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La régularité

 | 
Christiane Chauviré
, 
Albert Ogien

Approches du savoir-faire

Savoir-faire et principe de contextualité en physique

Skills and Contextuality in Physics

Bahram Djenab

Résumé

Le principe de contextualité établi par la physique quantique interdit de tracer une ligne de séparation nette entre le sujet et l’objet de l’expérience en physique. Dans notre approche, ce sont les savoir-faire du laboratoire qui expriment le mode d’intervention du sujet expérimentateur dans son contexte et à l’égard de son objet. Nous envisageons le processus de mesure en physique comme une dimension de ce savoir-faire, non formalisable (comme une loi physique) mais possédant une structure dont les effets sont non négligeables dans la recherche en micro-physique. Nous suggérons que la dépendance de l’objet à son mode d’observation et de mesure n’exprime aucun rapport à la « subjectivité » du savant, mais plutôt une certaine intervention de son corps (corps-sujet) dans le laboratoire, dans le cadre d’une action spécifique qui se manifeste par l’exercice d’un savoir pratique et tacite.

Texte intégral

1Dans l’épistémologie classique de la physique, le rôle et le statut du savoir-faire a rarement retenu l’attention. On n’accordait qu’une importance secondaire à la pratique expérimentale, que ce soit dans l’étude de la genèse d’une théorie ou dans l’analyse de ses applications. L’expérimentation était tantôt conçue comme un échafaudage qu’on enlève une fois le travail accompli, tantôt comme un simple moyen de corroboration ou comme une ouverture vers un horizon de développement technologique.

  • 1 Dans la physique théorique, on considère un fait ou un résultat de mesure en faisant abstraction de (...)

2Mais cette conception provenait de la physique classique elle-même qui adoptait deux présupposés fondamentaux : la légitimité d’une causalité exacte ; la prise en compte des faits indépendamment de leur mode d’observation au laboratoire (objet purement théorique)1.

3À travers une étude sur le savoir-faire et sur les opérations de mesure dans la physique quantique, nous souhaitons montrer comment ces présupposés ont été remis en cause, et qu’elles en ont été les conséquences pour la représentation des objets et pour la compréhension du réel en physique.

La structure du savoir-faire

4Dans un premier temps, on définira le savoir-faire en spécifiant sa différence avec les connaissances théoriques, partant du constat qu’il échappe à toute tentative de réduction formelle.

5Kant introduit une première distinction au paragraphe 43 de la Critique de la faculté de juger :

L’art en tant qu’habileté humaine est également distinct de la science (le savoir-faire est distinct du savoir), comme une faculté pratique est distincte d’une faculté théorique, comme la technique de la théorie (de même l’arpentage de la géométrie). C’est pourquoi on ne qualifiera pas d’art ce que l’on est en mesure de faire dès lors qu’on sait ce qui doit être accompli […] Ce pour l’exécution de quoi nous manquons de l’habileté immédiate, bien qu’on en ait la connaissance la plus complète, cela seul, s’appelle art. Peter Camper décrit très exactement comment devrait être faite la meilleure chaussure, mais il était certainement incapable d’en faire une. (Kant, 1985, p. 1085)

6Kant ajoute la note suivante :

Dans ma région, l’homme du commun à qui l’on soumet un problème comme celui de l’œuf de Colomb dira : « Il n’y a là aucune habileté particulière, mais seulement un truc. » Autrement dit, si on en a le savoir, on en a le savoir-faire. Et c’est ce qu’il dira de tous les prétendus arts du prestidigitateur. En revanche, il ne refusera pas d’appeler art les tours du funambule. (Ibid.)

7Cette définition met l’accent sur l’impossibilité de décrire en termes purement langagiers les savoirs pratiques. Remarquons en passant que, pour Kant, un savoir-faire n’est pas véritablement un savoir (c’est une technique), puisque dans le cadre de l’épistémè classique de la science moderne (auquel Kant adhère en suivant Galilée et Newton), un savoir se définit uniquement sur un plan conceptuel et se détache de son contexte d’application (il est dé-contextualisé).

8Plus proche de nous, l’étude d’Hubert Dreyfus (1992, p. 352) sur la connaissance de l’expert a permis de mieux saisir la spécificité de ce type de savoir qui intègre des aspects « situationnels » et qui, pour cette raison même, échappe à une réduction langagière. De façon générale, l’auteur distingue cinq stades d’apprentissage : le novice, le débutant avancé, le compétent (la compétence), le maître (la maîtrise), et l’expert. Au stade de la compétence, prenant l’exemple de l’automobiliste, il montre que le conducteur se réfère aussi bien à des facteurs objectifs et non situationnels (vitesse du véhicule, position d’un obstacle prévu) qu’à des éléments situationnels comme le bruit du moteur, ou les comportements différents des conducteurs :

Il apprend à distinguer le comportement du conducteur distrait ou ivre de celui du conducteur impatient mais vigilant. Pour apprendre à faire de telles distinctions, aucune suite de mots, si longue qu’elle puisse être, ne peut offrir l’équivalent de quelques exemples bien choisis. Les bruits de moteur ne peuvent pas être correctement saisis par le langage, et aucune liste d’informations objectives portant sur tel ou tel piéton ne permet de prédire comment il se comportera dans un passage clouté. (Ibid., p. 358)

9C’est au stade final que le caractère situationnel du savoir-faire se rend le plus manifeste. Pour un expert, le nombre de cas et de situations à sélectionner devient impressionnant, ce qui fait que – contrairement à l’exécutant accompli – il n’a pas le temps de délibérer. Il obtient toutefois des résultats plus probants que dans les stades précédents. Dreyfus donne l’exemple du maître d’échecs :

Un excellent joueur peut jouer au rythme de 5 à 10 secondes sans que son jeu en souffre sensiblement. À une vitesse pareille, il ne peut que s’en remettre presque entièrement à l’intuition et à peine à l’analyse et à la compréhension des voies possibles. (Ibid.)

10L’étude finale de Dreyfus sur la compétence d’un expert débouche sur une conclusion tranchée et, pourrait-on dire, sans concession : l’expert n’applique pas de règles. « Si l’on demande des règles à un expert, on le force en fait à régresser au niveau d’un débutant et à énoncer des règles dont il se souvient encore, mais qu’il n’utilise plus. » (Ibid., p. 367).

11Ainsi, le savoir-faire conçu comme une ingéniosité en acte n’a pas de règles, mais il possède néanmoins une structure (comme un agencement d’actes). C’est ce qu’a montré Michael Polanyi (1962, p. 49-65) dans son analyse des skills et dans sa réflexion sur les connaissances tacites et le personal knowledge.

12Prenons l’exemple d’une sonde qui explore l’intérieur d’une cavité. Au départ, nous avons des sensations quelconques sur la main qui tient la sonde, elles sont à ce stade vécues en « elles-mêmes ». Mais par la suite, un changement structurel se produit. Une fois que nous arrivons à distinguer une forme dans la cavité (ou la forme même de la cavité), nous prenons conscience de ces sensations dans les termes du résultat opérationnel visé, c’est-à-dire dans les termes de l’objet touché par la sonde. Nous disons alors que nous avons un vécu subsidiaire des sensations dans la main, elles sont saisies en fonction de la conscience focale de l’action de la sonde à l’intérieur de la cavité. On pourrait dire la même chose de la sonde elle-même qui, dans cette opération, perd son statut d’objet indépendant ; elle ne devient qu’un particulier qui se fond dans le tout de l’opération. Pour les opérations de mesure en physique, cette situation se traduit par la perte d’identité de l’instrument dans le processus de mesure.

13Dans le vocabulaire de Polanyi, les indices ou les parties saisis d’une manière subsidiaire forment le terme proximal du savoir-faire, duquel nous partons pour réaliser son terme distal (ou focal).

14Il s’agit donc d’une intégration des particuliers dans un tout, dirigé vers le foyer (terme focal) de l’opération technique. Ainsi, d’après Polanyi, le savoir-faire possède une structure orientée « from-to » : dans sa mise en œuvre, il se dirige du terme proximal (les particuliers) vers le terme focal. Polanyi désigne cette structure comme l’aspect fonctionnel de la connaissance tacite en général.

15On peut décrire par un autre biais cette forme indivisible des savoirs pratiques et leur irréductibilité aux structures symboliques. La « conscience subsidiaire », i.e. l’attention dirigée vers les particuliers indépendamment de leur intégration dans l’action, et la « conscience focale » sont mutuellement exclusives. Si un pianiste détourne son attention de la pièce qu’il joue pour observer ce qu’il fait lorsque ses doigts touchent le clavier, il devient confus et inopérant, il sera finalement obligé de s’arrêter. La conscience tournée vers la pièce qu’il joue et l’attention au mouvement des doigts s’excluent mutuellement. Le même phénomène se produit pour la parole. Si, au lieu de nous focaliser sur la signification des phrases que nous construisons et que nous énonçons, nous tournons notre attention vers les mots constitutifs de ces phrases et les règles du langage, nous ne pourrons continuer de parler et nous devrons à terme cesser de nous exprimer (la parole est aussi construite sur la base d’un savoir-faire). Pour représenter un objet symboliquement ou formellement, il faut pouvoir l’analyser en fonction de ses éléments et le reconstruire à partir de ces éléments ; or c’est justement ce qu’interdit le caractère d’exclusion réciproque des pôles de la structure from–to.

  • 2 En d’autres termes, lors des mesures physiques, on observe en général une fluctuation (plus ou moin (...)

16On retrouve ces mêmes caractéristiques dans les opérations de mesure en physique. Procéder à une mesure avec un instrument approprié exige des connaissances pratiques, en particulier un savoir-faire acquis dans le contexte du laboratoire, indépendamment du corpus théorique. Quand un expérimentateur agit sur son instrument pour obtenir un résultat de mesure, il effectue une opération qui s’oriente vers un but. Dans sa structure, cette pratique n’est pas différente de celle réalisée dans l’exploration d’une cavité avec une canne ou dans l’exécution d’une pièce au piano. L’expérimentateur agit sur les différentes parties de son appareil pour l’ajuster, pour le régler vers l’objectif recherché. Ces actions s’agencent dans l’ensemble d’une pratique expérimentale : ce sont des particuliers (termes subsidiaires) qui s’intègrent dans le tout d’une opération orientée. Le processus de mesure est indécomposable dans son ensemble et son résultat a toujours un caractère imprévisible dans un cadre délimité2. Autrement dit, dans le contexte expérimental, la connaissance est toujours approximative, les données se distribuent suivant des formes statistiques. Cette forme de distribution des résultats a une signification plus importante en physique : elle exprime un écart vis-à-vis d’une causalité exacte et individuelle.

Le problème du déterminisme dans la physique classique

17Dans son étude sur l’histoire de l’idée de déterminisme, Alexandre Kojève (1990) nous montre que la causalité au sens strict du terme, c’est-à-dire la causalité exacte et individuelle, constituait une idée programmatique pour la physique classique, qui n’arrivait jamais à l’atteindre.

18Le principe du déterminisme causal exact peut être formulé objectivement : « mêmes causes – mêmes effets ». Or, le problème est de trouver des causes qui soient exactement identiques. Il faut qu’il y ait des phénomènes identiques subissant les mêmes influences extérieures. L’idée d’un tel monde n’est ni nécessaire ni impossible, mais rien ne nous dit qu’elle correspond à la réalité. Seule l’expérience peut l’indiquer. Or, l’expérience des physiciens était toujours approchée. Ils concédaient que la causalité n’était qu’approchée : des causes « semblables » donnent des effets « semblables ». « Semblable » signifie ici que le physicien appliquait le principe causal à des entités approximativement identiques (entités discernables). Sur le plan théorique, la physique classique supposait que l’idéal de l’expérience exacte est toujours expérimentalement approchable (en affinant les instruments de mesure), et donc que le déterminisme causal exact avait au moins la valeur limite d’une idée régulatrice.

19Venons-en au principe du déterminisme statistique qui s’appliquait en particulier dans le champ de la physique expérimentale. Ce principe signifie qu’il existe des lois déterministes qui s’appliquent seulement aux grands nombres, c’est-à-dire à un grand nombre d’événements. Ce principe est applicable lorsque l’expérience débouche sur plusieurs possibilités (comme par exemple le jeu de cartes), et que le calcul sur un grand nombre d’expériences nous donne des valeurs limites constantes pour chacune des éventualités.

20Dans la réalité de l’application d’une théorie, par exemple pour vérifier une courbe théorique (une équation différentielle continue), le physicien obtient toujours une répartition – dispersion délimitée – des résultats de mesure. Comme le précisait Kojève (1990, p. 112),

Ce n’est pas seulement la physique proprement statistique qui postule et vérifie l’existence d’une structure statistique. On peut dire que toute la physique expérimentale en fait autant. Et voici pourquoi. Quand on mesure dans les mêmes conditions plusieurs fois de suite une même grandeur physique, on obtient en général des résultats (légèrement) différents (on n’obtient des résultats apparemment « identiques » qu’en employant des méthodes très grossières). Mais quand il s’agit de déterminer la valeur d’une grandeur objective ou de vérifier expérimentalement une loi théorique, ce n’est pas à un quelconque de ces différents résultats que le physicien se rapporte. Il utilise l’ensemble des valeurs obtenues, calcule en employant des méthodes déterminées (méthodes de Gauss, etc.) une « valeur moyenne » (qui peut différer de toutes les valeurs effectivement obtenues), et il considère cette dernière comme la valeur approximative de la grandeur objective mesurée et c’est elle qu’il compare avec la valeur théorique.

21Ainsi, au moyen de méthodes de correction probabiliste, un compromis était établi entre une théorie construite à partir des principes de continuité et de causalité et les dispersions statistiques des résultats de mesure observées dans le laboratoire. De cette manière, on pouvait – théoriquement – faire abstraction de l’arrière-plan contextuel dans la définition de l’objet. Notons que les dispersions en question étaient souvent considérées comme des « erreurs ». Mais l’avènement de la physique quantique a contraint les physiciens à abandonner leur idéal de causalité (exacte) ainsi que cette stabilité transitoire et les a conduits à repenser le rapport entre la théorie et le contexte expérimental.

La révolution quantique et le problème de la mesure

22Dans l’histoire de la théorie quantique, on distingue généralement deux étapes, la première théorie quantique (old quantum theory) et la mécanique quantique proprement dite. Dans la première période, qui commence avec les travaux de Max Planck, on a pu regrouper les découvertes, construire des modèles phénoménologiques (par exemple l’atome de Bohr), et les relier par des « principes de correspondance » à la physique classique. Ces découvertes ont surtout mis en évidence la faillite du principe de causalité appliqué à l’individu physique. Des causes identiques produisent des effets différents.

23Donnons un exemple. Dans le problème de l’échange d’énergie entre la matière et le rayonnement, étudié par Planck, l’énergie d’un rayonnement de fréquence Vo ne peut être émise ou absorbée que par un oscillateur matériel (hypothétique) qui a la même fréquence Vo et l’énergie E échangée est toujours égale à un multiple entier du quantum d’énergie ξ = h νo (Ε = η ξ = n .hνo). Sous cette forme, se manifeste déjà une rupture avec le postulat de la continuité de toutes les actions et transformations physiques. En outre, le comportement des oscillateurs n’est pas conforme au principe du déterminisme causal approché. En effet, en soumettant un oscillateur de fréquence νo à l’action d’une radiation de même fréquence νo, on peut constater que l’énergie de l’oscillateur a augmenté de ξ = h νo, mais en employant une radiation de fréquence légèrement différente, ν = νo ± Δν, on n’obtiendra aucun résultat ; on peut donc constater que des causes extrêmement semblables et discernables, même à l’échelle microscopique (on peut supposer Δν très petit), ont des effets nettement différents.

Les inégalités de Heisenberg

24La deuxième grande période d’élaboration de la théorie quantique a surtout été marquée par la publication en 1927 du mémoire de Werner Heisenberg, contenant l’énoncé de ses fameuses relations d’« incertitude ». Comparé aux lois de la physique classique (et même relativiste), ce nouveau principe avait un caractère singulier. Pour la première fois, il ne s’agissait pas d’une loi concernant une réalité ou un objet (un système) « en soi », mais au contraire une limitation réciproque dans la mesure des grandeurs caractéristiques d’une entité physique, ce qui remettait en cause le principe d’une causalité exacte et individuelle. Cette place accordée au rôle de la mesure et de ses contraintes quant à la définition de l’objet et des grandeurs physiques a constitué l’apport le plus original de la physique quantique et a soulevé de sérieux débats à l’époque.

25Heisenberg montrait qu’en partant de certaines lois de la théorie quantique on pouvait conclure qu’il était impossible, même en principe, de mesurer simultanément avec une précision absolue deux variables canoniques conjuguées, comme par exemple une coordonnée spatiale et le « moment » correspondant (q = x, et p = m vx, ou le temps et l’énergie, etc.). Dès que la précision de la mesure d’une des grandeurs conjuguées augmente, la précision de la mesure de l’autre diminue. D’une manière générale, Heisenberg démontrait la proposition suivante : si Δq est la dispersion de la mesure pour la grandeur q, et Δρ la dispersion (et non l’erreur) de la mesure de la grandeur canoniquement conjuguée, le produit Δq.Δp n’est jamais inférieur à h : Δq.Δp ≥ h.

26La première conséquence de ce principe général consistait à écarter définitivement le principe du déterminisme exact ; on a pu comprendre qu’il était expérimentalement invérifiable. Dans la conception « classique » de la physique (dominante jusqu’au début du xxe siècle), on affirmait qu’il est en principe possible de prévoir exactement l’état d’un individu physique à un instant t, quand on connaît exactement son état à un instant to et les lois du mouvement. Mais pour pouvoir déterminer l’état d’une entité physique, afin de prédire son état dans le futur, il faut reconnaître exactement la valeur d’au moins deux grandeurs canoniques conjuguées (mesurées simultanément pour qu’elles représentent le même état), par exemple la position et la vitesse. Or, c’est justement ce qu’interdit l’inégalité de Heisenberg : si l’on veut connaître précisément la position, on aura alors une grande dispersion sur la mesure de la quantité de mouvement et vice versa. On en déduit que, dans le contexte expérimental de la physique atomique, il est en principe impossible de faire des prévisions physiques exactes. Autrement dit, même en supposant que l’on peut augmenter la précision des mesures à l’infini, on ne peut espérer appliquer un déterminisme causal exact à la mesure de l’état d’un individu physique. Encore plus grave, les inégalités de Heisenberg engendrent un problème de référence et une crise du réalisme en physique. À strictement parler, la physique (classique) ne peut plus déterminer des individus et les représenter dans son langage. D’où un problème de représentation et d’objectivité sur lequel nous reviendrons plus loin.

Le phénomène quantique et la signification de la mesure en physique

27En 1928, Niels Bohr proposait une interprétation plus épistémologique des relations de Heisenberg. D’après Bohr, ces phénomènes d’imprécision sont l’expression d’un principe plus général selon lequel aucune observation physique n’est possible sans que l’état du système observé ne soit modifié par le fait même de l’observation.

28Historiquement, cette formulation de Bohr a produit un changement d’optique dans la conception du rapport entre l’objet théorique et le contexte expérimental ; mais elle comportait une ambiguïté essentielle dans la mesure où elle réintroduisait subrepticement le principe de causalité de la physique classique.

29Commençons par l’analyse de ce point de vue de Bohr, reconnu comme le fondateur de l’école de Copenhague (avec Heisenberg). Nous suivrons encore la lecture de Kojève qui exposait clairement les conceptions de cette époque, puis nous étudierons ses limitations et ses inconséquences.

30Les physiciens ont toujours pensé que les expériences qu’ils faisaient pour déterminer l’état d’une entité physique modifiaient en général cet état. Par exemple, on pouvait montrer que le thermomètre changeait la température de l’eau à mesurer. Les expérimentateurs imaginaient donc diverses astuces pour atténuer les perturbations produites par les instruments de mesure. Mais, dans la mesure où la physique classique se référait à des objets macroscopiques et pensait que les perturbations pouvaient être « théoriquement » négligées (par des méthodes d’extrapolation, etc.), on sous-estimait donc la réalité du contexte expérimental. Dans le cadre de la physique microscopique, ces perturbations ne pouvaient plus être négligées (on ne pouvait plus s’en sortir par des méthodes de valeur moyenne) et l’énoncé suivant lequel « l’observation modifie l’observé » prenait une signification théorique déterminante.

  • 3 Comme Michel Bitbol (1996. p. 273) le note : « Quelle que soit la précision que l’on pourra atteind (...)

31Nous avons vu que le principe de Heisenberg consistait à établir les limites de l’imprécision minima intrinsèque à toute observation de l’état momentané d’une entité physique – l’imprécision signifie ici la non-précision sur la prévision d’une valeur, et non pas l’imprécision de la valeur elle-même3. Cette imprécision rend en principe impossibles les prévisions exactes des grandeurs canoniques conjuguées, ce qui écarte toute vérification du principe classique de causalité.

32Dans l’interprétation épistémologique de Niels Bohr, ce principe se traduit par le concept d’« indivisibilité du phénomène quantique ». Bohr entendait par là qu’en physique atomique il était devenu impossible de tracer une ligne nette entre l’objet et l’appareil de mesure, ce qui correspondait selon lui à une inséparabilité entre le système observé et le système observant.

33Il y a certes une part importante de vérité dans cette idée selon laquelle on ne peut pas (rigoureusement) distinguer le système d’observation et l’objet à connaître, on n’arrivera pas à les définir séparément. Mais la justification proposée par Bohr, à savoir que ce trait essentiel s’explique par l’idée d’une perturbation produite par l’instrument sur l’objet mesuré, pose un problème.

34Selon Bohr, le physicien a toujours affaire non pas à un système unique, tel qu’il serait « en soi », mais à un ensemble formé de deux systèmes, distincts mais inséparables : le système observant et le système observé. Par exemple, quand le physicien étudie la position et la vitesse d’un électron, ce n’est pas seulement à l’électron lui-même qu’il a affaire, mais aussi à la lumière qui permet de l’observer (et qui peut le perturber), au microscope avec lequel on l’observe, à l’œil de l’observateur, etc. La limite de séparation entre les deux systèmes dépend de la décision du physicien. Il peut considérer comme système observé l’électron tout seul, ou l’électron plus la lumière, ou y ajouter le microscope, et ainsi de suite… Il peut même remplacer l’œil par une plaque photographique et l’introduire aussi dans le système observé, sans pour autant arriver à supprimer l’observateur. Pour pouvoir observer le résultat sur la plaque, il faut de nouveau introduire un instrument de mesure, avec un œil derrière lui, etc. Il y a donc toujours, selon cette interprétation, deux systèmes distincts et inséparables.

35C’est également dans cette optique que Heisenberg avait présenté une preuve « classiciste » de ses relations de dispersion. Dans son expérience imaginaire, lorsqu’on effectue des mesures de position q d’un électron avec un microscope, on envoie un photon à sa rencontre, le retour du photon est ensuite capté par l’enregistreur. Mais le choc entre le photon et l’électron va modifier le mouvement de ce dernier, ce qui produira fatalement une imprécision sur la mesure de la quantité du mouvement p. Ainsi, d’après Heisenberg, qui s’appuie sur des représentations corpusculaires et réalistes des objets physiques, c’est la perturbation (incontrôlable) provoquée par l’instrument sur l’objet qui est à l’origine des dispersions des mesures, et de l’incompatibilité dans la détermination des variables conjuguées. Cependant, ce type d’explication se heurte à l’une des conséquences majeures des relations de dispersion.

36En effet, les inégalités de Heisenberg posent un problème de référence et d’ontologie pour la théorie physique. La position réaliste devient problématique. L’école de Copenhague avait déjà soulevé la question, mais ne l’avait pas approfondie jusqu’à ses dernières implications. La conception de Bohr sur l’inséparabilité entre le système observant et le système observé l’avait bien amené à cette conclusion que, dans la physique, le savant ne se trouvait pas face à un monde en soi, et que la science ne « découvre » pas les propriétés d’une réalité intrinsèque.

37Regardons de plus près le rapport entre le principe de Heisenberg et la question de l’identité des individus (ou systèmes) en physique. On a vu que si l’on procède à une mesure précise de la grandeur q sur une certaine entité, on obtient une dispersion importante pour la mesure de p. Dans le registre de l’expérimentation, cette contrainte se traduit par une incompatibilité dans la mesure de ces grandeurs ; les arrangements instrumentaux nécessaires pour la mesure de ces variables s’excluent mutuellement. Or, un individu ou un système physique était classiquement défini par le couple (p, q). Cette incompatibilité des contextes instrumentaux implique que ces grandeurs ne doivent plus être associées pour définir une entité (leur association est purement conventionnelle). En d’autres termes, rien ne nous dit qu’après une mesure de q, la mesure de p se réfère au même état physique, ou au même individu (on verra plus loin un exemple de ce type de conflit contextuel).

38Ainsi, lorsque la notion même d’entité individuelle perd sa raison d’être, il n’y a plus aucune raison (sauf pour des nécessités pragmatiques) d’accorder à une grandeur mesurée la qualité d’attribut d’un quelconque substrat (ou chose). La référence du langage scientifique à une réalité conçue comme une entité est rompue et la physique se trouve face à un problème de métaphysique.

39Pour ce qui est de la mesure en physique, elle ne correspond plus à une observation au sens strict (de quelque chose) : la nouvelle signification de la mesure se retrouve dans un processus où l’on provoque l’observation (« observation provoquée », d’après Bitbol) qui détecte des données dans une pure présentation ; autrement dit, le résultat de la mesure n’a pas de correspondant dans le réel.

40Dans ces conditions, il n’est plus justifié d’imaginer un système observé opposé à un système observant, pour évoquer ensuite une relation d’inséparabilité mutuelle, ou de perturbation du premier par le second. Le concept de « non-séparabilité » de Bohr ne possède qu’une vertu introductive au problème de la description en physique quantique. Par contre, la notion d’indivisibilité (ainsi que l’irréversibilité) résiste à l’analyse critique. Il faudrait plutôt comprendre le concept de non-séparabilité dans le sens d’une négativité : avant l’acte de mesure, il est pertinent de distinguer entre un instrument de mesure et une réalité extérieure, tandis que lors de l’opération de mesure, toute séparation ou division entre le couple observé-observant devient impossible. L’acte de mesure s’identifie à un processus indivisible, irréversible et orienté, où tout retour vers l’état initial est condamné.

41En conséquence, comme on le verra plus loin du point de vue théorique, tout effort d’explication des inégalités de Heisenberg à partir des schémas de perturbation (quantum d’action h échangé selon Bohr dans l’interaction entre le couple) devient futile et inopérant.

La contextualité première en physique quantique

42Dans l’interprétation récente de la mécanique quantique proposée par Michel Bitbol, reposant sur la reconstruction formelle de Dirac (post-Copenhague), la théorie quantique se construit par une « contextualité première ». Pour comprendre la démarche de cette nouvelle physique qui a élaboré, pour la première fois, un langage contextuel ou plutôt méta-contextuel, il importe de s’expliquer davantage sur le sens de la contextualité d’un fait.

43L’exemple le plus représentatif du phénomène quantique est donné dans l’expérience des fentes de Young. Les schémas d’expérience sont reproduits suivant la présentation de Roger Penrose (1992). Dans la figure 1, une source de lumière envoie un faisceau sur deux fentes ouvertes d’une surface, l’impact de la lumière est observé sur un écran derrière la surface.

Fig. 1. Expérience des deux fentes de Young, en lumière monochromatique. Source : R. Penrose, L’esprit, l’ordinateur et les lois de la physique, Paris, InterEditions, 1992, p. 249.

44Si on laisse une des fentes ouverte (on ferme l’autre – figure 2), on trouve une distribution à caractère aléatoire et discret (une diffraction) ; ce qui laisse penser que la lumière est constituée des photons qui se répartissent aléatoirement à la sortie de la fente. Par contre, si on ouvre les deux fentes, ou trouve une distribution à caractère ondulatoire (franges d’interférence), ce qui conduit maintenant à penser que la lumière est (dans ce contexte de mesure) une onde qui passe par les deux fentes, et qui engendre normalement une figure d’interférence (figure 3). Donc chaque résultat de mesure dépend de son contexte de détection.

Fig. 2. Distribution discrète (points d’impact séparés) de l’intensité observée lorsqu’une seule des fentes est ouverte. Source : ibid., p. 250.

Fig. 3. Distribution à caractère ondulatoire de l’intensité observée lorsque les deux fentes sont ouvertes. Source : ibid., p. 250.

45Dans la reconstruction globale proposée par Bitbol, les différents cas de figure et le langage contextuel qui leur correspond sont exposés (figure 4). Dans les cas a et b, on trouve une figure de diffraction, que l’on a interprétée comme étant l’impact des particules. Dans le cas c, on trouve une figure d’interférence correspondant apparemment à une superposition de deux ondes. Mais à regarder de plus près, on se rend compte qu’il s’agit en ce cas aussi d’une distribution d’impacts discrets sur l’écran. Dans le cas d on retrouve une figure de diffraction

Fig. 4. Source : M. Bitbol, Mécanique quantique, Paris, Flammarion, 1997, p. 63.

46À chacune de ces expériences on associe un langage expérimental dont l’énoncé sera du type LA : le détecteur (1) est activé et un impact s’est produit sur l’écran au point « x ± Δx », etc.

47Si chaque observation (ou un fait de l’expérience) peut se définir par rapport à son contexte, on ne peut pas parler d’une interférence en c indépendante de notre observation, car si l’on place des détecteurs devant les deux fentes, la figure change.

  • 4 Remarque : ce type de présentation a certes un grand intérêt pédagogique, et il est bien adapté pou (...)

48De façon générale, on constate une disjonction des contextes expérimentaux (et des langages contextuels) : chaque fait dépend d’un type de préparation expérimentale, et on obtient, pour chaque préparation (dans l’acte de mesure), une distribution différente des impacts sur l’écran4.

49Dans les expériences de la physique atomique, on constate ainsi comment les contextes expérimentaux nécessaires pour la mesure de p et q s’excluent mutuellement. En partant de cette situation de disjonction de contextes, on a pu construire un langage méta-contextuel qui les regroupe suivant une logique non booléenne, et qui permet d’élaborer un formalisme mathématique approprié.

Le vecteur d’état et le formalisme prédictif

  • 5 Il s’agit des deux variables canoniques conjuguées qui définissent l’état d’un système en physique, (...)

50En physique atomique, les résultats d’expérience se présentent, comme dans la physique expérimentale classique, sous une forme statistique ; mais dans ce cas, la disjonction des contextes expérimentaux des variables d’état5 a contraint les physiciens à élaborer un nouvel objet théorique (le vecteur d’état) apte à exprimer au mieux la contextualité des faits (tout recours aux méthodes de correction de mesure et de calcul des valeurs moyennes n’étant plus pensable). Comme Bitbol (1996, p. 160) l’ajustement résumé,

Le vecteur d’état répond en définitive à ce qu’on attendait d’un outil probabiliste adapté à la prédiction de faits définis contextuellement, comme ceux dont doit rendre compte la mécanique quantique. Il constitue une entité mathématique universelle et invariante apte à fournir des informations probabilistes sur les résultats de n’importe quelle expérience qui pourrait être effectuée dans le futur d’une préparation, et non pas sur une gamme pré-donnée d’événements.

51Tout l’outillage conceptuel de la théorie est construit pour opérer sur les données statistiques, considérées comme des résultats de mesure. Il ne s’agit plus d’une forme conceptuelle pure à laquelle il faut toujours réduire les résultats d’expérience.

52Jusque-là, il n’y a rien de proprement quantique, pas de discontinuité faisant intervenir le quantum d’action h, etc. Tout change à partir du moment où l’on associe ce formalisme aux inégalités de Heisenberg. Celles-ci acquièrent alors le statut de principe premier dans la physique quantique, exprimant la « contextualité première » comme un fondement du dispositif conceptuel. C’est à partir de cette étape que l’équation déterministe de Schrödinger peut s’appliquer aux vecteurs d’état.

53Dans la mécanique quantique de Heisenberg, on représente les grandeurs physiques par des observables, qui ont une forme matricielle, les valeurs propres correspondant aux résultats de mesure. Dans la thèse de Dirac, on part d’une expression des relations de Heisenberg en termes de non-commutativité des observables, et à partir de cette algèbre, on déduit toutes les autres idées fondatrices de la théorie quantique, en particulier les schèmes de quantification (saut quantique, etc.). Ce qui montre que, même sur le plan de l’expression théorique, ce n’est pas le fait de voir telle ou telle discontinuité qui est fondamental : la contextualité prime sur les faits d’observation ; il y a « non-séparabilité » au sens d’une dépendance exclusive de deux contextes d’observation. Avec ce nouveau principe, on dépasse les considérations du type « interaction entre l’appareil et le système » et les ambiguïtés inhérentes au concept de perturbation de l’objet par l’instrument.

La situation cognitive en physique quantique

54Notre thèse est que la physique quantique est construite dans l’interface de deux processus cognitifs : les règles prédictives probabilistes, qui définissent un cadre conceptuel, et l’opération de mesure dont le résultat est imprévisible, et dont l’effectuation est non représentable et non objectivable. Ces deux processus sont des réalités de l’expérience du sujet (expérimentateur) au laboratoire. Pour mieux expliciter cette expérience, nous suivrons l’exposé minutieux de la physicienne Mioara Mugur-Schächter (1997), qui a bien éclairci cette tension constitutive de la physique quantique. Selon cet auteur, la mécanique quantique étudie à la base des « états de micro-systèmes » (i.e. des micro-états), entités dont on affirme l’existence mais qui ne sont pas perceptibles par l’homme. Pourtant la théorie arrive à les qualifier avec une précision étonnante. Comment procède-t-elle ? La description du micro-état s’effectue, suivant l’auteur, en deux étapes : une étape d’investigation expérimentale (génération des résultats de mesure) ; une étape d’expression des résultats expérimentaux en termes d’algorithmes prévisionnels.

La génération des données

55Dans la description de ses objets, la physique quantique a dû admettre l’idée que l’« état physique » étudié ne préexiste pas à l’opération de mesure ; cet état est engendré à la suite de cette opération ; vient ensuite la phase de la description.

56Le premier pas consiste à essayer de fixer le micro-état pour l’étudier : on y arrive en le créant (au sens où un processus d’interaction fait émerger un phénomène). Pour connaître ces entités imperceptibles que sont les micro-états, on doit mettre en place des objets macroscopiques – des appareils – qui soient aptes à développer, à partir d’« interactions » (l’auteur utilise ce terme problématique dans un sens heuristique) avec ces états présupposés, des marques perceptibles pour nous. Mais ces marques, en soi, ne sont pas suffisantes pour pouvoir décrire un objet ; pour cela il est nécessaire de construire un ordre symbolique.

57Il y aurait donc deux phases dans la description de l’objet quantique : on fabrique d’abord le micro-état, on le décrit ensuite. « On est en général obligé de scinder tout processus de description d’un micro-état en deux actions cognitives indépendantes, une première action de création de cet état, et une opération subséquente de qualification de l’état créé. » (Ibid., p. 175).

58Il faut noter que l’on ne se trouve plus dans la situation classique des démarches cognitives, souvent décrites par les épistémologues, où l’on fait des mesures via des procédures et des schèmes techniques (des pré-concepts), et où l’on intègre ensuite les données dans des concepts plus élaborés, en oubliant la phase de la mesure. Dans la situation expérimentale de la physique quantique, les deux phases sont inséparables mais sont dans une « relation de discontinuité » : la première est une opération non conceptuelle, la seconde relève d’une application d’algorithmes. La tâche consiste à essayer de mieux comprendre les processus en question et leur rapport.

59Revenons à l’étude détaillée que fait notre auteur de la phase de création d’états. Tout d’abord on effectue une « opération de préparation d’état ». Dans le langage des physiciens quantiques, la préparation renvoie aux manipulations des dispositifs de mesure et aux mesures préliminaires qui permettent de se placer dans la zone sensible recherchée, etc.

60On pose ensuite que cette opération de préparation produit un micro-état « correspondant », qui est justement l’objet d’étude de la description. On le note par la lettre Ψ (vecteur d’état), et l’opération de préparation par PΨ. Le symbole Ψ n’est rien d’autre qu’un étiquetage, comme le souligne Mugur-Schächter ; il ne pointe vers aucune réalité, il a un statut « purement factuel ».

61De façon générale, comment agit-on pour étudier un objet inconnu et imperceptible ? « On le change pour en tirer une qualification perceptible. » Mais une qualification n’a pas de sens dans l’absolu, elle renvoie à un point de vue ; pour la physique, elle est relative à une grandeur, comme le poids, la couleur, la forme, etc. Soit la couleur : ce mot n’indique aucune qualification, il est considéré comme « une dimension ou un récipient sémantique » (ibid., p. 176), où l’on peut ranger ses qualifications (rouge, noire, verte, etc.), ou les valeurs de son spectre. On notera par la lettre C la dimension sémantique générale de la couleur et par Cj ses manifestations particulières (j = 1, 2, …n).

62Mais comment connaître concrètement la couleur d’un objet ? En agissant sur cet objet, c’est-à-dire en produisant une « interaction » de mesure entre l’objet et notre appareil visuel, lorsqu’on le regarde (le mot interaction suggère qu’on discute ce cas dans le cadre de la pensée classique des sciences et des schémas de la vie courante). On indiquera cette interaction de mesure par le symbole M(C). Dans cet exemple, même un aveugle qui veut connaître la couleur qu’il ne peut percevoir peut mettre l’objet dans le champ d’un spectromètre qui annonce les noms de couleur par l’analyse spectrale.

63Jusqu’où peut-on adapter ce schéma à la connaissance d’un micro-état ? La situation cognitive dans la physique quantique marque sa différence par une rupture avec l’ontologie classique. On n’est plus en présence d’un objet auquel on pourrait attribuer des propriétés intrinsèques. On ne peut pas agir à l’égard d’un micro-état comme l’aveugle qui veut obtenir une information sur la couleur. L’aveugle admet que l’objet dont il ne peut pas voir la couleur « existe », car il peut le toucher, l’entendre, etc. Il admet que cet objet « possède » de la couleur (du moins c’est ainsi qu’il raisonne). À partir de là, il entre à sa manière en interaction avec une qualité préexistante, détectée par son appareil. Mais en ce qui concerne le micro-état, comme le souligne Mugur-Schächter, « on ne sait à l’avance rien, ni quelles propriétés il possède, ni même s’il existe » (ibid., p. 178).

64En fait, l’« interaction » (terme que nous rectifions par l’« opération de mesure ») ne détecte pas une propriété intrinsèque de l’objet, elle crée une propriété perceptible par l’appareil de mesure macroscopique. Pour cette raison, Mugur-Schächter appelle cette démarche de qualification du micro-état « une opération a-cognitive » (ibid., p. 177). Cette dénomination se justifie pour deux raisons essentielles. On sait que la connaissance formelle d’un micro-état ne réfère à rien : elle n’est pas la connaissance de « quelque chose » ; en outre (et en rapport avec le premier point), l’opération de création de cet état est non représentable et non formalisable.

65Nous discuterons plus loin ce rapport entre la rupture ontologique et l’opération de mesure. Mais il est clair déjà que la physique ne peut se restreindre à ce constat. Alors, pour parer à des problèmes de sémantique, on pose que l’état Y existe. Ceci permet d’organiser une première phase de sa connaissance, et de parler de son « existence » après coup. Autrement dit, on crée un micro-état ayant un statut purement factuel, i.e. un ensemble de mesures transcrites sur un instrument ; ensuite on les rassemble en les attribuant conventionnellement à un état « existant ». C’est une procédure ad hoc et un compromis que Bohr avait jugés nécessaires pour des besoins pragmatiques, ne serait-ce que pour communiquer les résultats d’expérience. Cette convention s’articulera en fait avec l’objectif de construire un langage mécanique.

66Dans le langage de la physique quantique, la dimension de qualification de l’état est appelée l’observable quantique ; les manifestations perceptibles d’une observable constituent ses valeurs propres et l’ensemble des valeurs propres d’une observable son spectre. On a même pensé à un opérateur mathématique appelé mesure d’une observable, dont l’application à une observable génère (bien sûr a posteriori) ses valeurs propres. Dans ce langage, « la mesure d’une observable crée les valeurs perceptibles de cette observable ».

67Résumons cette étape de génération des résultats dans les termes de Mugur-Schächter :

Afin de qualifier un micro-état on définit des dimensions de qualification opératoires qui sont des interactions entre ce micro-état et un appareil macroscopique, interactions qui créent des « propriétés » perceptibles de l’appareil, interprétables selon certaines règles en termes prédéfinis de « valeurs propres d’observables quantiques ». Celles-ci, par hypothèse, sont liées à des « propriétés » créées pour le micro-état étudié aussi. (Ibid., p. 180)

68Jusque-là, l’exposé de la physicienne nous semble cohérent. Il comporte pourtant un glissement de sens important, concernant le terme « interaction ». Car il est problématique d’identifier l’opération de mesure à une interaction (forcément physique ou mécanique) entre un appareil A(X) et l’état X. Toute la question est là ! En effet l’interaction – comme la « perturbation » de Bohr (dont on a constaté l’ambiguïté) – suppose deux termes : l’objet et l’instrument. Or justement, dans le processus de mesure, cette distinction disparaît : le résultat de la mesure (la donnée détectée) apparaît comme le point de terminaison de ce processus.

La détermination de l’état quantique

69Jusque-là, la démarche cognitive n’a rien de proprement quantique. C’est avec la détermination de l’état quantique, étape intermédiaire entre la génération des résultats et l’ordre symbolique prédictif, que débute la phase proprement quantique. En fait, dans cette étape, on définit globalement l’état quantique grâce à l’introduction des inégalités de Heisenberg (non-commutativité des observables).

70Tout d’abord, on explique que le spectre d’une observable se caractérise par une étendue de valeurs statistiques. La répétition de la mesure fait apparaître en général toute la gamme des valeurs propres de l’observable. Mais cela ne suffit pas pour définir notre micro-état Ψ. « Afin de caractériser sans ambiguïté un micro-état Ψ il faut établir, à partir de Ψ, les distributions statistiques des valeurs propres de l’observable pour au moins deux observables quantiques, B et C, telles que les opérations de mesure M(B) et M(C) soient exclusives, c’est-à-dire, qu’il ne soit pas possible de réaliser toutes les deux à la fois sur un seul exemplaire du micro-état Ψ. » (Ibid., p. 184). Ce qui correspond à la détermination de deux variables conjuguées (p, q) qui définissent un état en physique classique.

71Dans cette phase, on commence à construire les bases de l’algorithme prévisionnel. On arrive à mieux définir l’état Ψ, grâce à la connaissance du spectre de deux observables incompatibles. Cette connaissance est de nature probabiliste pour chacune des valeurs propres. On remplace ainsi le mot « statistique » par « probabiliste », qui signifie que le nombre des essais ayant été augmenté, la distribution statistique a été trouvée stable. C’est-à-dire qu’à ce stade, on a pu établir un déterminisme statistique pour un état Ψ donné, un état dont les grandeurs de base sont mutuellement exclusives (ce qui élève le symbole Ψ au niveau d’un invariant probabiliste).

72Pour résumer, nous dirons que les inégalités de Heisenberg ont permis de prendre conscience de l’« effet » (à ne pas prendre au sens causal du terme) d’une opération de mesure sur ses résultats (origine de l’indéterminisme quantique), et, en conséquence, sur la définition de l’objet en physique atomique. Elles ont permis en outre, via la corrélation entre les dispersions statistiques, de construire une algèbre d’observables qui ouvre la voie à une application des lois d’évolution dynamique (équation de Schrödinger). Nous n’étudierons pas les phases suivantes de la mathématisation.

73Ainsi, comme nous le disions plus haut, ce qui caractérise la physique quantique c’est la non-séparabilité entre la phase de la génération des mesures et celle de la détermination des algorithmes prédictifs qui s’appliquent à ces résultats. Aussi bien le déterminisme (statistique) des lois de la physique que les processus de mesure sont des réalités de l’expérience ; dans la physique classique on peut séparer et mettre à distance (via les méthodes d’extrapolation) la génération des données et les lois qui régissent les phénomènes étudiés, alors qu’en physique quantique ces deux phases se tiennent dans une relation de discontinuité qu’il faudra éclaircir (cette relation s’exprime dans les inégalités de Heisenberg).

Pas de mesure sans savoir-faire

74À ce point de notre développement, une question se pose : ce que les physiciens et les philosophes de la mécanique quantique appellent l’opération de mesure (measuring process), qui s’avère être un processus de manipulation d’appareils dans le but d’effectuer une mesure (dont le résultat sera toujours imprévisible et souvent varié), processus non représentable (a-cognitif) mais orienté, est-il autre chose qu’un savoir-faire du laboratoire ?

75À la regarder de près, cette opération a toutes les caractéristiques d’un savoir-faire, telles que nous les avons décrites. Tout d’abord, la structure orientée from–to : dans l’opération de mesure, le sujet de la science agit sur le dispositif macroscopique pour effectuer une mesure, le résultat étant imprévisible dans un cadre expérimental (qui comprend aussi un arrière-plan de connaissances empiriques). Le savoir-faire est une opération du corps propre de l’expérimentateur, qui intègre dans son mouvement des outils et des instruments pour arriver à un objectif ; dans le cas de la physique cet objectif est une mesure précise, dont le résultat est souvent aléatoire, car il n’y a aucune raison de réduire le comportement du corps à un schème purement formel.

76Par ailleurs, les débats sur le problème de la mesure en physique ont montré que l’opération de mesure n’est pas objectivable : on ne peut pas la mettre sous les yeux. Elle n’est pas réductible à une règle formelle. Mais elle n’est pas pour autant psychologique ou « subjective ». Ce n’est pas non plus Dieu qui fait la mesure, ni une procédure automatique ; elle ne se réalise que par l’action d’un sujet qui sait comment manipuler les instruments. La haute technicité des instruments ne remplace pas le rôle du savoir-faire, même si elle rend les connaissances tacites du laboratoire plus complexes et difficiles à maîtriser ; celles-ci ne perdent jamais leur différence radicale avec les savoirs conceptuels.

77Pour schématiser, le processus de mesure débute par une action du corps de l’expérimentateur (il agit sur telle ou telle partie de l’appareil, règle le dispositif pour obtenir tel ou tel effet, etc.) et se termine par une marque perceptible sur l’appareil de détection. Il ne peut donc pas s’agir d’un processus objectif se passant sous les yeux de l’expérimentateur (c’est aussi le cas pour la fonction Y, comme le souligne Michel Bitbol) ; toute transposition formelle ne sera donc qu’une tentative incomplète et essentiellement déficiente. D’un autre côté, on ne peut pas identifier ce processus à un acte de conscience (comme on l’a dit dans les débats sur le théorème de Neumann) ni à une opération sous maîtrise intellectuelle, et cela pour deux raisons essentielles : d’une part, il est indéniable que ce processus intègre des interventions du corps propre du sujet (ce que les physiciens reconnaissent en parlant de « manipulations » pour la préparation expérimentale, qui créent un premier micro-état initial ; mais ils oublient en général que ces « manipulations » interviennent chaque fois qu’une mesure est effectuée) ; d’autre part, au terme de ce processus, le résultat de la détection s’avère toujours imprévisible (dans un cadre naturellement délimité). Les opérations de mesure sont donc encadrées par deux limites non franchissables : elles ne relèvent ni de la subjectivité ni de la réalité objective. Il est donc justifié de les considérer comme un savoir-faire appliqué.

78Une autre caractéristique importante de ces opérations les apparente à un savoir-faire. Mugur-Schächter montre dans son article (1997), où elle critique le théorème de Neumann, comment l’instrument de mesure (macroscopique) n’est jamais représentable dans le formalisme de la mécanique quantique. Ceci va dans le sens de notre hypothèse : nous avons en effet fait remarquer que, dans le fonctionnement d’un savoir-faire, l’instrument (comme particulier) perd son statut d’objet en s’intégrant dans le tout de l’opération, et que toute tentative pour le décrire d’une manière indépendante est vouée à l’échec (on ne peut donc pas envisager l’instrument comme un théorème implémenté, comme l’a fait Bachelard).

La division du sujet et l’éclatement des entités individuelles

79La situation cognitive singulière de la physique quantique se caractérise donc par l’effet non négligeable de l’opération de mesure (via ses résultats) sur la structure de l’objet. Du point de vue du sujet de la science, deux types de savoir entrent en jeu : un savoir-faire appliqué qui n’a pas de règle et un savoir conceptuel fondé sur des règles statistiques prédictives.

80On se trouve ainsi dans une situation de discontinuité entre un registre de savoirs pratiques et un plan conceptuel (lois probabilistes). Ces deux types de savoir sont évidemment irréductibles, ils s’excluent mutuellement tout en demeurant inséparables en physique. On peut les représenter (métaphoriquement) par deux plans géométriques qui se coupent mais qui ne peuvent coïncider.

81Dans le contexte expérimental de la physique atomique, ces deux registres de fonctionnalité se lient dans un rapport de discontinuité (non négligeable), c’est au lieu de leur jonction qu’une mécanique quantique devient possible.

82La jonction entre les deux savoirs mutuellement exclusifs se manifeste dans le caractère « aléatoire » du micro-état quantique. Alors que, sur le plan des mesures individuelles, il y a une absence de prévisibilité (parmi les valeurs propres possibles), qui correspond à l’effet direct de l’opération de mesure (appliquant un savoir-faire), sur le plan d’ensemble des résultats de mesure (événements), des possibilités de prédiction probabilistes d’une très grande précision émergent.

83Cette situation prévaut également dans le déterminisme statistique de la physique expérimentale classique. Mais dans la physique quantique, la discontinuité entre les deux processus (imprévisibilité individuelle et prévisibilité globale) devient théoriquement incontournable, et cela en raison de l’incompatibilité des contextes expérimentaux de mesure des variables conjuguées : ce qu’on a appelé la « contextualité première » de cette physique.

84Les inégalités de Heisenberg expriment cette discontinuité fondamentale dans le langage de la physique atomique. D’une part, elles expriment l’indivisibilité du processus de mesure qui est à l’origine de l’indéterminisme quantique (impossibilité d’une division objective entre l’objet et l’instrument de mesure) ; d’autre part, grâce à la corrélation qu’elles établissent entre les dispersions statistiques, elles ouvrent la voie à une construction symbolique (une algèbre non commutative).

85Dans ces conditions, le sujet de la connaissance se trouve essentiellement divisé. Toute une dimension de son savoir, qui n’est pas sous sa prise conceptuelle, échappe à son intellect, tout en participant à la connaissance. On ne se trouve plus dans le cas où l’œil-sujet pouvait contempler son objet, un objet purement théorique identifiable aux idéalités mathématiques. Dans la physique quantique, la discontinuité originelle des savoirs crée une situation de tension qui se projette sur le plan théorique (contrairement à ce qui se passe en physique classique où on peut se débarrasser de cette tension par des méthodes d’extrapolation). Cette tension se manifeste dans l’ordre symbolique par un « manque » du symbolisme, par le caractère discret des données et de l’objet théorique construit : on ne peut pas « rattraper » la distance entre les deux mesures ; on n’arrive plus à les rapprocher idéalement d’une continuité.

86Le calcul probabiliste exprime le manque de prévisibilité pour un seul événement et la possibilité de prédiction pour un grand nombre. La construction du continu n’est plus idéalement possible. Au niveau sous-jacent du concept, l’événement individuel ne suit pas.

87Cette discontinuité cognitive et la contextualité du langage qui l’exprime possèdent un versant ontologique. Du côté du réel, toute référence à l’individu physique devient problématique, au point que la notion même d’entité individuelle n’a plus de pertinence objective. La disjonction des contextes expérimentaux pour les mesures des variables conjuguées empêche toute unification des grandeurs physiques autour d’un substrat, et fait éclater 1’identité des objets « en soi ».

88Ainsi pourrait-on tracer une ligne de partage entre deux optiques divergentes. La première est celle d’une science munie d’un langage (méta)contextuel, qui ne peut négliger l’effet du savoir-faire sur les résultats de mesure (ses données) ; l’objet théorique en tiendra compte. On aura alors une disparition fondamentale des individus et des entités. La seconde est celle d’une science qui peut considérer son langage comme non contextuel (comme la théorie de la relativité) ; elle définit les faits en faisant abstraction du contexte expérimental, et se réfère à des individus comme substrats des propriétés physiques.

89Nous proposons cette dichotomie comme un problème, sans chercher une prise de position dogmatique. Le tableau suivant présente cette rupture dans ses aspects épistémologiques (la référence à l’objet) et philosophiques (la position du sujet) :

Identité du sujet → Langage dé-contextuel → réalisme des substances sinon des attributs
versus
Non-identité du sujet → Langage (méta)contextuel → éclatement de l’individu (anti-réalisme)

90Il nous reste à schématiser notre hypothèse sur les implications du rôle du savoir-faire dans la mesure en physique. Le savoir-faire engagé dans les opérations de mesure est à l’origine du caractère statistique des résultats dans l’application des lois déterministes de la physique ; une discontinuité entre savoir-faire et concept est toujours présente, mais théoriquement négligeable, en physique classique. Dans le contexte expérimental de la physique quantique, cette discontinuité devient théoriquement incontournable et s’exprime dans les inégalités de Heisenberg.

91Pour une étude du statut du savoir-faire dans la physique, cette hypothèse (spéculative) apporte un gain d’intelligibilité : on peut mieux comprendre l’origine des « erreurs » de mesure dans la physique expérimentale. Les dispersions étaient toujours considérées comme des faits d’observation ; elles étaient constatées dans l’expérience, mais on ne pouvait rien en dire de plus. Mais s’il s’agit seulement d’un fait empirique, pourquoi sont-elles toujours vérifiées ? Elles doivent logiquement provenir d’une relation plus constitutive de l’expérience physique. Dans notre interprétation, ces dispersions proviennent de la discontinuité fondamentale qu’il y a entre savoir-faire et concept, ou plus exactement de l’effet non négligeable du processus (indivisible et irréversible) de mesure sur le déterminisme des lois de la physique. On ne fait d’ailleurs que rejoindre, en l’explicitant mieux, une idée intuitive exprimée naguère par l’école de Copenhague. Heisenberg disait par exemple que les physiciens classiques n’avaient jamais pensé à ce que la mesure signifiait en physique ; à savoir, dans le langage de Copenhague, que la « perturbation » du système observé par le système observant constitue une réalité pour la physique en général.

La part du savoir-faire dans le processus de mesure

92Notre hypothèse concorde avec la thèse que Mugur-Schächter défend au sujet de la portée universelle de la mécanique quantique. Elle précise que la première phase cognitive de cette physique correspond à la première phase de tout processus de « conceptualisation » : elle est active, générative, et, surtout, indépendante de la phase [proprement conceptuelle] de la qualification de l’objet. La mécanique quantique, écrit-elle, « a capté et représenté pour le cas particulier des états de microsystèmes, d’une façon implicite et cryptique mais pour la première fois dans l’histoire de la pensée, certains traits UNIVERSELS de la toute première phase des processus par lesquels l’homme extrait des chaînes de connaissance du réel où il est plongé et auquel il appartient » (ibid., p. 240).

93Pour nous, cette première phase correspond à l’application d’un savoir-faire dans des opérations de mesure, dans un cadre instrumental donné. Et représenter ses traits, « alogiques » selon le terme de l’auteur, revient en fait à exprimer de manière abstraite une structure génétique des faits (de leur dispersion de mesure), conduisant toutefois à une possibilité de prédiction. Cette ambivalence est exprimée dans les relations de Heisenberg qui représentent ainsi, et en dernière instance, la discontinuité entre le registre du savoir-faire et celui des lois déterministes.

94Toutefois, on peut opposer une objection de poids à ce type d’analyse : et si la physique pouvait décrire l’opération de mesure en termes théoriques ? Certes, dans la physique classique, on arrive souvent à décrire les lois physiques qui régissent la fonctionnalité des instruments. Mais ces lois ne décrivent pas le processus de mesure lui-même dans son irréversibilité et sa temporalité ; elles ne peuvent que nous faire accéder à la connaissance des corrélations entre les dispersions, une fois la mesure produite, c’est-à-dire après coup. Par exemple dans un galvanomètre, la dispersion sur la valeur indiquée par une aiguille magnétique nous informe seulement sur l’imprécision relative au courant électrique, et sur la sensibilité de l’appareil. Si l’on pouvait décrire entièrement (dans le langage) l’opération de mesure elle-même comme un processus physique, il n’y aurait alors plus rien d’aléatoire.

95Dans la mécanique quantique, ce problème se pose lorsqu’on cherche à exprimer un vecteur d’état propre à l’appareil de mesure. Bohr s’était dès le départ (intuitivement) opposé à cette possibilité. D’après lui, un objet macroscopique n’est pas sujet aux règles de la mécanique quantique, mais seulement à celles de la physique classique. Ce qui était conforme à sa conception de l’indivisibilité du phénomène quantique. Ce débat est toujours actuel dans la physique théorique et l’issue reste incertaine. Dans certaines théories de la mesure, comme celle de Neumann, on associe un vecteur d’état à l’instrument de mesure et on applique ensuite un Hamiltonien de mesure à l’évolution de l’ensemble constitué par les états « instrument + système ». Mais force est de constater que ces efforts théoriques ne sont pas fructueux pour la connaissance précise d’une opération concrète de mesure ; ils n’ont (pour le moment) aucune portée empirique.

96Dans cette même ligne de pensée, mais sur le plan technique et contextuel, une autre objection se présente à notre interprétation : dans un certain nombre d’expériences de physique, on prépare et manipule d’abord l’arrangement expérimental, ce qui crée un état initial du système ; le processus de mesure s’effectue, ensuite, de manière apparemment automatique et préconçue, c’est-à-dire sans intervention de l’expérimentateur. C’est en particulier le cas lors des enregistrements de mesures, en physique atomique, dans les capteurs, les détecteurs de particules, etc. On lit ensuite les résultats pour les interpréter (cf. figure 5). Où s’applique donc le savoir-faire, sinon à l’origine de l’expérience construite pour engendrer l’évolution des états à mesurer ?

97Ce type de présentation a largement l’aval des physiciens théoriciens, qui essaient toujours de donner une description abstraite et formelle du déroulement des expériences. Dans ce schéma, le processus de mesure semble se dérouler indépendamment de toute pratique expérimentale, si ce n’est au début et dans la phase de préparation. Cette exigence d’objectivation peut se comprendre sur le plan des habitudes intellectuelles, mais présente-t-elle une image fidèle de l’expérimentation et de la mesure en général ?

98Pour répondre à l’objection, on ne peut que retourner sur le terrain de l’expérience pour mieux spécifier ce qui s’y passe, et là un certain nombre d’études en sociologie des sciences et en ethnométhodologie pourront nous être des plus utiles. Disons – pour indiquer l’argument de notre réponse – que, dans le contexte expérimental, on ne laisse pas le système d’appareillage évoluer librement jusqu’à la lecture finale des données. Pour les mesures de haute précision (comme en physique atomique, mais aussi dans d’autres contextes), le fonctionnement de l’instrument doit être surveillé en permanence par les expérimentateurs. La grande complexité des instruments de mesure dans la physique actuelle nécessite un contrôle en temps réel de leur fonctionnement par toute une équipe d’expérimentateurs. Or, ce travail de surveillance, de contrôle, et d’intervention lorsqu’une instabilité se produit, n’est pas identifiable à une réflexion ou à un jugement théorique. Il s’agit surtout d’applications d’un savoir-faire acquis dans un milieu de haute technicité, donc d’opérations d’experts. Les physiciens de laboratoire en sont conscients lorsqu’ils avouent ne pas connaître exactement la structure fonctionnelle de leur instrument : ils en ont uniquement une connaissance pragmatique, qui n’est rien d’autre qu’un savoir pratique.

99La littérature de la sociologie des sciences de ces dernières années s’est enrichie d’observations de la pratique des physiciens au laboratoire. Sans partager nécessairement les présupposés et les conclusions de ces études de terrain, nous pouvons toutefois en tirer quelques remarques pertinentes pour notre propos. Ainsi Karin Knorr-Cetina a-t-elle mené une enquête de terrain pendant de longs mois au CERN ; elle y a observé de près le travail des physiciens dans le contexte expérimental de la physique des hautes énergies. Elle a rendu compte de cette recherche dans plusieurs publications. Il en ressort une observation fondamentale sur l’attitude du physicien à l’égard de son instrument. Dans le cas étudié, il s’agit d’un détecteur de particules atomiques ou subatomiques. Un détecteur ne fonctionne pas comme une machine, il ressemble même à un être physiologique qui a ses propres idiosyncrasies. Dans les faits, il s’avère difficile de simuler son fonctionnement. Knorr-Cetina fait remarquer que l’on ne peut « comprendre » le fonctionnement d’un détecteur qu’à partir d’une observation attentive, un difficile labeur et une familiarité avec la chose. Poursuivant l’idée d’une irréductibilité du détecteur à la fonctionnalité purement automatique (formalisable) d’une machine, elle précise :

C’est une expérience récurrente, dans le laboratoire, que d’appréhender la vie intérieure du détecteur avec sa dynamique propre. Par exemple, les détecteurs ne peuvent pas être ouverts et démontés n’importe quand. Une fois qu’ils ont été assemblés et « mis en marche », leur vie intérieure n’est accessible qu’indirectement, ou par fragments, au prix d’une perte de temps et au détriment de la luminosité durant ces « périodes d’accès ». Même quand ils ne fonctionnent pas, seuls certains de leurs éléments peuvent être retirés et inspectés. La vie intérieure d’un détecteur ne peut pas être décrite avec précision, comme le prouvent les difficultés qu’on a à simuler son fonctionnement. Ainsi que le dit un physicien : « On ne sait pas exactement quels matériaux il y a là-dedans, ni comment ils sont agencés. Par exemple, il y a un mur de fibre de carbone dans le silicium, il y a un blindage en aluminium résistant aux électrons, une pièce de silicium, un circuit imprimé et divers éléments électroniques éparpillés au milieu. Il y a aussi un écran en aluminium, encore quelques fibres de carbone et ainsi de suite. Il est impossible de tout connaître dans le détail. On finit donc toujours par simplifier à l’extrême son MC, au point que l’on voit deux fois plus d’impacts que le nombre attendu (d’après la simulation). » (Knorr-Cetina, 1997, p. 58-59)

100Cette description contextuelle pourrait contribuer à faire comprendre les difficultés qu’éprouvent les physiciens théoriciens pour conceptualiser la dynamique des instruments de mesure. Elle exclut surtout l’image trop facile d’un appareil qui fonctionne machinalement et effectue des mesures tout seul. C’est un second aspect important de l’enquête de Knorr-Cetina. Elle précise bien que « [le détecteur] ne peut être livré à lui-même. Tout un ensemble de dispositifs et de structures de surveillance est construit autour de lui et l’accompagne dans chacun de ses mouvements ». La dynamique interne du détecteur est ainsi contrebalancée « par une structure de surveillance que les physiciens instaurent afin de s’assurer que des transformations internes et des événements cruciaux soient remarqués et traités par des réponses appropriées ».

101Ainsi les connaissances pratiques ne s’appliquent-elles pas uniquement dans la phase de préparation de l’expérience, mais aussi (par diverses opérations) tout au long de l’évolution du système qui aboutit à la mesure (la marque sur l’appareil). Dans l’opération technique de surveillance ou de maintenance, le savoir-faire réalise schématiquement le même travail que lors de la préparation initiale : assurer le filtrage nécessaire pour la mesure recherchée dans telle zone de sensibilité, assurer et maintenir la stabilité globale de l’instrument face aux différents bruits possibles (et souvent imprévus), etc. Ce qui fait que le processus de mesure requiert des savoirs pratiques du début à la fin. Les expérimentateurs ne livrent jamais le système avec l’assurance qu’il pourrait tourner par lui-même. Les différentes actions dont ils l’accompagnent sont, comme la structure générale du savoir-faire, orientées vers le résultat recherché, selon le schéma from–to.

102On peut, à la lumière de ces descriptions, rectifier le schéma abstrait de la figure 5. En fait, les opérations de surveillance et de maintenance impliquent que, dans la pratique, on réalise à chaque mesure une nouvelle préparation (identique autant que possible à la précédente). Ce qui fait que l’opération de mesure peut être désormais schématisée par un processus qui débute par les manipulations des expérimentateurs pour aboutir aux marques perceptibles sur l’appareil. En réalité, elle suppose que soit mis en œuvre, de bout en bout, un savoir-faire spécifique aux mesures physiques.

Bibliographie

Bitbol Michel (1997), Mécanique quantique. Une introduction philosophique, Paris, Flammarion (« Champs »),

Dreyfus Hubert L. (1992), « La portée philosophique du connexionisme », in D. Andler (ed.), Introduction aux sciences cognitives, Paris, Gallimard, p. 352 (« Folio Essais »).

Kant Emmanuel (1985), Œuvres philosophiques. 2, Paris, Gallimard (« Bibliothèque de la Pléiade »).

Knorr-Cetina Karin (1997), « Les métaphores dans les laboratoires scientifiques », in B. Conein & L. Thévenot (eds), Cognition et information en société, Paris, Éditions de l’EHESS (« Raisons pratiques », 8), p. 47-63.

Kojève Alexandre (1990), L’idée du déterminisme dans la physique classique et dans la physique moderne, Paris, Librairie générale française (« Le Livre de poche »).

Mugur-Schächter Miora (1997), « Mécanique quantique, réel, et sens », in M. Bitbol & S. Laugier (eds), Physique et réalité. Un débat avec Bernard d’Espagnat, Paris, Éditions Frontières-Diderot.

Penrose Roger (1992), L’esprit, l’ordinateur et les lois de la physique, Paris, InterÉditions.

Polanyi Michael (1962), Personal Knowledge, Chicago, The University of Chicago Press.

Notes

1 Dans la physique théorique, on considère un fait ou un résultat de mesure en faisant abstraction de sa genèse expérimentale et de son mode d’observation (sauf en physique quantique), ce qui permet en retour d’appliquer un opérateur mathématique aux résultats et de construire ainsi un objet théorique.

2 En d’autres termes, lors des mesures physiques, on observe en général une fluctuation (plus ou moins importante) des résultats autour d’une valeur moyenne. Cette fluctuation signifie l’existence d’une marge d’imprévisibilité pour chaque mesure.

3 Comme Michel Bitbol (1996. p. 273) le note : « Quelle que soit la précision que l’on pourra atteindre lors de la mesure consécutive de q, la prévision de la valeur qu’elle donnera est par conséquent rendue extrêmement aléatoire par la grande précision de la valeur de p. » De toute façon, dans une expérience de physique, la précision d’une seule mesure n’a pas de sens. Il faut la reproduire et si la dispersion est faible dans l’échelle de mesure adoptée, alors on prendra en compte le résultat de la mesure avec son degré de précision.

4 Remarque : ce type de présentation a certes un grand intérêt pédagogique, et il est bien adapté pour les besoins de la construction théorique, mais il ne faut pas négliger le fait qu’une mesure est essentiellement une manipulation en temps réel, qu’il s’agit d’une « opération de mesure » effectuée par un sujet et non d’une mesure qui se ferait de façon automatique. On ne place pas passivement un instrument, on l’utilise et le manipule pour effectuer la mesure.

5 Il s’agit des deux variables canoniques conjuguées qui définissent l’état d’un système en physique, comme la position q et la quantité de mouvement p. On a vu précédemment que les contextes d’observation et de mesure de ces deux variables s’excluaient mutuellement.

Table des illustrations

Légende Fig. 1. Expérience des deux fentes de Young, en lumière monochromatique. Source : R. Penrose, L’esprit, l’ordinateur et les lois de la physique, Paris, InterEditions, 1992, p. 249.
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Légende Fig. 2. Distribution discrète (points d’impact séparés) de l’intensité observée lorsqu’une seule des fentes est ouverte. Source : ibid., p. 250.
URL http://books.openedition.org/editionsehess/docannexe/image/11032/img-2.jpg
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Légende Fig. 3. Distribution à caractère ondulatoire de l’intensité observée lorsque les deux fentes sont ouvertes. Source : ibid., p. 250.
URL http://books.openedition.org/editionsehess/docannexe/image/11032/img-3.jpg
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Légende Fig. 4. Source : M. Bitbol, Mécanique quantique, Paris, Flammarion, 1997, p. 63.
URL http://books.openedition.org/editionsehess/docannexe/image/11032/img-4.jpg
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Légende Fig. 5
URL http://books.openedition.org/editionsehess/docannexe/image/11032/img-5.jpg
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© Éditions de l’École des hautes études en sciences sociales, 2002

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