaine, l'univers était imaginé comme une gigantesque et parfaite horlogerie. Si l'on connaissait la position et la vitesse exactes de chaque engrenage et de chaque ressort, on pourrait prédire l'avenir avec une certitude absolue. Cette idée, connue sous le nom de déterminisme, suggérait que le hasard n'était qu'un signe de notre manque d'informations. Si nous pouvions percevoir chaque minuscule détail d'un lancer de pièce — la force du pouce, la résistance de l'air, la rotation — nous saurions exactement si elle tomberait sur pile ou sur face. La pièce elle-même suivrait une règle stricte et inviolable.

Cette vision confortable de la réalité fut brisée au début du XXe siècle par la découverte de la mécanique quantique, la physique de l'infiniment petit. Dans ce monde étrange, la nature semblait opérer selon le pur hasard. Lorsqu'un scientifique mesure une particule, la théorie ne prédit que les probabilités de différents résultats, et non le résultat lui-même. Pendant des décennies, de nombreux physiciens ont cru que ce hasard était fondamental, signifiant que l'univers n'était pas une machine d'horlogerie mais un lieu où les événements se produisent réellement sans cause. Cependant, quelques penseurs se sont demandé si ce hasard n'était pas semblable au lancer de pièce : le signe qu'une théorie était incomplète et que des facteurs cachés et invisibles guidaient en réalité les particules. Un mathématicien célèbre affirma un jour avoir prouvé que de tels facteurs cachés étaient impossibles, faisant taire le débat pendant un certain temps. Mais au milieu des années 1940, la question ressurgit soudainement avec force, menant à un chapitre oublié de l'histoire des sciences où l'un des fondateurs du domaine prouva discrètement que la porte du déterminisme n'avait jamais été véritablement verrouillée.

Au milieu des années 1940, un débat animé éclata dans les pages de la revue scientifique Nature. Deux intervenants de renom avaient récemment soutenu que la mécanique quantique avait finalement infirmé l'ancienne idée d'un univers prévisible. Ils affirmaient que le comportement étrange de la lumière et des atomes ne pouvait être expliqué par aucune règle cachée ou variable secrète. L'un de ces intervenants, un physicien britannique nommé Edmund Taylor Whittaker, lança un défi spécifique. Il soutint que si l'on tentait d'expliquer pourquoi la lumière traverse un filtre selon certains angles à l'aide de variables cachées, les mathématiques ne fonctionneraient tout simplement pas. Il suggéra qu'une particule ne pouvait pas porter assez d'informations pour décider de son sort dans chaque situation possible. Cet argument, qui reposait sur une logique simple concernant le comportement de la lumière, convainquit beaucoup de gens que la recherche d'une explication déterministe cachée était terminée.

Entrez dans la scène : Erwin Schrödinger, l'un des pères fondateurs de la mécanique quantique. Tandis que le débat public faisait rage, Schrödinger travaillait discrètement sur une réponse. Il rédigea un manuscrit manuscrit, resté inédit et inconnu jusqu'à présent, dans lequel il répondait directement au défi de Whittaker. Dans ce document, Schrödinger accomplit quelque chose de remarquable : il construisit un modèle fonctionnel montrant que les variables cachées étaient bel et bien possibles. Il démontra que si l'on imagine un photon transportant un flux continu d'informations cachées, plutôt qu'un simple interrupteur oui-non, on peut reproduire parfaitement les étranges motifs statistiques de la mécanique quantique. Il montra que l'argument contre les variables cachées était erroné car il supposait que l'information cachée était trop simple pour gérer la complexité de l'expérience.

Le modèle de Schrödinger était une construction ingénieuse. Il imagina que chaque photon portait un nombre caché, tel un code secret, qui déterminait s'il passerait à travers un filtre ou s'il serait bloqué. Crucialement, ce nombre n'était pas un simple choix binaire, mais une valeur capable de changer de manière fluide. Lorsqu'un photon passait à travers un filtre, Schrödinger montra que ce nombre caché se mettait à jour de manière spécifique et régie par des règles, garantissant que la fois suivante où le photon rencontrerait un filtre, il se comporterait exactement comme la mécanique quantique le prédisait. Ce faisant, il prouva que l'on pouvait expliquer le comportement « aléatoire » de la lumière à l'aide de règles déterministes strictes. Le hasard apparent n'était pas une caractéristique de l'univers lui-même, mais le résultat de notre incapacité à voir ces nombres cachés.

Cependant, la partie la plus surprenante de la découverte de Schrödinger n'est pas le modèle lui-même, mais ce qu'il signifiait pour ses propres convictions. On pourrait supposer qu'en construisant un modèle déterministe, Schrödinger cherchait à sauver l'idée d'un univers d'horlogerie. Le papier révèle que ce n'était pas du tout le cas. Schrödinger était depuis longtemps un critique du déterminisme, croyant que la nature était fondamentalement statistique et imprévisible. Il considérait son nouveau modèle non pas comme une confession de foi en un univers prévisible, mais comme une « preuve de principe ». Il disait essentiellement à ses détracteurs : « Vous prétendez qu'il est logiquement impossible d'expliquer la mécanique quantique avec des variables cachées. Je viens de vous montrer que c'est possible. Par conséquent, votre affirmation d'impossibilité est fausse. » Il ne soutenait pas que l'univers est déterministe, mais seulement qu'il pourrait l'être, et qu'aucune preuve mathématique n'avait réussi à l'exclure.

Le manuscrit souligne également une leçon plus large sur la façon dont la science traite les idées d'impossibilité. Schrödinger nota que même les arguments mathématiques les plus rigoureux, comme celui qui avait fait taire le débat pendant une décennie, pouvaient être limités par la manière dont le problème était formulé. Il affirmait que les preuves expérimentales et la logique ne pourraient jamais prouver de manière définitive qu'une vision déterministe était impossible ; elles pourraient seulement montrer qu'elle était inconfortable ou qu'elle exigeait des hypothèses supplémentaires. Son travail servait de rappel que, en science, déclarer quelque chose d'impossible est un seuil très élevé à franchir.

Ce débat oublié finit par s'estomper, en partie parce que Schrödinger ne publia jamais ses conclusions. Il eut peut-être réalisé qu'un autre physicien avait déjà publié une solution similaire, bien que moins détaillée, ou peut-être sentit-il que son point de vue philosophique avait été exposé sans nécessiter de publication formelle. Il faudra attendre plusieurs années et le travail d'autres scientifiques avant que l'idée des variables cachées ne revienne de plein fouet dans le courant dominant. Aujourd'hui, nous savons que si les variables cachées locales ne peuvent expliquer tous les phénomènes quantiques, l'histoire du manuscrit de Schrödinger de 1944-1945 reste un aperçu fascinant d'un moment où les géants de la physique luttaient encore contre la nature même de la réalité. Cela montre que même les esprits les plus sceptiques étaient prêts à tester les limites de ce qui était considéré comme impossible, non pas pour changer d'avis, mais pour s'assurer que les règles du jeu étaient réellement comprises.