L'espace physique vu du monde quantique : une approche épistémologique

Michel Paty (1)

1 REHSEIS (UMR_7596) - Recherches Epistémologiques et Historiques sur les Sciences Exactes et les Institutions Scientifiques

Physical thought - and, up to a certain point, mathematical thought, at least geometrical one has always leaned upon the notion of space, as for example, the concept of spacial dimension that has given rise to the idea of mathematically expressed physical magnitude. Up to the general relativity theory, and including it, the conceptions about physical systems and their generated phenomena have been dependent on a thinking of space, and these phenomena and systems are, in general, thought in space, even if they have contributed to modify the ideas about space and if they have obliged to reformulate our «spacial intuition». Quantum physics has challenged this quiet assurance by putting the thinking of space and in space in front of the following dilemma : either to keep the concept of physical space in the preceding sense, that seems natural to us, and to give up the idea that «quantum systems» could be represented directly in this space as systems endowed with properties of their own ; either to admit that it is meaningful to speak of quantum systems having properties, and take away the primacy of space in the representation of these systems.
By taking this second point of view, one is led to think physics differently than «in space» in the usual sense, and nevertheless one will always have, at some time or another, to consider quantum physical systems by referring them to this space, that is the one of macroscopic bodies and of the cosmos in its present stage. To wonder how such a thought is possible brings forth therefore, at the same time, to question the relationship between the quantum world and the physical space of our experience. For such a wondering it is needed to inventory the modifications of the concept of space that are required by the physical description of quantum systems. We shall conclude by evoking the idea of an emergence of the concept of space from quantum phenomena, from the epistemological point of view (emergence of a certain level of reality from underlying levels) on the one hand, as well as from the cosmogenetic point of view (formation and expansion of the physical space of macroscopic objects) on the other hand.

La pensée physique - et, jusqu'à un certain point, la pensée mathématique, du moins géométrique - s'est toujours appuyée sur la notion d'espace, comme par exemple le concept de dimension spatiale qui a donné l'idée de grandeur physique mathématisée. Jusqu'à la théorie de la relativité générale, celle-ci comprise, les conceptions des systèmes physiques et des phénomènes dont ils sont le siège ou l'origine ont été tributaires d'une pensée de l'espace, et ces phénomènes et ces systèmes sont, en général, pensés dans l'espace, même s'ils ont contribué à modifier la pensée de l'espace et s'ils ont obligé à reformuler notre «intuition spatiale». La physique quantique a remis en question cette certitude tranquille en mettant la pensée de l'espace et dans l'espace devant le dilemme suivant : ou bien garder le concept d'espace physique dans le sens précédent qui nous semble naturel et renoncer à l'idée que les «systèmes quantiques» pourraient être représentés directement dans cet espace comme des systèmes dotés de propriétés qui leur soient propres ; ou bien admettre que cela a un sens de parler de systèmes quantiques ayant des propriétés et enlever à l'espace son rôle premier dans la représentation de ces systèmes.
En prenant ce second point de vue, on est amené à penser la physique autrement que «dans l'espace» au sens habituel ; et cependant, on a toujours, à un moment ou à un autre, à envisager les systèmes physiques quantiques en référence à cet espace, qui est celui des corps macroscopiques et du cosmos dans son état actuel. Se demander comment une telle pensée est possible amène donc en même temps à s'interroger sur le rapport entre le monde quantique et l'espace physique de notre expérience. Cette interrogation passe par un inventaire des modifications du concept d'espace requises par la description physique des systèmes quantiques. On concluera en évoquant l'idée d'une émergence du concept d'espace à partir des phénomènes quantiques, tant du point de vue épistémologique (émergence d'un certain niveau de réalité à partir de niveaux sous-jacents) que du point de vue cosmogénétique (formation et expansion de l'espace physique des objets macroscopiques).

Mots clés: quantum phenomena; spacial dimension; thought in space

Mots clés: cosmogonie; Descartes; Einstein; épistémologie; espace géométrique; espace physique; espace temps; monde quantique; Newton; Poincaré; relativité générale; relativité restreinte

Domaines: Histoire, Philosophie et Sociologie des sciences

Michel Paty. L'espace physique vu du monde quantique : une approche épistémologique. Lachièze-Rey, Marc. L'espace physique, entre mathématiques et philosophie., EDP-Sciences, p. 41-79., 2006, Penser avec les sciences. ⟨halshs-00167262⟩