La principale interprétation positiviste/instrumentale est l'interprétation de Copenhague développée par Niels Bohr et des collègues travaillant à Copenhague. Bohr déclare que toutes les expériences doivent être décrites en langage classique. Ainsi, nous devons émettre des affirmations telles que « le pointeur pointe sur le chiffre 5 » ou « la balle fut repérée dans la case A ». Des affirmations semblables figurent dans tous les carnets de laboratoire. Bohr argumente ensuite que la théorie quantique est simplement une manière cohérente de traiter de telles affirmations. On racontera souvent ce qui c'est produit durant une expérience ainsi, « le photon fut réfléchi au niveau du séparateur de faisceau et a parcouru l'axe A, pour être enfin détecté par le détecteur A ». En fait, nous n'avons pas constaté le réfléchissement de la particule, ni son déplacement sur l'axe A. Tout ce que nous savons c'est que le détecteur de l'axe A s'est activé. Dans une expérience d'interférence, nous n'aurions pas si hâte de raconter une histoire affirmant quel axe la particule a parcouru. Dans ce cas là, nous raconterions peut-être un autre genre d'histoire dans laquelle une onde a parcouru les deux axes, ces deux ondes se rejoignant au second séparateur de faisceau. Le genre d'histoire que nous pourrions raconter dépendra du contexte de l'expérience. Bohr décrit de telles descriptions comme étant complémentaires, et décrit son interprétation de la théorie quantique comme complémentaire. Il n'est pas clair si ces « histoires » devaient être considérées à autre titre que simplement des histoires, ou si nous devons accepter qu'elles correspondent à ce qui se produit réellement dans le monde. L'avantage de l'interprétation de Copenhague est qu'elle fournit une manière cohérente de discuter des expériences quantiques. Néanmoins, puisqu'elle exige que l'ensemble des déclarations physiques se rapporte à des appareils réels décrits de manière classique, on peut difficilement en dégager une image de ce qui se produit réellement dans le monde sans tenir compte de mesures pouvant être effectuées.

Pourquoi la théorie quantique?

Des résultats d'expériences nous prouvent la validité de la théorie quantique. Mais nous savons également qu'il s'agit d'une théorie physique très bizarre. Cela donne lieu à la question évidente : pourquoi la théorie quantique décrit-elle la nature? Comment pouvons-nous répondre à une telle question? En physique, une explication se fonde habituellement sur l'invocation de principes fondamentaux, simples et intuitifs. Quoique mathématiquement simples, les principes de la théorie quantique sont plutôt abstraits et ne peuvent être qualifiés d'intuitifs. Il est révélateur de comparer ceci avec la situation dans la théorie de la relativité restreinte d'Einstein qui découle de deux principes : les lois de la physique sont les mêmes dans tous les cadres de référence et la vitesse de la lumière est constante pour tous les observateurs. Est-il possible de trouver un ensemble semblable de principes simples et intuitifs pour la théorie quantique? Cette question ne date pas d'hier. Une approche a été de revoir la logique. Il peut être dit que la théorie quantique nous force à modifier les règles de la logique. Dans ce cas, nous pourrions tenter de tirer la théorie quantique d'un ensemble modifié de règles de la logique. Un travail énorme a été accompli en matière de logique quantique (maintenant devenu un domaine à part entière). Il est toutefois juste de dire que, jusqu'à ce jour, il n'existe aucune approche simple. Une autre approche provient de l'observation que la théorie quantique, lorsque dégagée de sa structure non essentielle, est tout simplement une nouvelle forme de théorie de probabilité. Ainsi, nous pouvons envisager à quoi ressemblerait une théorie de probabilité raisonnable. Lucien Hardy, un de nos chercheurs, a démontré que, dans ce contexte de probabilité, cinq principes nous permettent d'obtenir une théorie quantique. Quatre des cinq principes sont de vraies théories de probabilité classiques, et donc, c'est le principe restant qui donne lieu à la théorie quantique. Pour comprendre ce principe restant, imaginez un système pouvant exister à l'état 0 ou à l'état 1 (un bit). En physique classique, la seule manière de passer de l'état 0 à l'état 1 est de sauter — à un certain moment, l'état est 0, et à l'autre, l'état est 1. Mais en physique, nous aimons que les choses se modifient graduellement. Le principe restant (qui donne lieu à la théorie quantique) exige la présence d'une manière de transformer graduellement l'état. Cela donne à croire qu'il existe une infinité d'états entre 0 et 1. Ces états « intérimaires » ne sont rien d'autre que les superpositions quantiques habituelles.

Quel est l'avenir de la théorie quantique?

La théorie quantique demeure un sujet profondément mystérieux. Sa compréhension croîtra grâce aux développements théoriques, philosophiques et expérimentaux. Du côté expérimental, il se peut que nous puissions un jour prévoir observer un certain écart des lois de la théorie quantique en laboratoire. Peut-être observerons-nous le repli d'objets macroscopiques. Peut-être observerons-nous une violation de la théorie quantique à un niveau beaucoup plus fondamental. En matière de théorie, nous devons disposer de nouveaux outils nous permettant d'approfondir notre connaissance de la théorie. Une meilleure connaissance des raisons pour lesquelles la théorie quantique décrit la nature nous orientera peut-être au-delà de la théorie. Au niveau philosophique, nous comprendrons peut-être mieux le monde qui nous entoure et la place que nous y occupons si nous réussissons à déchiffrer ce que les équations de la théorie quantique tentent de nous apprendre.

Lucien Hardy.