Sémiotique du vide

Art, sens commun et physique théorique.

Simon DINER (+ 2013)

«La théorie des probabilités n’est autre que le sens commun fait calcul »

Pierre Simon de Laplace

Vous avez dit le vide.

Le vide appartient au sens commun ou bien encore à la physique naïve[1]. Cet article voudrait montrer comment les constructions de la physique du XX ème siècle éclairent les démarches parfois « somnambuliques » du sens commun, et s’éclairent en retour de la logique du bon sens. En définitive cet aller et retour jette une lueur intéressante sur les démarches de l’esprit cognitif et sur la construction du sens et de l’expression. Que les pratiques artistiques prennent au passage un jour nouveau n’étonnera que les naïfs qui veulent encore à tout prix séparer l’art de la science. Tout ceci se coule dans le moule du langage de l’information en évitant bien sûr de confondre déluge de signaux et information, ce qui ne peut se faire qu’en préservant le caractère contextuel de celle ci.

Ce texte se développe sur deux niveaux. Un niveau principal qui cherche délibérément à rester « naïf ». Un niveau de notes « infrapaginales » qui concentrent les technicités sous-jacentes. Une lecture à deux voies.

350 ans après Pascal, 2500 ans après Démocrite, que peut-on encore dire du vide ?

Le mot vide semble dans son emploi ambigu et labile renvoyer à une catégorie conceptuelle assez bien définie sans pour autant représenter toujours la même chose. Là se trouve sans doute la cause de ces renversements paradoxaux du discours, qui en voulant envisager la chose, laisse entendre selon le cas, que le Vide est vide ou le Vide est plein. Au cours des siècles les philosophes et les savants ont donné le nom de vide à bien des choses différentes, tout en cherchant parfois un autre terme comme l’éther ou la quintessence pour désigner le vide lorsqu’il est plein[2].

Bornons nous à quelques citations.

« Mais le vulgaire entend par vide une extension où ne se trouve aucun corps sensible ; comme il pense que tout l’être est corporel, là où il n’y a rien c’est le vide…..

Il faut expliquer une fois de plus que le vide séparé des choses que prônent certaines théories n’existe pas ».

Aristote. Physique. Livre IV. 214 b

« Tout corps doit nécessairement être en quelque chose. La chose en laquelle il est, doit différer de ce qui l’occupe et la remplit ; cette chose doit être incorporelle et comme impalpable. Cette substance qui est ainsi constituée qu’elle puisse recevoir un corps en elle même et être occupée par lui, nous disons qu’elle est vide. Il est nécessaire qu’il existe une substance du vide ».

Cleomedes. (1 er siècle av. J.C. )

Du mouvement circulaire des corps célestes

« Que le vide ne puisse être cela paraît. En effet, s’il existait il serait une substance ou un accident. Mais le vide n’est pas une substance incorporelle, car il serait âme ou intelligence. Il n’est pas non plus une substance qui soit corps, car il occuperait un lieu. Enfin il n’est pas accident, car aucun accident ne peut exister séparé d’une substance, et le vide est une dimension séparée. Il n’est donc rien du tout, ce que j’accorde avec Aristote….

Roger Bacon. (XIII éme siècle)

Science de la quintessence

« M. Newton prouve d’une manière très vraisemblable, qu’outre le milieu aérien particulier dans lequel nous vivons et nous respirons, il y en a un autre plus répandu et plus universel qu’il appelle milieu éthéré. Ce milieu est beaucoup plus rare et subtil que l’air, et par ce moyen il passe librement à travers les pores et les autres interstices des autres milieux et se répand dans tous les corps. Cet auteur pense que c’est par l’intervention de ce milieu que sont produits la plupart des grands phénomènes de la nature ».

Encyclopédie de Diderot et d’Alembert

Article « Milieu éthéré » 1757

« L’éther est une substance matérielle incomparablement plus fine que les corps visibles que l’on suppose exister dans les parties de l’espace qui semblent vides….. L’éther est différent de la matière ordinaire. ».

J.C. Maxwell

Article « Ether » dans Encyclopedia Britannica.1879

« Peut nous importe que l’éther existe réellement, c’est l’affaire des métaphysiciens ; l’essentiel pour nous c’est que tout se passe comme s’il existait et que cette hypothèse est commode pour l’explication des phénomènes. Après tout, avons nous d’autres raisons de croire à l’existence des objets matériels ? Ce n’est là aussi qu’une hypothèse commode ; seulement elle ne cessera jamais de l’être, tandis qu’un jour viendra sans doute où l’éther sera rejeté comme inutile ».

H. Poincaré

La science et l’hypothèse. 1902

« Une réflexion plus attentive nous apprend pourtant que cette négation de l’éther n’est pas nécessairement exigée par le principe de relativité restreinte…. Nier l’éther, signifie en dernier lieu qu’il faut supposer que l’espace vide ne possède aucune propriété physique. Or les faits fondamentaux de la mécanique ne se trouvent pas en accord avec cette conception….D’après la théorie de la relativité générale, l’espace est doué de propriétés physiques ; dans ce sens par conséquent un éther existe ».

A. Einstein

L’éther et la théorie de la relativité. Conférence.1920

Mais si le vide n’est rien, comment peut-il être plein ?

C’est que le vide n’est pas le rien ou le néant. Le concept de vide contient un élément essentiel de relativité. Comme le disait Descartes, reprenant « Hermès Trismégiste », lorsque nous disons qu’un lieu est vide, il est constant que nous ne voulons pas dire qu’il n’y a rien du tout en ce lieu ou en cet espace, mais seulement qu’il n’y a rien de ce que nous présumons y devoir être. Le concept de vide exprime l’attente déçue d’un évènement.

Le vide n’est donc pas ce qui reste lorsque l’on a tout enlevé ?

Non pas. Les reformulations multiséculaires, tout comme les conceptions modernes, indiquent que le vide a toujours été considéré au sens où le langage dit d’un discours qu’il est vide, c.a.d. ne contient pas d’information.

Le plat pays qui est le mien, chante Jacques Brel.

Le vide c’est l’absence d’information ?

Exactement. Or, comme le montre la théorie moderne de l’information, l’information c’est avant tout la surprise. Le vide c’est donc l’absence de surprise. Le fait qu’une bouteille soit pleine est une (bonne) surprise. Normalement une bouteille est vide. La présence de quelque chose est une surprise. En général il n’y a rien.

De ce point de vue le vide semble désigner tout ce qui se trouve dans une situation banale, normale. La normalité signifie l’absence de caractères distinctifs ou d’évènements exceptionnels. A ce titre le vide est absence de forme et de nouveauté, absence de dissymétrie et d’inhomogénéité, absence de figure et d’image. Dans le taoisme chinois, le vide est clairement caractérisé par l’indifférenciation, ce qui lui confère un rôle fonctionnel, car c’est grâce à lui que le plein du réel peut se manifester.

Le concept de vide, tout comme celui de normalité, renvoie en permanence à une situation considérée comme la plus naturelle, la plus fréquente, la plus probable dans les circonstances données. Le normal face au pathologique !

Que ce soit le vide des atomistes ou le vide des cosmologistes, on désigne ainsi toujours ce qui est le plus probable, considérant la matière ou l’univers comme ce qui est le plus improbable. C’est bien ainsi que l’entend Siger de Brabant au XIII ème siècle quand il s’étonne : « Pourquoi y a –t-il quelque chose plutôt que rien ? », considérant le quelque chose comme anormal par rapport au rien. C’est bien ce que pensait Aristote, pour qui la matière (hylé) est vide de forme et inaccessible, mais partout présente, potentiellement en attente de forme, et de ce fait plus probable dans le monde que le vide (rien) ou la forme. La hylé c’est son vide à lui, en attente d’informa(tion). Le vide-rien n’existe pas.

Dans chaque situation, un degré zéro définit une normalité que le langage métaphorise comme le vide .

Y a-t-il donc un vide pour chaque système physique ?

Bien sûr.

La théorie quantique se conforme à ce point de vue en appelant vide, l’état fondamental de tout système microphysique, en particulier lorsqu’il s’agit de champs. Le vide quantique c’est l’état sans excitations. Mais ce n’est qu’un simple état de « repos » du système et il n’est surtout pas un « rien ». Car le message central de la théorie quantique est dans l’impossibilité d’existence d’un état à énergie nulle, ce qui éliminerait le hasard par l’immobilité absolue.

La physique quantique ramène l’étude de tout objet quantique, les champs en particulier, à la genèse d’excitations à partir d’un vide quantique convenablement défini, considéré comme origine. Toute la théorie quantique des champs passe son temps à définir et à redéfinir le vide lors du changement des conditions physiques (modification des conditions matérielles et des types d’interactions). C’est une chronique des changements de vide, dont le célèbre effet Casimir est le paradigme universel. La physique quantique met pleinement en lumière le rôle fonctionnel du vide quantique, comme source théorique des manifestations du réel.

Ainsi un atome d’hydrogène isolé, sans interactions, est associé par la mécanique quantique à l’état le plus fréquent, le plus probable. L’état fondamental disent les physiciens, qui l’opposent aux états excités plus riches en énergie. L’état fondamental, c’est le vide. Il est vide d’excitations. Or ce sont précisément les excitations qui sont les seules sources de notre information expérimentale sur l’atome d’hydrogène. Rappelons que c’est parce qu’il reproduisait avec exactitude toutes les raies du spectre de l’hydrogène que Schrödinger a cru au miracle de son équation, et les autres avec lui.

Notons là que le physicien puise dans son stock d’images du sens commun pour nommer un objet mathématique qu’il vient de construire. Son discours est révélateur.

Ecoutons le parler d’état fondamental (ground state en anglais, Grundsatz en allemand ). C’est l’état correspondant au minimum d’énergie du système, le niveau d’énergie fondamental.

On le voit jouer là avec l’idée de fondement tout comme avec celle de fond. Il construit une base sur laquelle il va s’appuyer, un fond sur lequel les phénomènes vont se déployer.

Certains physiciens ont même commis le lapsus de désigner cet état de vide comme l’état normal.

L’intérêt de la mécanique quantique est de démonter explicitement le mécanisme de construction du vide comme mécanisme fondamental de la représentation du réel. Une stratégie cognitive. C’est pour cela que nous allons nous y attarder.

 

Le vide est une référence cognitive ou perceptive ?

Tout à fait.

La musique va nous fournir des exemples intéressants.

Il serait faux de croire que les silences musicaux jouent le rôle de vide. Il n’en est rien, car les silences constituent des informations très importantes. Dans le développement de la phrase musicale ils constituent comme les sons autant de surprises essentielles.

Par contre, le son obtenu lorsque l’on attaque la corde d’un violon avec l’archet est un son fondamental, par référence aux sons obtenus si de plus on effleure de l’autre main la corde au point moitié, tiers, quart… On obtient ainsi des sons très doux que l’on appelle les sons harmoniques et qui sont les « excitations » du son fondamental, jouant ici le rôle de vide. Tout comme pour l’atome d’hydrogène.

Il y a donc autant de vides que de sons fondamentaux.

Mais plus étonnant encore la musique cherche à construire des vides universels. C’est à dire des phénomènes sonores dont la régularité périodique exclut toute surprise pour l’auditeur mais lui permet de prendre appui pour évaluer les sonorités.

C’est le cas du diapason. Un son (le la 435 par exemple) qui sert de référence aux autres sons. L’histoire et la notion de diapason sont suffisamment complexes pour illustrer la complexité de la notion de vide en musique. Sans parler de la basse continue en musique baroque ou du lancinant fond sonore créé par le tanpura dans la musique traditionnelle indienne.

On voit sans équivoque que la notion de vide s’assimile aisément à celle de fond, et que la relation vide-objet/phénomène est tout à fait identique à la fameuse relation fond-figure mise en avant par la psychologie gestaltiste. Il s’agit dans les deux cas de la même stratégie de représentation de la réalité perçue, avec toutes les ambiguïtés qui s’y rattachent. Le vide comme le fond sont des constructions mentales. Nous y reviendrons longuement.

Ainsi le vide n’est pas ce que l’on croît d’ordinaire. En particulier lorsque l’on dit que la nature a horreur du vide.

Bien sûr que non. Le vide est un concept désignant quelque chose qui n’apporte pas d’information par lui même, mais permet de situer ou de donner un sens à des objets ou des évènements. Vide ou espace vide jouent le même rôle.

Le vide est neutre en quelque sorte ?

Voilà une des grandes idées derrière le concept de vide. Le vide est neutre. Tout comme le zéro, il se tient entre les choses. Neutre pour bien faire référence et permettre de distinguer les choses. Pensez au rôle décisif que joue le zéro en mathématique. C’est à juste titre que la servante du professeur Cosinus, s’étonnait, à la vue d’une équation au tableau noir, qu’il faille écrire tant de choses pour finir par les déclarer égales à zéro. Mais il aurait été trop long de lui expliquer qu’il ne faut pas confondre le neutre et le rien.

Si le vide se tient entre les choses c’est donc en quelque sorte un médiateur ?

Tout à fait.

Un médiateur c’est ce qui concilie les oppositions. Le vide, sous des noms divers, l’éther ou la quintessence, se manifeste toujours comme un médiateur. Conciliateur et intermédiaire. Révélateur sans doute. C’est le rôle que les alchimistes attribuaient à la quintessence, dont ils faisaient dépendre les transformations chimiques entre les éléments. Transformer le mercure en or ne se fait pas sans intermédiaire.

Les alchimistes n’ont pas trouvé la quintessence, mais la science moderne n’a-t-elle pas identifié le vide ?

Pascal en effet pensait l’avoir trouvé. Le vide des pots de confiture, de nos lampes électriques et de nos tubes de télévision semble lui donner raison. Et pourtant dans ce vide là il y a de la lumière. Il faut bien que cette lumière s’appuie sur quelque chose pour se propager. A moins de s’appuyer sur elle même…..

Est ce là l’idée de l’éther ?

Oui. Mais ce quelque chose appelé éther, et qui serait comme un « milieu du vide » n’a reçu ni modèle satisfaisant, ni confirmation expérimentale. Et cela malgré les efforts des plus grands savants du XIX ème siècle, qui ont créé la science de l’électromagnétisme. Pour en finir, Einstein, avec la théorie de la relativité restreinte, a mis à mort cet éther là. Ce qui ne l’a pas empêché de refaire surface avec obstination sous des jours nouveaux.

Tout comme le rêve des alchimistes, le rêve de la science moderne s’écroule-t-il donc ?

Oui. Ni la quintessence, ni l’éther n’ont pu être saisi comme substance. Tout comme l’échec de la recherche de la quintessence a poussé l’alchimie hors du domaine opératoire vers une activité spéculative, l’échec de la mise en évidence de l’éther a poussé la science su XX ème siècle vers une démarche de plus en plus spéculative et abstraite, fondée sur les mathématiques. Comme si les équations en savaient plus que nous.

Que dites vous là ! La science contemporaine n’a-t-elle pas mis la main sur les atomes, les molécules et les particules élémentaires ?

Bien sûr. Elle a prouvé l’existence des atomes et des particules. Elle montre et voit les atomes. Mais en fait elle ne sait pas vraiment ce qu’elle voit sous le nom d’atome. On a pu dire que « l’atome d’hydrogène c’est l’équation de Schrödinger de l’atome d’hydrogène ». Ce n’est pas une boutade.

Expliquez vous.

La mécanique quantique pratique à sa manière une politique de la « terre brûlée » en adoptant une stratégie de la « boîte noire »[3].

La physique quantique expérimentale montre que tout système microphysique se comporte comme une espèce de caméléon. Selon les circonstances, selon la manière dont on l’interroge il présente des propriétés laissant penser tantôt qu’il est une particule tantôt qu’il est une onde. En fait il n’est ni l’une ni l’autre, ni d’ailleurs les deux à la fois. Il est un quelque chose, on ne sait pas quoi. On peut seulement en décrire les réponses aux sollicitations extérieures sans expliquer l’origine de ces réponses. Cette situation de boite noire est mise en forme mathématiquement par la mécanique quantique, qui a pour vertu essentielle d’apaiser cette contradiction entre les ondes et les particules en introduisant un objet mathématique caractéristique de la boite noire : l’état[4]. L’histoire du système physique va se réduire à la spécification d’états. L’état fondamental ou état vide et les états excités.

C’est l’état qui contient toute l’information disponible sur le système microphysique dans la mécanique quantique[5].

C’est autour de cette notion centrale d’état que se concentre toute la vertu cognitive de la mécanique quantique.

En particulier le vide quantique est un état et non pas une substance.

Qu’est ce que le vide quantique ?

Plus précisément on réserve le nom de vide quantique à l’état fondamental (vide) d’un système quantique particulier comme le champ électromagnétique ou tout autre champ. En l’absence de lumière il semble subsister quelque chose que l’on caractérise mathématiquement par « l’état vide du champ électromagnétique quantifié ». Le vide quantique[6].

Le vide quantique n’est pas une substance.

Effectivement c’est un concept mathématique dans une théorie abstraite, la théorie quantique des champs. Mais à force de l’évoquer les physiciens se laissent prendre au jeu de rêver d’une substance qu’ils ne peuvent surprendre en flagrant délit.

Cette substance imaginaire serait responsable de bien des phénomènes de la nature. Depuis l’émission de la lumière (par frottement de la matière contre le vide) jusqu’à l’apparition de l’univers tout entier (émergeant du vide immense réservoir d’énergie et de particules).

Est ce un fantasme ?

Oui et non. Interrogez les psychanalystes.

C’est sans doute un bouc émissaire conceptuel. Le vide quantique permet d’exprimer les propriétés de la matière et des interactions en recourrant à un médiateur mathématique, faute sans doute de pouvoir le faire directement.

Ecoutons Louis de Broglie, celui par lequel le scandale est arrivé. Toutes les particules matérielles, électrons, neutrons, atomes, molécules…..l’homme, sont accompagnés d’un phénomène ondulatoire (l’onde de de Broglie). Autour de chaque particule il ne peut y avoir le vide. Mais quoi donc alors?.

De Broglie se méfie des formalismes de la théorie quantique des champs:

« Il faudrait être bien naïf pour penser que toutes ces petites jongleries avec des symboles “démontrent” l’existence des corpuscules ou encore qu’elles nous apprennent ce qu’est un corpuscule dans la réalité physique. Elles nous montrent simplement que le formalisme de la seconde quantification des bosons est compatible avec l’existence des particules. C’est là une condition qui est nécessaire pour que cette théorie soit acceptable, mais qui à mon avis n’est pas suffisante pour en faire une théorie des bosons vraiment complète et satisfaisante du point de vue physique. »

Et pourtant il cède au charmes subtils de cette théorie et se plait à imaginer un substratum universel ou un milieu subquantique caché…….tout en hésitant entre un “vide” milieu matériel et un “vide” état quantique, reflet de potentialités.

« Ces constatations ont amené la Physique quantique contemporaine à devenir de plus en plus consciente du fait que ce que nous nommons le vide n’est pas du tout un milieu dénué de propriétés physiques, mais bien plutôt une sorte d’immense réservoir ( d’énergie, a-t-il écrit puis barré sur son manuscrit) d’où peuvent émerger au niveau microphysique des unités ou des paires corpusculaires et où aussi ces unités et ces paires disparaissant du niveau microphysique peuvent s’engloutir.

Si cette conception est exacte ( et il semble bien aujourd’hui qu’elle le soit) il y aurait trois niveaux de la réalité physique.

1° le niveau macrophysique des phénomènes macroscopiques directement observables à notre échelle qui est le domaine propre de la Physique dite “classique”;

2° le niveau microphysique ou quantique qui est celui des molécules, des atomes, des noyaux ou plus généralement des particules élémentaires, qui est le domaine propre de la Physique quantique;

3° enfin le niveau le plus profond, hypomicrophysique ou subquantique pourrait on dire, constitué par ce ” vide” réservoir immense d’énergie sous jacente dont nous ignorons encore presque tout. Les mots nous trahissent pour désigner ce niveau profond de la réalité: le mot vide ne convient pas du tout car rien ne serait plus plein que ce vide. L’expression “substratum universel” ( ou une autre de ce genre ) serait meilleure.

J’emploierai cependant habituellement le mot vide couramment usité, mais vous devez imaginer qu’il doit être mis entre guillemets (“le vide”).

Nous ne savons pas si, quand un boson apparaît au niveau microphysique sortant du “vide”, il existait déjà dans ce substratum à l’état préformé, ou s’il est “créé” au moment de son apparition. Nous ne savons pas davantage si, quand un boson disparaît du niveau microphysique pour s’engloutir dans le “vide”, il subsiste dans ce substratum dans un état indécelable ou s’il est “détruit” au moment de sa disparition. »

Cours professé à la Sorbonne durant l’année scolaire 1957-1958. (Inédit)

« On est évidemment amené à penser que toute particule, même quand elle nous paraît isolée, est en contact avec un milieu subquantique caché qui constitue une sorte d’invisible thermostat…..La particule échangerait ainsi continuellement de l’énergie et de la quantité de mouvement avec ce milieu subquantique………

Dès qu’on a admis l’existence d’un “milieu subquantique” caché, on est amené à se demander quelle est la nature de ce milieu. Il a certainement une nature très complexe. En effet, il doit d’abord ne pas pouvoir servir de milieu de référence universel, ce qui serait en opposition avec la théorie de la Relativité. De plus nous verrons qu’il se comporte non pas comme un thermostat unique, mais plutôt comme un ensemble de thermostats dont les températures seraient reliées aux énergies propres des diverses sortes de particules…… ».

La réinterprétation de la mécanique ondulatoire. 1971 [5]

Chaque particule emporte son vide propre. Il n’y aurait pas de Vide unique, mais des phénomènes particulaires que l’on représente comme particule et vide associé. Il y’a gros à parier que la réalité est très proche d’une telle conception……

Et de plus il y’a un phénomène ondulatoire! C’est bien là à nouveau le type de défi à l’imagination que présentait l’éther.

L’austérité de la mécanique quantique n’empêche pas les physiciens de rêver.

Est ce donc une fiction commode ?

Dur à dire. En tout cas c’est ce qu’aurait pensé Poincaré.

Et pourtant toute la technologie récente, qui sera la technologie quantique du XXI ème siècle ne cesse d’invoquer « l’igénièrerie du vide ». Sans oublier les sommes importantes dépensées par la NASA pour tenter « d’extraire de l’énergie du vide ».

Les alchimistes franciscains recherchaient la quintessence comme un remède à la faim et à la misère dans le monde. Nous utilisons « le vide » comme un recours universel pour tout ce que nous ne savons pas expliquer.

Matthews, correspondant scientifique du Sunday Telegraph, exprime une opinion que bien des physiciens partagent :

« Chaque fois que vous allumez la lumière, vous assistez à un phénomène dont les physiciens pensent qu’il pourrait être la clef du big-bang……..

Solution du cauchemar du cosmologiste, explication de la gravitation et remède à la crise mondiale de l’énergie?

Le danger est de voir le Vide devenir la réponse de tout un chacun pour tout. Mais il semble que ce soit un pari sûr de voir vraisemblablement les théoriciens du vide rencontrer quelques grandes surprises dans les années à venir.

Les philosophes avaient raison: la nature a horreur du vide. Il se peut bien que les savants du prochain siècle en soient amoureux. »

New Scientist. February 1995

Le vide quantique reflète-t-il une conception universelle du vide?

Certainement. Car il semble bien que la notion de vide soit une catégorie assez bien définie de la connaissance. Catégorie que le vide quantique illustre parfaitement. Le vide quantique apparaît en effet comme une construction abstraite destinée à permettre une interprétation « d’objets » des évènements du champ d’observation, en distinguant ce qui semble normal de ce qui s’avère exceptionnel. Une façon de « chosifier » les évènements. Pour pouvoir jouer ce rôle de révélateur et de médiateur il doit comporter une information propre aussi réduite que possible. La seule information fournie par le vide se présente comme un « bruit de fond » ( les fluctuations du vide). La seule manifestation propre du vide c’est le bruit de fond. Elle révèle l’existence de ce fond qui sert de médiateur entre partenaires, de référence aux phénomènes. Le vide a cette qualité de neutralité informationnelle, cette discrétion propre nécessaire pour pouvoir participer à tout phénomène expressif. C’est le support même de l’expression.

L’expression est d’une manière générale la traduction d’une différence. Nous ne percevons que des différences comme l’a si bien exprimé Gregory Bateson dans sa conférence « Form, substance and difference » (1970) . Le vide est une construction qui permet l’expression des différences. La mécanique quantique représente les excitations comme des différences par au vide pris comme référence. De même la musique est une architecture des différences (ou des rapports) et s’emploie à les représenter au moyen de sons de référence. Selon le mot de Bateson, l’information est une différence qui fait la différence. Le vide (tout comme l’espace) est un concept nécessaire à la plupart des représentations (expressives) du monde.

De par sa généralité le concept de vide se prête à la métaphorisation au même titre que celui de corps. Le vide comme le corps sont des métaphores du fondement (fond). Ils font partie de ces métaphores qui permettent la formulation des grands principes de la physique et des grands principes de l’activité connaissante du sujet humain.

Etonnant. La physique contemporaine utilise le vide comme métaphore.

La physique a toujours été une grande consommatrice de métaphores, ne fut ce que par son utilisation systématique de l’analogie dans l’activité de modélisation, en particulier dans la culture cybernétique contemporaine.

La métaphore est le carrefour d’un transfert d’idées véhiculées par les mots et rendant le langage opératoire. Comme telle elle est essentielle dans tous les processus de formation de modèles qui font avancer la connaissance (scientifique). Lorsque Maxwell considère un champ électrique comme un fluide ou un atome comme une boule de billard, lorsque Bohr considère l’atome comme un petit système solaire, ils ne se bornent pas à utiliser des images pour mieux représenter. Ils transfèrent d’un domaine à un autre tout un ensemble de concepts qui vont enrichir la connaissance.

Des métaphores prenant appui sur Dieu et la Nature sont historiquement liées à la formulation de certains des principes les plus généraux de la physique moderne. La sagesse de Dieu, la simplicité de la nature, sont des sources de métaphores à l’origine de l’expression des principes de conservation chez Leibniz ou du principe de moindre action chez Maupertuis. Simplicité et conservation (symétrie et conservation) , principes variationnels sont l’âme fertile de la physique.

Au XI ème siècle le grand philosophe juif Maïmonide remarquait déjà que l’homme ne se figure l’existence qu’à travers la conscience du corps et qu’il applique cela tout naturellement à Dieu. Il le regrettait évidemment. Nous devons constater le rôle scientifique considérable joué par les métaphores du corps en particulier dans les problématiques de l’espace, du vide et de l’éther. Mais la notion de corps ne va pas de soi, pas plus que celle d’espace ou de vide. Ce que nous pouvons dire du corps peut en général se dire du vide. Le corps se présente tantôt comme une réalité objective, une chose, une substance, tantôt comme un signe, une représentation, une image. La psychanalyse freudienne va jusqu’à considérer le corps comme une fiction, à l’entrecroisement du fantasme, de l’inconscient et de l’imaginaire. Le corps devient alors une véritable construction à l’intérieur d’un système signifiant abstrait. N’en est-il pas de même du Vide dans le physique contemporaine, où la mécanique quantique raconte une fiction dans un espace mathématique abstrait (l’espace de Hilbert). Entre le Sensorium de Dieu chez Newton et le Vide Quantique, n’est ce pas le même fantasme qui est à l’œuvre.

Je ne manipule pas l’espace, je ne joue pas avec lui,
Je le déclare
Barnett Newman

Le vide comme métaphore de la figure et du fond.

Le physicien contemporain, spécialiste de mécanique quantique, jette alors un regard étonné et gourmand sur les pratiques de la représentation artistique, qui lui révèlent les caractères de sa propre pratique. Il découvre que toutes les expressions artistiques ont recours à la construction de fonds et que la problématique figure-fond mise à l’honneur par la psychologie gestaltiste est récurrente dans bien des domaines. Avec chez de très nombreux artistes ou critiques le sentiment profond que le vide et le fond sont un même combat pour l’expressivité.

Le physicien sait bien qu’il partage avec l’artiste la recherche de la représentation avec le dilemme commun du réalisme et de la mimésis. Qu’est ce que la théorie physique saisit du réel ? Il perçoit bien que le vide quantique est une construction mathématique. Il découvre en y réfléchissant qu’il n’y a pas de fonds dans la nature. Il n’y a que des arrière- plans sauf les jours de grand brouillard ou dans les situations de brouillage informationnel.

Le fait que le fond soit une construction mentale a été révélé par la considération systématique des instabilités fond-figure chez les gestaltistes. Le fond comme le vide est introduit par le créateur pour satisfaire aux exigences cognitives du cerveau humain. Introduire ou reconnaître un fond signifie avant tout que l’on est en position de représentation et non pas en situation de mimésis. Le fond comme le vide affirment l’aspect fonctionnel de l’œuvre au dépens de l’aspect ressemblance. Et ceci dans tous les domaines où la notion de fond est pertinente, en peinture, en musique, en littérature même.

Le physicien reconnaît là une doctrine plus générale de la physique, où à strictement parler l’espace n’existe pas en lui même mais s’avère comme un moyen perceptif ou mathématique pour traduire l’existence des objets et leurs interactions. C’est là une des grandes leçons de la relativité générale qui montre la non indépendance de la matière et de l’espace, la non autonomie de l’espace. La matière dit à l’espace comment se courber. En l’absence de matière l’espace est plat, vide disons nous. C’est la situation normale. La présence de matière est pathologique. « La matière est une maladie de l’espace » dit joliment René Thom.

Schopenhauer a très bien perçu le caractère conventionnel de l’espace (vide) comme intermédiaire imperceptible mais nécessaire à la représentation des choses :

« La preuve la plus convaincante et aussi la plus simple de l’idéalité de l ‘espace est que nous ne pouvons pas faire abstraction de l’espace, contrairement à tout le reste. Nous ne pouvons que le vider. Tout, tout, nous pouvons tout éliminer de l’espace par la pensée, le faire disparaître, nous pouvons également très bien concevoir que l’espace entre les étoiles fixes soit absolument vide, et ainsi de suite. Il n’y a que l’espace même dont nous ne puissions d’aucune manière nous débarrasser. Quoique nous fassions, où que nous nous postions, il s’y trouve et n’a de fin nulle part, car il est à la base de toutes nos représentations, il en est la condition première »

Parerga und Paralipomena

II è partie. Leipzig. 5 vol. t.5, p57

Ce texte est cité et traduit par Pierre Schneider dans la monumentale étude qu’il consacre au fond en peinture : « Petite histoire de l’infini en peinture ». [6]

Notre physicien lit cet ouvrage avec un intérêt passionné, notant au passage toutes les similitudes entre le vide et le fond. Les clins d’œil sont incessants et il s’amuse à voir l’auteur se débattre avec succès dans tous les pièges de la langue, et toutes les difficultés qu’il y a à jongler avec les termes vide et rien.

Il reconnaît d’emblée que le fond est une création artificielle qui rend l’image visible :

« J’appelle fond ce qu’il y a quand il n’y a plus rien derrière. Rien, c’est à dire le vide, et si l’on pousse plus avant, le support – mur, toile, feuille de papier, plaque de métal ou de pierre. Le support sert de fond, il n’est pas le fond……

Le fond c’est nous qui l’apportons, c’est l’image qui le greffe sur la pierre ou sur la toile aveugle, qu’elle transforme ainsi en support faute de quoi elle demeure invisible » (p.14).

Le fond c’est le rien de l’image, et c’est ce rien là qui rend l’image visible. Mais cette image est loin d’être illusionniste, elle s’affirme image.

« L’image ne se confond plus, ne saurait plus être confondue avec son support matériel. Entre elle et lui s’insère comme en peinture, ce vide que l’homme transporte avec lui où qu’il aille et que j’appelle fond » (p.22 ).

Le fond pour ne pas confondre. Le vide pour distinguer les phénomènes et les particules. Le vide et le fond pour bien marquer la distinction entre l’œuvre et le modèle.

« Il (le peintre) sait que sa tâche, qu’il le veuille ou non, sera d’abord de montrer ce qui l’en (du modèle) sépare – le vide, le fond, l’Abgrund…… » (p. 23 ).
« ….s’interjecte entre les figures et le support, ce vide énigmatique que j’ai nommé fond. » (p. 20 ).

Dans un carnet utilisé en 1858 et 1859, Degas note : « Il faut que je pense aux figures avant tout, ou au moins que je les étudie en pensant seulement aux fonds ».

« Tout ce qui entre dans la composition des images relève soit des figures soit du fond. L’arrière plan est une figure qui se veut aussi grande que le fond afin de se substituer à lui et l’empêcher ainsi d’envahir le champ pictural….Le fond perdu (Abgrund), modalité du fond (Grund) s’en distingue par sa profondeur illimitée….

Ces fluctuations du rapport des figures et du fond composent une histoire de la conscience (et, en creux, de l’inconscient). » (p.16 ).

L’arrière plan est un faux fond. Faux vide et vrai vide. Instabilité du vide. Echange entre figures et fonds dans les illusions gestaltistes.

Tout vient du fond et y retourne
Joan Miro

Le fond comme vide créateur en peinture.
Vous pensez sans doute tout d’abord à l’icône orthodoxe ?

Le fond joue dans la peinture d’icônes un rôle considérable. Il est l’objet de tous les soins du peintre depuis la préparation de la tablette de bois avec ses enduits divers, jusqu’aux dorures et aux différentes applications métalliques, y compris éventuellement la couverture presque totale de l’icône par une châsse en argent ciselé.

Entre le fond et le vide la peinture d’icônes établit une correspondance métaphysique éblouissante. D’autant plus évidente que la théologie orthodoxe a partie liée avec l’apophatisme, qui prend racine chez Plotin et Pseudo Denys l’Aréopagite. Une théologie négative qui s’épanouit chez Maxime le Confesseur, Jean de Damas, le défenseur des icônes, et Grégoire Palamas, l’initiateur de l’hésychasme. Une théologie négative qui donne aux fonds dans l’icône des privilèges incomparables que Malevitch traduira a sa façon par ses tableaux manifestes du Carré Noir et du Carré Rouge. Avec cette attitude extrême de certains iconographes qui voudraient exprimer « le vide de l’icône » en prétendant avoir réalisé une icône dans un support en bois recouvert d’une feuille d’or.

Car le fond d’or dans l’icône est un vide rayonnant fondamental. Les traités d’iconographie le dénomment lumière. Il est à la fois mur et lumière, pour marquer la limite de l’inaccessible et la médiation lumineuse entre la divinité et le monde. Un éther lumineux impalpable et présent. Tout comme l’iconostase dans l’église orthodoxe.

Le prince Troubetskoi, fameux pour ses études de l’iconographie, écrit justement dans « Deux mondes dans l’iconographie russe » (1916) [7] :

« Et voici sans doute le fil conducteur : la mystique de l’iconographie est avant tout une mystique du soleil au sens spirituel le plus haut….Si belles que puissent être les autres couleurs du ciel, c’est l’or du soleil à son zénith qui symbolise « la lumière des lumières » « le miracle des miracles »…

Seul, Dieu qui resplendit comme le soleil est la source de la lumière royale ; les autres couleurs qui l’entourent expriment la vraie nature de la création, le ciel et la terre glorifiés qui constituent le temple vivant du Seigneur, le temple « non créé de main d’homme ».

Dans ce même texte, Evgeni Troubetskoi tente d’expliquer la représentation courante de la Sophia – Sagesse de Dieu-, sur un fond très sombre, voire noir :

« Nous voyons dans ces icônes Sophia assise sur un trône, sur le fond bleu foncé d’un ciel nocturne étoilé…..Toute la Sagesse a créé le monde, chante-t-on dans les cantiques d’église. Cela signifie que la Sagesse, c’est précisément ce dessein créateur de Dieu, par lequel toute la création céleste comme terrestre vient à l’être à partir du non-être, à partir des ténèbres nocturnes……

La représentation de Sophia dans l’icône novgorodienne se présente comme un commentaire iconographique du début de l’Evangile selon Saint Jean. Les mots « Au début était le Verbe » par un évangile sur l’autel. L’image du Christ directement sous l’évangile renvoie à « Et le Verbe était Dieu ». Dans l’icône Sophia est mise en relation directement avec le Verbe « par lequel tout est advenu ». Quant à l’obscurité nocturne elle fait allusion au verbe et à la lumière qui brille dans l’obscurité, sans que celle ci s’en saisisse. »

La lumière de Dieu et le monde jaillissent des ténèbres comme la lumière et les particules jaillissent du vide.

Remarquons d’ailleurs que les fonds noirs sont fréquents dans l’icône ajoutant à leur signification et à leur mystère un effet dramatique certain. Quant aux fonds rouges dans les icônes de Saint Georges terrassant le dragon ou du prophète Elie sur son char, ils sont trop connus pour qu’il soit besoin de les rappeler ici.

Revenons au fond noir en peinture comme représentation du vide d’où surgit la création, les figures en particulier. Effet dramatique et puissance symbolique s’allient pour tenter de nombreux peintres, notamment à la Renaissance. Qu’à l’époque de la mimésis perspectiviste de nombreux peintres aient eu recours aux fonds noirs (espaces vides) est révélateur de la puissance expressive du fond. Les portraits, essentiellement de profil, surgissent du fond noir qui les porte et les crée.

Le fond noir crée un effet d’apparition que recherche effectivement toute stratégie de renforcement de l’expressivité des figures par la mise en place d’un vide. On rêve d’une exposition qui réunirait ces amoureux du fond noir[7]. Piero della Francesca et le portrait de Sigismondo Pandolfo Malatesta au Louvre. Lorenzo Lotto et son portrait de femme du Musée de Dijon, ou la Madone à l’enfant avec saint Flavien et Saint Onophrius de la Galerie Borghèse à Rome, ou bien encore le Mari et sa femme du Musée de l’Ermitage. Que dire d’Antonello da Massina et de son Condottiere du Louvre ! Et de Domenico Ghirlandaio et de son portrait de Giovanna Tornabuoni de la collection Thyssen à Madrid. Sans parler de Raphaël….. et de Dürer.

Eloge du noir. Eloge du vide.

Le concept de fond ne déborde-t-il pas largement le domaine de la peinture ?

Bien sûr, car c’est au même titre que le vide un concept très général. Le fond comme le vide opèrent dans la description du monde un découpage simplificateur. Ils participent de la stratégie cognitiviste de reconnaissance d’objets. Ils sont tous les deux relatifs et dépendent du type d’attention que nous portons aux évènements.

Différents auteurs ont tenté d’examiner le rapport fond-figure dans d’autres domaines que celui de la peinture, et d’étendre la théorie de la gestalt à la musique ou à la poésie, voire à la littérature. Ainsi un théoricien de la poésie comme Reuven Tsur a essayé de montrer que les aspects esthétiques parmi les plus intéressants concernant le rythme poétique, les figures de la rime et la forme des stances, ne pouvaient être compris qu’en ayant recours à la théorie de la gestalt. Dans un article récent il s’intéresse plus particulièrement à la relation figure-fond : « Metaphore and figure-ground relationship. Comparisons from poetry, music and the visual arts » [8]. Cette relation figure-fond ne lui paraît pas générale en littérature ou en musique. Il cherche à la concrétiser en examinant différentes interprétations de la Sonate au clair de lune de Beethoven. Mais il met surtout en relief la manipulation de l’arrière plan en musique et non pas tant celle du fond. L’arrière plan n’est pas le fond, ni en musique, ni en peinture, ni en littérature.

Par contre il discute les propositions d’un autre linguiste, Margaret Freeman, qui a étudié la manière dont on perçoit le temps à travers ses différentes métaphores, en s’appuyant sur la poésie d’Emily Dickinson. Le temps peut être perçu comme une figure par rapport à un fond, ainsi lorsque l’on parle du temps comme d’un remède. « Le temps guérit tous les maux ». Mais lorsque l’on dit que « L’amour subit l’épreuve du temps », le temps est le fond sur lequel s’éprouve l’amour. En fait le physicien voit bien là comme pour le vide, la distinction entre le temps évènementiel, irréversible et riche en information, et la durée-le temps cinématique, vide d’information. La distinction entre ce qui constitue un phénomène, un évènement, et ce qui se coule dans la banalité et la normalité.

Donnons encore un exemple pour illustrer la manière dont notre conscience perçoit le monde en y distinguant le normal et la pathologique.

Le peintre russe Wroubel, maître de la peinture fantastique à la fin du XIX ème siècle, écrit à un ami à propos de son oeuvre « L’huître perlière » :

« Si tu imagine de peindre quelque chose de fantastique- tableau ou portrait- commence toujours par un morceau quelconque que tu peindras d’une manière tout à fait réaliste. Dans un portrait, cela peut être un anneau sur un doigt, un mégot, un bouton, un détail quelconque peu remarquable, qu’il faut cependant réaliser avec toutes les minuties, directement d’après nature. C’est comme le diapason pour le chant choral – sans un tel morceau, toute ta fantaisie sera chose fade et pensive – mais pas du tout fantastique. »

Le réalisme comme un diapason pictural permettant de faire ressortir le fantastique. Le réalisme, c’est la normalité. Le fantastique, c’est l’anormal.

Tout comme l’étude de l’imaginaire, l’étude du fantastique définit un champ très riche pour la sémiotique. Une apparente logique conduit la plupart des théoriciens à définir le fantastique par opposition à la notion de réalité. Roger Caillois parlait « d‘une irruption insolite presque insupportable dans le monde du réel ». Et Gérard Prévot écrivait dans son journal : « Le fantastique naît du vide » [9], alors que le philosophe Clément Rosset déclare : « le vertige fantastique n’est pas la sensation d’un manque mais la découverte que le réel est lui même le rien ». [10].

La banalité du réel le désigne comme le fond (vide) du fantastique.

Le savant comme l’artiste ont en définitive recours aux mêmes procédés pour catégoriser et représenter le monde.

Cela traduit-il une profonde unité du monde ?

On ne peut pas se prononcer sur la réalité du monde et sur l’existence d’une réalité unique sous jacente. Mais on peut chercher à déceler dans le mode de fonctionnement des systèmes symboliques l’unité des discours à travers lesquels nous représentons le monde.

Le physicien sait bien que toute la théorie physique s’articule autour de principes extrémaux et de principes d’invariance. Les principes extrémaux mettent en jeu des concepts informationnels, comme l’entropie par exemple. Le physicien quanticien devrait toujours avoir présent à l’esprit que les états qu’il construit, l’état vide en particulier, sont les états les plus probables et résultent de propriétés d’invariance adiabatique.

Les principes que le physicien utilise pour organiser le monde sont forcément des principes généraux qui gouvernent le fonctionnement de la perception et de la connaissance. Cette organisation est sans doute optimale et répond à certains critères de simplicité. On ne peut pas ne pas être frappé par le grand courant d’idées contemporain qui cherche à réunir dans une même formulation quantitative les concepts de complexité, de calculabilité, de simplicité, de compression des données…[8].Une activité qui trouve à s’exprimer dans l’analyse d’image et dans la vision artificielle. Présentés comme nous l’avons fait, les concepts de vide et de fond, s’insèrent naturellement dans cette perspective, où l’homme cherche à séparer le monde en objets riches d’information et en objets pauvres, à opposer le désordre à l’ordre, à repérer l’inexprimable face à l’exprimable. Un effort naturel de catégorisation dans un univers complexe qui se prête avec plus ou moins de bonheur à cet emprisonnement dans les modèles cognitifs.

Le vide et le fond relèvent de cette stratégie.

Mais comme le dirait Schéhérazade, laissons cette histoire pour une autre nuit……

Références bibliographiques

1. D. KAHNEMAN, P. SLOVIC and A. TVERSKY, eds. Judgment under uncertainty : heuristics and biases. Cambridge U.P. 1982.

2. B. SMITH and R. CASATI. Philosophical Psychology. 7/2, 225-244, 1994. Naive physics: An essay in ontology.

[ http://ontology.buffalo.edu/smith//articles/naivephysics.html ]

3. J. PETITOT, F.J. VARELA, B. PACHOUD et J.M. ROY, eds. Naturalizing phenomenology. Issues in contemporary phenomenology and cognitive science. Stanford U. P. . 1999.

4. S. DINER. L’art et l’électricité. Deuxième époque : l’art et le champ. M. MENU, ed. L’art et l’électricité. Editions de Physique. 2002.

5. L. DE BROGLIE. La réinterprétation de la mécanique ondulatoire. GauthierVillars. 1971.

6. P. SCHNEIDER. Petite histoire de l’infini en peinture. Hazan. 2001.

7. E. TROUBETZKOI. Deux mondes dans l’iconographie russe.(1916).

Dans « Trois études sur l’icône » Ymca-Press/ O.E.I.L.. 1986.

8. R. TSUR. Metaphor and figure-ground relationship. Comparisons from poetry, music and the visual arts.

[ http://www.tau.ac.il/~tsurxx/Figure-ground+sound.html ]

9. G. PREVOT. Fragments d’un journal.(Extraits). Dans le recueil : »L’Invité de la Lorelei ». Fleuve Noir. « Bibliothèque du fantastique ». 1999. (p. 629 ).

10. C. ROSSET. Le réel et son double. Folio Essais. Gallimard. 1976. (p. 124 ).

11. N. CHATER. Psychological Review. 103, 566-581, 1996. Reconciling simplicity and likelihood principles in perceptual organization.

12. N. CHATER. Quarterly Journal of Experimental Psychology. 52A, 272-302, 1999. The search for simplicity: a fundamental cognitive principle.

13. P.A. VAN DER HELM. Psychological Bulletin. 126, 770-800, 2000. Simplicity versus likelihood in visual perception: From surprisals to precisals.

14. P. GRUNWALD. Minimum description length and maximum probability. Kluwer. 2002.

 

[1] Sens commun. Physique naïve.

Les développements récents de la psychologie (théorie de la gestalt, psychologie cognitive) et de l’intelligence artificielle (robotique) ont focalisé l’intérêt sur l’étude de la structure du sens commun, c.a.d. du comportement naturel en l’absence de tout appareil théorique. W. Köhler, un des fondateurs de la psychologie de la gestalt, déclarait qu’il n’y a qu’un seul point de départ pour la psychologie, tout comme pour les autres sciences : le monde tel que nous le trouvons de façon naïve et non critique. Il considérait même la physique de l’homme naïf comme bien plus importante d’un point de vue purement biologique que la physique théorique.

Cet intérêt pour la perception pure envahit toute la philosophie au XX ème siècle, de Mach et de la Gestalt à la phénoménologie ( Husserl, Merleau Ponty). Consciemment ou inconsciemment, la physique théorique entretient des passerelles entre ses propres discours et le discours phénoménologique. De la relativité einsteinienne aux théories bayesiennes de la perception du réel, une mathématisation du bon sens est à l’œuvre. Tout en confirmant le jugement de Laplace, la science sait néanmoins qu’il faut souvent se méfier du sens commun, comme l’ont si bien montré Kahneman et Tversky en ce qui concerne le jugement en situation d’incertitude [1]. Nous verrons dans cet article le rapport que la mécanique quantique entretient avec le sens commun.

Smith et Casati [2] ont tenté d’établir certaines des caractéristiques de la physique naïve :

le monde du sens commun est avant tout un monde d’objets

c’est un monde où nous savons distinguer ce qui est « normal » et ce qui à un certain degré est « anormal »

les gestaltistes comme les phénoménologues ont toujours insisté sur l’optimalité des objets percus (économie de pensée de Mach)

le sens commun considère les objets et les évènements/processus comme deux catégories très différentes même si elles interagissent

le monde est organisé d’une manière causale

nous percevons le vide entre les choses et le considérons comme un milieu où se déplacent les objets

La physique quantique sous son appareil mathématique satisfait peu ou prou à ces traits de caractère de la physique naïve. Elle est atomiste, elle sait définir le normal et l’anormal, elle se fonde sur des principes d’optimalité, elle oppose en les contraignant à fusionner les images corpusculaires et les images ondulatoires, elle garantit la causalité et construit son vide.

C’est en ce sens que la mécanique quantique participe au mouvement dit de « naturalisation de la phénoménologie » [3].

[2] Pour le grand public, 2500 ans d’histoire du vide se résument en disant que l’intuition initiale des atomistes, en butte à l’obscurantisme aristotélicien et scholastique, a fini par triompher, sous les coups de boutoir de Torricelli et de Pascal et la mise en évidence des atomes et des particules élémentaires.

L’histoire des idées en dispose autrement en montrant que face à l’atomisme antique s’élabore progressivement une pensée du continu pour laquelle le vide est plein. D’Aristote et des Stoïciens, en passant par Descartes, Huyghens, Faraday, Maxwell et Einstein, l’approche continuiste gagnera en puissance, jusqu’à s’épanouir dans le notion moderne de champ [4].

[3] BOITE NOIRE

Dénomination conventionnelle d’un système dont la composition et les phénomènes internes sont inconnus pour un observateur externe, qui n’a accès qu’à des actions externes (entrées, causes) et des réponses externes (sorties, effets). Tout ce que l’on sait du comportement du système doit (peut) alors être obtenu en étudiant les diverses réactions du système lorsque l’on modifie les entrées.

La boîte noire fait partie d’une démarche caractéristique de la cybernétique, où la structure des systèmes, même lorsqu’elle est connue, est trop complexe pour que l’on puisse déduire le comportement de la prise en compte des parties constitutives et de leurs interactions.

Cette démarche est très générale. Elle se retrouve dans l’étude des systèmes électriques complexes, où l’on ne s’intéresse qu’aux relations entre les entrées et les sorties. Elle domine la psychologie behavioriste qui se refuse à caractériser les processus internes du cerveau (le pourrait-elle?) et se borne à caractériser le comportement par les relations entre les stimuli et les réponses. La Mécanique Quantique ne procède pas autrement à propos des systèmes de la microphysique.

[4] ETAT

L’état d’un système physique est une caractérisation de ce système par l’information que l’on possède sur lui. Ce n’est en général pas une caractérisation descriptive des différentes parties du système. C’est en ce sens que l’état ne décrit pas l’être du système. C’est une caractérisation fonctionnelle du système, permettant d’en calculer l’évolution et les comportements face aux actions qui s’exercent sur lui.

L’état, est en général la caractéristique qui intervient dans les équations différentielles fondamentales de la théorie. L’état est le minimum d’information nécessaire pour calculer l’évolution ou prévoir les réactions.. C’est à la fois la mémoire du système et son potentiel futur. L’état contient donc tout ce qu’il faut savoir du passé pour prévoir l’avenir. C’est un ensemble de variables suffisamment riche en information sur le système.

Un changement d’état correspond à un changement de notre information sur le système. L’état concentre ce que le système a été et ce qu’il peut être.

Ainsi en Mécanique Classique, l’état d’un système de particules est défini par l’ensemble des positions et des vitesses des particules à chaque instant. C’est cet ensemble qui évolue selon les équations de Newton. Seul le présent immédiat intervient, l’évolution passée plus lointaine s’est dissoute dans l’état du moment, mais son information demeure tout en se transformant.

En Mécanique Quantique, l’état d’un système est défini par une fonction d’onde qui, en l’absence d’observation, évolue selon l’équation de Schrödinger. Mais en présence d’une observation ou d’une mesure, l’état est modifié, car l’on acquiert de l’information. Cette modification n’est pas nécessairement une modification physique réelle du système.

La notion d’état en M.Q. est caractéristique d’une démarche qui considère le système physique comme une boîte noire et se limite à donner une caractérisation qui permette de calculer des résultats d’observations possibles lorsque le système est soumis à certaines actions extérieures.

En M.Q. l’état ou la fonction d’onde (représenté par le symbole y ) n’est pas un attribut* du système mais l’attribut d’une procédure (préparation*). Un système physique tout seul n’a pas d’état. On pourrait être tenté de dire qu’un système préparé par une procédure y « se trouve dans un état y ». Cependant cette phrase apparemment innocente conduit à des paradoxes chaque fois que l’on effectue une mesure et que l’état est réduit.

La propriété principale d’un état en mécanique quantique est d’appartenir à un espace vectoriel, un espace de Hilbert et de satisfaire de ce fait au principe de superposition des états. L’état participe à une prise en compte des possibilités du système et constitue l’instrument de base du calcul de probabilité quantique.

Sans altérer l’esprit de ce qui vient d’être dit il faut faire remarquer que la formulation de la mécanique quantique requiert en toute rigueur mathématique l’emploi en plus de la notion de fonction celle de distribution, et par là même en plus de la notion d’espace de Hilbert celle d’ « espace de Hilbert équipé » (rigged Hilbert space). Lors de la formulation initiale de la mécanique quantique ces notions n’existaient pas et Dirac a du y suppléer en utilisant la notion étrange de fonction d. Ceci a suscité et suscite toujours vis à vis des exposés traditionnels un sentiment de malaise de la part des mathématiciens.

[5] MECANIQUE QUANTIQUE ( M.Q.)

Le comportement des particules élémentaires ( électron, proton, neutron……), des atomes et des molécules, ne peut pas être en général décrit par la mécanique classique et la théorie électromagnétique classique. Une nouvelle théorie est nécessaire pour décrire ce que l’on désigne par physique quantique en l’opposant à la physique classique. C’est la Mécanique Quantique.

Ce qui change dans le passage des théories classiques aux théories quantiques, ce ne sont pas tant les lois et les équations, que la conception même des propriétés observables.

Si la position dans l’espace et la vitesse d’un corps semblent naturellement définis en mécanique classique, et constituent des propriétés de ce corps, attachées au corps en l’absence d’observation, il n’en est plus de même en M.Q. Il n’y a plus que des propriétés observables (observables), définies dans le cadre des conditions d’observation (et de mesure). Ces propriétés ne sont plus de simples données sensibles que l’on se borne à enregistrer telles quelles, mais sont le résultat d’une action expérimentale exercée sur le système. Ceci provient de ce que la Mécanique Quantique repose avant tout sur une distinction entre un domaine microscopique (l’objet quantique) et un domaine macroscopique auquel appartiennent les résultats des expériences (observations) effectuées sur l’objet quantique microscopique.

La Mécanique Quantique est une doctrine des observations macroscopiques sur des objets microscopiques.

Mais il ne faut pas penser que la M.Q. a été construite par un examen détaillé des dispositifs expérimentaux. Elle résulte comme toujours d’un coup de force théorique qui instaure une certaine cohérence mathématique. Le rapport à l’expérience ne vient souvent que bien plus tard. En fait la M.Q. a été bâtie sur des expériences de pensée dont la réalisation commence à peine. Aussi la M.Q. nomme observables des quantités physiques observables en droit mais pas nécessairement observables en fait.

La Mécanique Quantique ne révèle pas la structure du système physique, mais la structure de l’ensemble des actions et des réponses possibles.

La M.Q. se présente comme une ” boîte noire”, permettant le calcul des sorties (résultats des observations) correspondant à des entrées ( conditions expérimentales, préparation du système). A la différence d’une boîte noire classique les sorties ne sont pas libres mais médiatisées par la mesure.

Toute la polémique géante sur l’interprétation de la M.Q. porte en définitive sur le statut et le contenu de cette boîte noire. Bohr et l’Ecole de Copenhague prétendent que l’on ne pourra jamais ouvrir la boîte et qu’il n’y a aucune réalité au delà de ce que raconte la M.Q. Bien des physiciens contemporains espèrent au contraire que l’on pourra ouvrir la boîte, mais pensent que l’on y trouvera un être nouveau non descriptible par la mécanique classique. Le problème est de savoir si la boîte noire est dans la Nature ou dans notre tête

Dans ces conditions, la M.Q. formalise mathématiquement deux faits fondamentaux de la connaissance de la Nature:

Il existe des classes distinctes de propriétés qui ne sont pas observables à l’aide du même dispositif expérimental.

Ainsi, par exemple, la propriété position et la propriété vitesse appartiennent à deux classes d’observables non-compatibles, dites aussi complémentaires.

A une même interrogation expérimentale sur un système, correspondent en général de nombreuses réponses possibles, qui apparaissent au hasard et peuvent être affectées de probabilités.

Mais il n’est pas facile de dire, sans ouvrir la boîte noire, si le Hasard est dans le système ou n’apparaît que lors de l’interaction du système avec le dispositif expérimental.

La Mécanique Quantique décrit non pas l’être du système mais son état.

Description mathématique abstraite qui permet de calculer, connaissant l’état, les probabilités des réponses du système aux actions expérimentales. Mais l’existence de classe d’observables non compatibles donne au calcul des probabilités de la M.Q. une structure mathématique différente de celle du calcul classique des probabilités. Cette structure prend en compte un troisième fait fondamental de la connaissance de la Nature:

Les observables non-compatibles ne sont pas indépendantes.

Il y’a entre la position et la vitesse un lien physique profond.

C’est cette non indépendance qui se manifeste dans les fameuses relations d’incertitude de Heisenberg. Elle implique que les observables non-compatibles ne sont pas (avant la mesure) des attributs classiques de l’objet physique.

L’appareil mathématique de la mécanique quantique s’adapte parfaitement à l’ensemble des contraintes expérimentales. Ce n’est pas une description de fait du comportement du système microphysique mais une « spéculation » sur les états de possibilité du système, formalisée par la représentation des états comme vecteurs d’un espace vectoriel , où l’addition des états ( principe de superposition des états) joue le rôle central d’addition des possibilités (probabilités quantiques*), tant que les conditions physiques le permettent (cohérence, décohérence). La mécanique quantique se coule dans le formalisme des espaces vectoriels avec toute sa richesse ( dualité et action des opérateurs linéaires). Cette structure de la boite noire introduit ce que l’on peut considérer comme un réalisme structural

L’interprétation physique de cette dépendance est à nouveau délicate en l’absence d’ouverture de la boîte noire. On peut cependant rapprocher cette propriété de l’apparition pour les objets quantiques de phénomènes en tout point semblables à ceux produits par des ondes classiques ( interférence, diffraction……), révélant le caractère complexe des “propriétés” de l’objet. On est en présence là de la manifestation du “dualisme onde-corpuscule”, lien indissoluble entre des propriétés corpusculaires et des propriétés ondulatoires, inscrit mathématiquement dans la M.Q. à travers la transformation de Fourier* qui relie entre elles la distribution de probabilité de la position et celle du moment. Toute l’information sur la distribution de probabilité du moment est contenue dans la distribution de probabilité de la position. La M.Q. calcule les phénomènes optiques observés pour les particules à l’aide de la représentation mathématique de l’état, appelée pour cette raison fonction d’onde. Les interférences apparaissent du fait que l’addition de deux états donne encore un état possible du système ( Superposition des états en M.Q.).

Les phénomènes “ondulatoires” de la physique quantique peuvent aussi être interprétés comme la manifestation d’une onde associée à toute particule: l’onde de de Broglie. Mais cette onde n’a jamais été surprise expérimentalement ( pas plus que l’onde électromagnétique) et appartient jusqu’à nouvel ordre à l’univers qui se trouve à l’intérieur de la boîte noire.

La non-indépendance des observables non-compatibles a de multiples conséquences, dont la plus importante pour cet article est que l’on ne peut surprendre un système quantique dans une situation où toutes les réponses aux interrogations du physicien aient des valeurs certaines et à fortiori désespérément nulles.

On ne peut donc pas totalement réduire le hasard quantique. Si l’on comprime le hasard dans une classe d’observables, il se déchaîne dans la classe complémentaire. C’est ce qui exclut le repos absolu et le vide absolu.

La Mécanique Quantique a permis non seulement d’interpréter d’immenses zones de la physique, de la chimie ou même de la biologie, mais elle conduit à des applications multiples qui constituent le fondement des technologies de la fin du XX ème siècle. Il apparaît une Technologie Quantique à laquelle la conception du Vide Quantique apporte sa contribution.

[6] VIDE QUANTIQUE

Une des grandes leçons de la Mécanique Quantique est que l’on ne peut surprendre un système microphysique dans une situation où toutes les interrogations possibles du physicien recevraient des réponses certaines, où à chaque question il n’y aurait qu’une seule réponse toujours identique à elle-même. Il n’est donc pas pensable qu’un système microphysique affiche zéro avec certitude et obstination pour toutes les observations.

Le Rien n’existe pas en Mécanique Quantique. Il n’y a pas de repos absolu ou de vide absolu.

Ainsi à la place d’un oscillateur harmonique, qui en mécanique classique peut totalement s’immobiliser ( le repos du pendule ), la M.Q. introduit un oscillateur harmonique quantique, avec un état de plus basse énergie non nulle manifestant un certain “résidu d’activité”. L’état de “repos” contient encore de l’énergie. On parle alors des “vibrations de point zéro”. L’effet de ces vibrations est expérimentalement observé dans le comportement des solides au voisinage du zéro absolu de température. Au zéro absolu (T= -273° C) il y a encore un “mouvement fluctuant résiduel”.

C’est par le biais de la représentation des champs en théorie quantique, comme assemblées d’oscillateurs harmoniques quantiques, que s’introduit la notion de vide quantique aux propriétés fluctuantes.

La Mécanique Quantique et les théories quantiques nomment ” Vide Quantique” tout état d’un système microphysique où l’observable du nombre de corpuscules (particules ou quanta) prend des valeurs toujours nulles et où l’observable correspondant aux propriétés complémentaires ( les caractéristiques du champ par exemple) prend des valeurs dont seule la moyenne est nulle.

Dans un “état de vide quantique” on ne peut détecter de corpuscules, mais l’observable du champ prend des valeurs qui fluctuent autour d’une valeur moyenne nulle. C’est un état de vide de corpuscules mais il y’a toujours un champ présent.

Le Vide Quantique est un état et non pas une substance. Mais ce n’est pas un état de Rien. C’est l’état de référence à énergie minimale pour le calcul des excitations.

Dans le cas du champ électromagnétique, l’observation des fluctuations du champ dans un état de vide quantique ( absence de quanta), “les fluctuations du Vide” est impossible expérimentalement par principe. Si cette observation était possible, on se mettrait en contradiction avec la Relativité Restreinte en exhibant là un repère privilégié. Cependant un certain nombre d’effets expérimentaux peuvent être interprétés et calculés au moyen des fluctuations du vide: l’émission spontanée, l’inhibition de l’émission spontanée dans une cavité, l’effet Casimir et ses multiples manifestations, l’effet Lamb. Mais en l’absence d’observation expérimentale directe et en présence d’autres explications pour ces mêmes effets, on peut douter de la réalité physique des fluctuations du Vide. Elles ne seraient en définitive que des “Comme si”. Si non e vero, e ben trovato. On n’est pas prêt de remplir le Vide avec du Vide Quantique.

Chaque théorie de champ quantique introduit son propre “Vide Quantique” et leur réunion constitue un vide quantique général. On peut se demander s’il existe un Vide Quantique unique résultant de l’Unification éventuelle de toutes les théories de champ.