La théorie de Broglie-Bohm, dite théorie dBB, revient au cœur d’un débat. Une publication récente dans la revue Nature présente une expérience que ses auteurs interprètent comme une preuve que Louis de Broglie avait tort. D’autres spécialistes, calculs à l’appui, réfutent cette conclusion.
La mécanique quantique est née il y a une centaine d’années et a permis des progrès technologiques comme les LED, les IRM ou les lasers. Son interprétation reste pourtant déroutante pour les novices, et elle fait toujours débat chez les spécialistes, notamment les philosophes.
Il y a presque cent ans, au cinquième congrès Solvay à Bruxelles, deux visions du monde s’affrontaient. D’un côté, l’école de Copenhague, menée par le Danois Niels Bohr, inventeur du premier modèle d’atome à orbites quantifiées, et par les Allemands Werner Heisenberg et Max Born, architectes du formalisme mathématique de la théorie. Pour eux, le monde est gouverné par le hasard et les probabilités, et il ne peut être compris avec nos concepts habituels d’espace, de temps et de causalité.
De l’autre côté, Albert Einstein défendait le « déterminisme » classique de Newton et de Laplace, selon lequel chaque objet suit une trajectoire précise, déterminée par ses conditions initiales. Ce duel est resté légendaire, résumé par la boutade d’Einstein : « Dieu ne joue pas aux dés ».
Le surfeur quantique de Louis de Broglie
On oublie souvent qu’une troisième voie fut proposée lors de ce même congrès, par l’aristocrate et physicien français Louis de Broglie. Longtemps dénigrée, et même reniée par de Broglie lui-même, cette explication résiste pourtant à l’épreuve de l’expérience. Dès 1923, il avait eu l’intuition d’associer une onde à chaque électron, donnant à la matière une nature à la fois onde et particule. L’équation de cette onde fut obtenue peu après, en 1926, par Schrödinger.
Une conséquence de cette dualité est l’expérience dite « des deux fentes ». Des électrons envoyés un par un, comme des billes, à travers deux fentes rapprochées finissent par dessiner sur un mur des bandes alternées claires et sombres, typiques des ondes. Comment une particule passant par une fente peut-elle être influencée par l’autre ? Pour l’école de Copenhague, ce mystère ne pouvait pas s’expliquer en termes de trajectoires classiques.
Pour répondre à ce dilemme, de Broglie présenta à Solvay sa théorie de l’onde-pilote. Elle conserve des particules ponctuelles suivant des trajectoires réelles et continues. L’image est intuitive : la particule est guidée par l’onde, comme un surfeur porté par une vague. Elle ne passe que par une seule fente, mais l’onde passe par les deux et la guide. Répétée un grand nombre de fois, l’expérience fait apparaître les franges d’interférence, sans magie.
Cette théorie fut vivement critiquée par l’entourage de Bohr, qui y voyait un retour à la notion de trajectoire. Elle ne ressurgit qu’en 1952, redécouverte par l’Américain David Bohm, et on la connaît désormais sous le nom de « théorie de Broglie-Bohm », ou théorie dBB. Dans un texte republié par The Conversation, le physicien Aurélien Drezet, spécialiste des fondations de la mécanique quantique et chargé de recherche CNRS à l’Institut Néel, estime que les objections de Copenhague étaient infondées, et que la théorie est reconnue comme une alternative parfaitement cohérente.
L’effet tunnel relance le débat
La théorie dBB est pourtant régulièrement mise à l’épreuve. Un article de l’équipe néerlandaise de Jan Klaers, publié dans la revue Nature, a semblé la mettre en difficulté. Leur argument porte sur l’« effet tunnel », où une particule traverse un obstacle infranchissable classiquement. En mécanique quantique, ce passage est rendu possible par une onde évanescente qui s’infiltre à travers la barrière.
L’équipe a réalisé l’expérience avec des photons, les grains de lumière, à travers une microbarrière fabriquée au laboratoire, et a réussi à photographier les ondes évanescentes au microscope. Selon les auteurs, c’est l’interprétation qui pose question : la théorie dBB prédirait une vitesse nulle à l’intérieur de la barrière, ce qui interdirait toute traversée.
Selon Aurélien Drezet, cette contradiction n’est qu’apparente. Dans le domaine optique, la théorie dBB se traduit en trajectoires des équations de Maxwell, qui décrivent le comportement de la lumière, et la vitesse associée au flux d’énergie correspond à celle prédite par dBB. Avec deux collègues du Technion (Israel Institute of Technology), Dustin Lazarovici et Bernard Nabet, il a montré que les minuscules fuites de lumière utilisées pour imager le champ évanescent avaient été négligées. Une fois ces propriétés optiques prises en compte, la vitesse dBB n’est plus nulle dans la barrière, et les trajectoires la traversent. Ces résultats ont été publiés dans la même revue, en réponse au travail initial.
Product offers are temporarily unavailable.
