Qui est Georges Lochak ?

« L’hypothèse des quanta voulait dire cette chose étrange que le mouvement des atomes n’évolue pas continûment mais par bonds discontinus : comme si une fusée ne pouvait s’élever progressivement au dessus de la Terre vers n’importe quelle orbite et ne pouvait atteindre que certaines orbites particulières en sautant brusquement de l’une à l’autre. (...) Einstein avait émis en 1905, à, partir des travaux de Planck, une hypothèse encore plus paradoxale que la sienne : il suppose que si les atomes absorbent et émettent l’énergie lumineuse par paquets, par quanta, c’est que ces quanta se trouvent déjà dans la lumière autrement dit les ondes lumineuses continues transportent leur énergie sous forme discontinue, concentrée dans des corpuscules de lumière, qu’on appelle photons. »

« L’hypothèse des quanta conduit à admettre qu’il y a dans la nature des phénomènes n’ayant pas lieu d’une manière continue mais brusquement et, pour ainsi dire, explosivement. » écrit le physicien Max Planck dans « Initiation à la physique ». « C’est pour essayer de retrouver la vérité sur des faits aussi simples mais fondamentaux que Planck introduisit dans la physique un élément de discontinuité là où la continuité semblait devoir régner. (...) L’hypothèse des quanta voulait dire cette chose étrange que le mouvement des atomes n’évolue pas continûment mais par bonds, et par bonds discontinus. » remarquent les physiciens Georges Lochak, Simon Diner et Daniel Fargue dans « L’objet quantique ».

Le physicien Georges Lochak écrivait dans sa préface à l’ouvrage fameux « La dégradation de l’énergie » de Bernard Brunhes :

« La physique moderne, qui est née avec Galilée et Newton, doit son succès à l’expérience. Or l’indispensable vertu de l’expérience est la répétabilité : une observation unique n’est pas un fait scientifique. D’où l’importance des états stationnaires, qui laissent le temps nécessaire à l’observation et dont la préparation est facilement renouvelable, tandis que les états transitoires, les états évolutifs, sont plus fugaces et plus difficiles à saisir. La nature se présente à nous comme ces petites mouches des journées chaudes d’été, que nous voyons presque immobiles, soutenues par un battement d’ailes si vif qu’on le discerne à peine, et qui, soudain changent de place presque instantanément, en un vol bref et rapide, pour s’immobiliser un peu plus loin : les états stationnaires s’étalent devant nos yeux, mais pour apercevoir des transitoires, il faut les chercher. Peut-être par suite d’une harmonie secrète entre les mathématiques et la physique, ou plus probablement de la demande des physiciens, l’appareil mathématique décrivant les processus stationnaires est lui aussi plus développé que celui qui décrit les processus évolutifs ; si bien qu’un nouveau phénomène stationnaire trouve aussitôt un cadre conceptuel prêt à l’accueillir, alors que, pratiquement, tout est à chaque fois à refaire pour un processus évolutif. L’idée même de loi s’identifie, en physique, au concept de régularité et non à celui d’évolution. (...) C’est dans l’optique générale d’un débat sur les lois de conservation et d’évolution et sur l’importance relative des phénomènes stationnaires et des processus transitoires, qu’il est intéressant de relire « La dégradation de l’énergie » de Brunhes. » Bernard Brunhes écrivait ainsi « Dans l’entourage et à l’époque de Carnot, on cherchait et on voulait quelque chose qui se conservât. On s’efforçait d’atteindre le permanent. Lavoisier avait proclamé la conservation de la masse dans les réactions chimiques. La place avait montré la stabilité du système solaire ; Fourier avait célébré un monde ’’ disposé pour l’ordre, la perpétuité et l’harmonie’’. C’est dans cette atmosphère intellectuelle qu’a surgi, comme par génération spontanée, en trois points de l’Europe savante, le principe de conservation de l’énergie. »

Les physiciens Lochak, Diner et Fargue expliquent que « Les propriétés d’ordre et de désordre s’imbriquent sans que l’on puisse établir le lien logique qui les unit. (...) Il n’y a pourtant pas entre ordre et désordre l’antinomie que le bon sens suggère. (...) Le déterminisme ne s’oppose pas au hasard. Bien qu’elle soit une théorie des systèmes physiques où le hasard est irréductible, la mécanique quantique n’a pas, de ce fait, le statut de théorie indéterministe. »

Le physicien Georges Lochak explique dans l’article « Louis De Broglie, savant solitaire » que les particules de matière ont une tendance spontanée à produire du désordre (particules qu’on appelle de Fermi d’où leur nom de « fermions » dont un exemple est l’électron), les particules de lumière à produire de l’ordre qu’on appelle de Bose, d’où leur nom de « boson » dont un exemple est le photon lumineux) : « Les fermions sont (...) « individualistes » et, en particulier, ils ne peuvent pas coexister sur une même onde. Cette propriété est essentielle pour expliquer la stabilité de la matière, la classification des éléments chimiques et les propriétés des solides (en particulier les propriétés électriques). Les bosons au contraire sont « grégaires », ils auront tendance à s’agglutiner dans le même état ; non seulement ils pourront coexister sur une même onde, mais ils auront tendance à y « attirer » d’autres bosons de la même espèce. »

Lochak expose sur les supraconducteurs : « La théorie BCS a montré qu’on peut l’expliquer par un appariement entre les électrons qui se réunissent dans ce que l’on appelle les paires de Cooper. Or, une telle paire, réunion de deux fermions, se comporte comme une seule particule (...) et elle n’est plus, elle-même, un fermion mais un boson. Les paires de Cooper peuvent donc se mettre en phase sur une même onde, comme le font les photons sur une onde lumineuse. Dès lors, un courant électrique cesse d’être un vent dans un gaz d’électrons en agitation désordonnée, pour devenir une onde qui se propage sans collisions, donc sans frottement et partant sans résistance, dans le réseau cristallin. »

« L’objet quantique » de Lochak, Diner et Fargue explique la notion contre-intuitive de spin : « Une autre propriété des particules jouera ici un rôle fondamental, le spin. « To spin » signifie en anglais « tourner » et le spin consiste en ce que, de même que la Terre et les autres planètes tournent sur elles-mêmes comme de gigantesques toupies, les électrons et presque toutes les autres particules en font autant, encore qu’il faille, ici encore, tempérer le sens de cette phrase parce que, en réalité, personne n’est vraiment capable de décrire cette « rotation » de la particule. Tout ce qu’on peut affirmer, c’est que les particules possèdent des lois de symétrie et un certain nombre de comportements physiques qui permettent de les assimiler à des petites toupies. Mais on ne voit pas vraiment tourner la toupie. »

Georges Lochak explique dans le « Dictionnaire de l’ignorance » que « Il n’y a pas d’expérience sans idée théorique et pas de théorie sans conceptualisation du réel. »

Georges Lochak écrit dans "Pourquoi les mathématiques sont-elles efficaces ?", extrait du même ouvrage "Dictionnaire de l’ignorance" sous la direction de Michel Cazenave :

« A la question "Comment les mathématiques appréhendent-elles le réel ?", on peut répondre : "En énonçant des axiomes qui ressemblent aux objets réels, donc en énonçant des concepts bien adaptés", mais ce n’est pas si simple. Prenons un exemple. Mesurons la distance parcourue par un mobile au cours du temps et appelons "vitesse moyenne" le rapport de la distance au temps. (...) C’est ici que les mathématiques vont plus loin et inventent un concept. En effet, comme la distance parcourue diminue avec le temps nous pouvons "imaginer" une suite d’intervalles de temps et de distances qui tendent vers "zéro". En supposant cela, nous sortons du réel car une telle suite est purement abstraite, mais poursuivons et supposons de plus que le quotient de la distance parcourue divisée par le temps correspondant tende vers une limite finie. Nous appellerons cette limite "dérivée" de la distance par rapport au temps et nous dirons, par définition, que c’est la "vitesse" instantanée du mobile (c’est la vitesse moyenne sur un intervalle de temps infiniment petit). Trois siècles de succès de la mécanique sont basés sur ce concept mathématique car il est proche de la réalité pour un mobile dont le mouvement est suffisamment régulier. Mais attention ! Si le mouvement est chaotique, ce raisonnement ne correspond plus aux faits, le concept de vitesse instantanée cesse de s’appliquer et les lois de la mécanique cessent de prévoir les phénomènes. C’est ce qui arrive avec le mouvement brownien qu’on observe sur de petites particules matérielles plongées dans un liquide et agitées par le chaos moléculaire. Ce mouvement obéit à des lois qui sont différentes des lois habituelles de la mécanique. (...) Einstein fut le premier à énoncer clairement cette idée dans la phrase suivante : "Pour autant que les propositions de la mathématique se rapportent à la réalité, elles ne sont pas certaines et pour autant qu’elles sont certaines, elles ne se rapportent pas à la réalité." »

« Les lois de symétrie ne peuvent régner que sur des systèmes physiques dans lesquels les lois de conservation sont déjà instaurées. Elles ne règnent que sur un monde immobile, sans passé et sans avenir, où l’évolution n’a pas droit de cité et où le temps ne s’écoule pas. »

Georges Lochak, dans « La géométrisation de la physique »
« Pourquoi diable les états quantiques physiquement observables ne sont jamais totalement symétriques, sauf pour l’hélium, mais partiellement symétriques et partiellement antisymétriques ? »

Lochak, Diner et Fargue dans "L’objet quantique"

Le physicien Georges Lochak rappelait que « Ce serait une grave erreur de croire que la propriété que possède un atome de n’apparaître que dans un ensemble discret d’états physiques et de sauter brusquement d’un état à un autre au cours d’une perturbation est l’apanage des systèmes microphysiques et est étrangère à la mécanique habituelle. » (dans l’article « Vers une microphysique de l’irréversible » de la « Revue du Palais de la Découverte » de mai 1977).

« Au début du siècle, la cause paraissait entendue : la matière était corpusculaire, faite de petits points matériels interagissant et dont on était en train de prouver l’existence et d’apercevoir la structure : c’étaient les atomes (...) Au contraire, la lumière était ondulatoire, ainsi que les ondes radio et les rayons X, de découverte récente (...) Il y avait (...) une relation étroite entre ces deux mondes, pourtant considérés à l’époque comme distincts : celui des ondes et celui des corpuscules. Mais cette relation se révèle difficile et c’est elle qui donne naissance aux deux grandes découvertes scientifiques du siècle : la relativité et la théorie des quanta, qui devaient révolutionner notre façon de voir le monde. (...) Les propriétés corpusculaires et ondulatoires ne restent pas confinées, comme on l’avait cru, chacune dans un domaine particulier du monde physique (respectivement matière et lumière), mais se trouvaient mêlés l’une et l’autre dans tous les domaines (...) Les deux façons s’imbriquaient donc étroitement. » exposent les physiciens Georges Lochak, Simon Diner et Daniel Fargue dans « L’objet quantique ».

Avant-propos de Georges Lochak à « Louis de Broglie, un itinéraire scientifique » :

« Louis de Broglie a toujours été pénétré d’histoire (…) et en physique également il n’a jamais perdu de point de vue historique et celui-ci a même joué un rôle très important dans l’orientation de ses conceptions scientifiques.

C’est ainsi qu’après la guerre de 1914-1918, entreprenant un réexamen des difficultés qu’offrait à l’époque la théorie des quanta, fondée sur la théorie du rayonnement du corps noir de Planck, le modèle d’atome planétaire de Bohr et la théorie des quanta de lumière d’Einstein (c’est-à-dire l’idée que l’énergie, dans les ondes lumineuses, est transportée par des corpuscules : les photons), Louis de Broglie eut l’idée que le ciment de cette théorie encore disparate devait se trouver dans la réunion de la mécanique et de l’optique en un seul corps de doctrine. Et c’est là que lui servirent ses connaissances historiques, puisque c’est grâce à sa vision d’ensemble de l’évolution des idées en physique qu’il put réunir dans un seul système le principe de Maupertuis (c’est-à-dire le principe de moindre action), emprunté à la mécanique, au principe de Fermat (c’est-à-dire le principe du plus court chemin lumineux), emprunté à l’optique. Et c’est cette vue d’ensemble, concrétisée en faisant appel à la loi des quanta de Planck et étayée par le principe de relativité d’Einstein, clé de voûte de la mécanique ondulatoire, qui conduisit de Broglie à l’idée de la coexistence des propriétés corpusculaires et ondulatoires (…) Curieusement, malgré tous les efforts entrepris en ce sens, la nature physique de l’union entre les ondes et les corpuscules n’a jamais été élucidée (…) Rien de plus irritant qu’une théorie qui « marche » sans qu’on sache pourquoi : c’est ce qui est arrivé à la théorie de la gravitation de Newton avec sa loi de l’action à distance que tout le monde détestait, à commencer par Newton lui-même. (…) De Broglie a élaboré pour cela, dès 1926, une ingénieuse théorie (dite de la « double solution »), mais il s’est heurté à des difficultés mathématiques, à des objections physiques et surtout à l’hostilité d’une bonne partie des physiciens, si bien qu’il a fini par abandonner sa théorie pour longtemps. Mais, vingt-cinq ans plus tard, il l’a reprise au grand scandale de beaucoup, faisant d’incontestables progrès mais sans vraiment résoudre le problème. (….) Or il fallait un courage intellectuel exceptionnel, à un savant sexagénaire couvert d’honneurs et occupant les plus hauts postes, pour faire pareille proclamation. Il s’est trouvé du jour au lendemain dans une position marginale, on murmurait autour de lui au sujet des « atteintes de l’âge » ; il voyait, dans les commissions, son pouvoir se vider de sa substance, perdant jusqu’à celui de défendre ses propres élèves, discrètement « encouragés » à rejoindre d’autres laboratoires. On imagine difficilement, derrière les apparences feutrées de la vie universitaire et les chaleureuses proclamations unanimistes de la communauté scientifique, la violence des combats d’idées en science et le sort qui a toujours été réservé aux idées minoritaires et aux novateurs solitaires (or comment être novateur si l’on n’est pas solitaire ? Les idées neuves ne jaillissent pas d’une commission !). Il en a toujours été ainsi : on nous dresse aujourd’hui des portraits hagiographiques de Pasteur s’avançant majestueusement sur la voie de la découverte et récompensé de ses exploits par l’édification d’un institut portant son nom, mais on oublie combien souvent il a été traité de charlatan, et toutes les avanies qu’il a subies avant que ses idées ne fussent reconnues. De même, on nous représente un Einstein artificiel, doucement rêveur et nimbé de cheveux blancs, son noble visage souligné d’un sempiternel E = mc² ; mais on oublie les attaques, les insultes qu’il a subies dans sa jeunesse de la part des détracteurs de la relativité, ainsi que l’isolement (enjolivé de fleurs certes, mais l’isolement quand même) dans lequel l’avaient plongé aussi bien son refus d’admettre l’interprétation orthodoxe de la mécanique quantique que son opiniatreté à poursuivre ses recherches sur le champ unitaire. Lui qui, à la fin de ses jours, écrivait depuis Princeton, et alors même que le grand public l’adulait : « je suis considéré ici comme une sorte de fossile que les ans ont rendu aveugle et sourd. (…) La pire des choses, sans doute, est ce mur de silence dont les idées minoritaires sont entourées. Et ce mur est surtout impressionnant lorsqu’il s’élève autour d’un personnage aussi célèbre que Louis de Broglie , auteur de dizaines de livres et de centaines d’articles de revues, mais qu’on ne cesse de lire et de citer dès lors que ce qu’il dit n’est plus dans le courant de la mode, et cela tout simplement parce que les ténors du moment font silence de sur son nom. Un peu plus tard, on voit de temps à autre resurgir certaines de ses idées, à propos desquelles, toutefois, son nom n’est même plus cité : c’est ce qui est arrivé quand un certain type d’onde, que De Broglie appelait « onde à bosse » et qu’il avait introduite dans son interprétation de la mécanique ondulatoire, est soudain devenu à la mode sous le nom de « soliton », mais sans que l’on mentionne jamais le nom du père de cette idée. Ce modèle de l’onde à bosse nous ramène au problème du dualisme des ondes et des corpuscules, puisque c’est pour tenter d’élucider ce dualisme que De Broglie avait imaginé ce modèle mathématique la « bosse », c’est-à-dire une région très intense et étroitement localisée dans l’onde, qui pourrait représenter ce que nous observons en tant que corpuscule, mais, faisant partie intégrante de l’onde, cette bosse serait guidée par la propagation de celle-ci et suivrait donc les lois de la mécanique ondulatoire. (…) Y a-t-il un sens à essayer de donner une image physique intelligible du dualisme des ondes et des corpuscules ? A cette question, la majorité des physiciens concernés répondent : « non » ; soit qu’ils renoncent ; soit que, l’expérience ne paraissant jamais saisir que l’un ou l’autre des aspects (onde ou corpuscule) et non les deux à la fois, ils ne voient pas comment leur éventuelle union serait observable, ce qui discrédite le problème à leurs yeux ; soit qu’ils nient que l’onde de Broglie soit une onde physique et qu’ils n’y voient qu’un objet mathématique ; soit, encore, qu’ils nient le problème en refusant à la fois le mot « onde » et le mot « corpuscule » (…) On peut, sans crainte, affirmer que la question du dualisme que pose De Broglie reste parfaitement ouverte. (…) Une telle question peut difficilement entrer dans un projet, faire l’objet d’un programme et, surtout, elle peut difficilement mobiliser un grand laboratoire autour de vastes crédits. (…) On sonnerait, à plus ou moins longue échéance, le glas de la science si l’on imposait, comme on y a trop tendance, à l’ensemble de la recherche de se plier à ce régime-là. Parce que la véritable idée nouvelle, celle qui donnera naissance à la théorie future et qui ouvrira un domaine de recherche entièrement nouveau, ne ressemblera en rien à ce que nous croyons être vrai aujourd’hui. Ce sera, au début, comme cela a toujours été le cas dans le passé, une idées étrange, balbutiante et fragile dont personne ne voudra, une question inattendue posée par un cerveau solitaire qui se sera demandé si d’aventure la nature ne serait pas autrement qu’on ne croit. (…) Or une telle idée neuve, contrairement à ce que l’on prétend parfois avec un bel optimisme, il y a déjà bien longtemps qu’on n’en a pas vu. Et c’est pour cela qu’il faut lire Louis de Broglie : parce que lui, jadis, il a eu une telle idée. »
« Mr Einstein a eu, en 1905, l’idée très remarquable que les lois de l’effet photoélectrique indiquent l’existence pour la lumière d’une structure discontinue où les quanta interviennent. ( …) La nature essentiellement discontinue de la quantification, exprimée par l’apparition dans les formules de nombre entiers, les nombres quantiques, présentait un étrange contraste avec la nature continue des mouvements envisagés par la dynamique ancienne, newtonienne ou einsteinienne. » écrit Louis de Broglie dans « La physique nouvelle et les quanta ».

On peut lire dans « L’objet quantique » de Lochak, Diner et Fargue :
« La mécanique quantique formalise sous le nom d’observables les résultats possibles des expériences de mesure effectuées sur un objet quantique. Elle n’est pas une description de l’objet en soi, mais un calcul des observations possibles. Ceci ne signifie pas qu’en l’absence d’observation l’objet n’ait pas de propriétés, mais elles ne sont pas décrites par la mécanique quantique. La possibilité d’une telle description réaliste est l’enjeu d’un débat scientifique et philosophique qui dure depuis plus de soixante ans… Ainsi, parler des objets quantiques signifie non pas donner de ces objets une description visant à faire comprendre ce qu’ils sont, mais à décrire les phénomènes auxquels ils donnent naissance. »

Les physiciens Georges Lochak, Simon Diner et Daniel Fargue dans « L’objet quantique » :

« Si un électron entre et sort d’une boite (une zone par exemple) (...), on ne peut pas dire que c’est le même électron qui entre et qui sort. (...) La masse est longtemps apparue comme une propriété fondamentale. N’est-il pas surprenant de la voir maintenant apparaître comme une propriété purement dynamique, liée aux propriétés du vide et à la façon dont elles affectent les particules qui s’y trouvent ? (...) Cette nouvelle conception de la masse est une révolution importante. Ce qui apparaissait comme une propriété intrinsèque et immuable se voit relégué au rang d’effet dynamique dépendant des interactions et, avant tout, de la structure du vide. »

Lochak, Diner et Fargue écrivent à ce propos dans « L’objet quantique » :

« Les phénomènes de désordre sont ceux que la physique classique attribue au hasard et associe à une imprévisibilité à laquelle seul le calcul des probabilités permet de faire face. L’interprétation probabiliste de la mécanique quantique est imposée par des phénomènes microscopiques observables à caractère aléatoire. (…) Les propriétés d’ordre et de désordre s’imbriquent (…) Qui n’a pas admiré l’organisation des tourbillons dans l’eau impétueuse d’un torrent ? L’ordre peut s’installer au sein de la turbulence. Tout se passe comme si la mécanique quantique exprimait les figures d’ordre d’un désordre microphysique. (…) Le nombre entier m, nombre quantique magnétique provient de ce que le moment cinétique orbital (de l’atome) se manifeste par l’existence d’un petit aimant (…) si on effectue la mesure selon la direction du champ magnétique utilisé pour l’observation. (…) Cependant, si l’on cherche maintenant à mesurer (…) dans un plan perpendiculaire au champ magnétique du dispositif expérimental (…) on obtient une succession de nombres au hasard. (…) Si on observe une valeur constante selon une direction de projection, elles sont au hasard selon une direction perpendiculaire. (…) Cela est dû aux relations d’incertitude d’Heisenberg. »

« Si les corpuscules étaient des corpuscules « vrais », classiques, elles suivraient des trajectoires et ceci permettrait de les considérer comme discernables tout en étant identiques. (...) Ce seul fait suffit à démontrer que les propriétés statistiques d’un ensemble de telles particules sont tout à fait différentes de celles d’un ensemble d’objets ordinaires, classiques. (...) On ne compte pas les électrons ou les photons comme on compte les objets que nous rencontrons autour de nous. » exposent les physiciens Georges Lochak, Simon Diner et Daniel Fargue dans « L’objet quantique ».

Le testament de Georges Lochak

La science comme aventure de l’esprit

Hommage à Louis de Broglie

Entretien avec Georges Lochak

Louis de Broglie raconté par son plus proche collaborateur

Quelques articles citant Georges Lochak

Une interview

Une conférence

Bibliographie de Georges Lochak

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