Le rôle de l’observateur conscient a posé un problème épineux pour la mesure quantique. La phénoménologie offre une solution.
Au début des années 1960, la physique quantique était considérée comme l’une des théories les plus abouties de tous les temps. Elle expliquait avec une précision sans précédent un large éventail de phénomènes, de la structure des atomes et la formation des liaisons chimiques au fonctionnement des lasers et des supraconducteurs. Pour certains, elle était plus qu’une simple théorie, fournissant un cadre global pour comprendre le microcosme des particules élémentaires. Cependant, il s’est avéré que les fondations mêmes de ce cadre reposaient sur des bases fragiles, et la personne qui l’a remarqué n’était pas un physicien, mais un philosophe prometteur.
Le débat qui en a résulté a non seulement ouvert la voie à de nouvelles façons de penser ces fondements, mais il recelait également, à l’insu de tous les participants à l’époque, une perspective philosophique totalement différente sur la physique quantique, qui remonte au philosophe phénoménologue Edmund Husserl. L’impact de ce changement de perspective n’est pleinement apprécié qu’aujourd’hui, offrant une compréhension entièrement nouvelle de la mécanique quantique, qui incite à une réévaluation complète de la relation entre la philosophie et la science dans son ensemble.
Le philosophe qui lança ce débat fut Hilary Putnam, qui réalisa par la suite des avancées révolutionnaires dans la philosophie du langage et la philosophie de l’esprit, ainsi que dans l’informatique, la logique et les mathématiques. En 1961, il répondit à un article proposant une résolution du paradoxe dit d’Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), qui semblait montrer que la description de la réalité offerte par la mécanique quantique ne pouvait être complète. Au cours de son argumentation, Putnam souligna qu’il existait un problème encore plus profond au cœur même de la théorie, telle qu’elle était généralement comprise, et qui concernait l’une des procédures scientifiques les plus fondamentales : la mesure.
Ce problème peut être présenté comme suit. Un élément crucial du formalisme de la mécanique quantique est un dispositif mathématique connu sous le nom de « fonction d’onde ». Celle-ci est généralement considérée comme représentant l’état d’un système donné — tel qu’un atome ou un électron — comme une superposition de tous ses états possibles. Prenons donc un électron et la propriété connue sous le nom de « spin ». (Ce n’est pas vraiment du même spin que celui donné à une balle dans un jeu de baseball ou de cricket, mais le nom est resté). Le spin se présente sous deux formes, appelées « up » (haut) et « down » (bas). Ainsi, lorsque nous utilisons la fonction d’onde pour représenter l’état de spin de notre électron lorsqu’il se déplace vers notre détecteur, il s’agit d’une superposition non classique du spin « up » et du spin « down ». Cependant, lorsque nous mesurons ce spin, le résultat est toujours l’un ou l’autre, soit « up », soit « down », jamais une superposition des deux. Comment expliquer la transition de cette superposition à un résultat définitif lorsque nous effectuons une mesure ?
Cette question est à l’origine de ce qui est devenu connu sous le nom de « problème de la mesure ». Une réponse influente émergea de l’esprit de l’un des plus grands mathématiciens de tous les temps, János (ou « John ») von Neumann, à l’origine de nombreuses avancées importantes, non seulement en mathématiques pures et en physique, mais aussi en conception d’ordinateurs et en théorie des jeux. Il souligna que, lorsque notre détecteur de spin interagit avec l’électron, l’état de ce système combiné détecteur + électron sera également décrit par la théorie quantique comme une superposition d’états possibles. Il en va de même pour l’état du système combiné encore plus grand constitué de l’œil et du cerveau de l’observateur + le détecteur + l’électron. Aussi loin que l’on prolonge cette chaîne, tout élément physique interagissant avec le système sera décrit par la théorie comme une superposition de tous les états possibles que le système combiné pourrait occuper, et la question cruciale ci-dessus restera donc sans réponse. Ainsi, Von Neumann conclut qu’il devait s’agir de quelque chose de non physique qui génère d’une manière ou d’une autre la transition d’une superposition à l’état défini tel qu’il est enregistré sur l’appareil et noté par l’observateur, à savoir la conscience de l’observateur. (C’est cet argument qui est à l’origine d’une grande partie des commentaires dits « New Age » sur la mécanique quantique, selon lesquels la réalité doit d’une manière ou d’une autre dépendre de l’observateur, etc.)
Ce qui dérangeait Putnam, c’était que, si l’on acceptait la conclusion de von Neumann, la théorie ne pouvait pas être étendue à l’ensemble de l’univers, car cela nécessiterait l’existence d’un observateur au-delà de l’univers physique, dont la conscience ferait s’effondrer la superposition de tous les états possibles de l’univers en un seul état défini. Soit les physiciens devaient renoncer à l’idée que la théorie quantique était universellement applicable, soit il fallait abandonner la conception standard de la mesure.
Le court article de Putnam, publié dans la revue Philosophy of Science, fut lu par hasard par Henry Margenau, un ancien physicien devenu philosophe des sciences, qui alerta alors le physicien Eugene Wigner, lauréat du prix Nobel. Ensemble, ils publièrent une réponse dans laquelle ils défendaient l’argument de von Neumann et rejetaient la préoccupation de Putnam. Le débat se poursuivit ensuite pendant plusieurs années, les deux camps se renvoyant la balle jusqu’à ce qu’Abner Shimony intervienne de manière décisive. Titulaire de deux doctorats, l’un en philosophie et l’autre en physique, et ancien élève de Wigner lui-même, Shimony joua ensuite un rôle de premier plan dans la conception des tests expérimentaux du théorème de Bell (qui s’appuie sur les résultats EPR en excluant certaines tentatives visant à compléter la mécanique quantique). Il s’est rangé du côté de Putnam. La question centrale était la suivante : comment exactement la conscience influence-t-elle cette transition d’une superposition à un état défini ? En l’absence de réponse satisfaisante, Putnam et Shimony semblaient avoir remporté la victoire, ouvrant la voie à des approches alternatives, telles que l’interprétation des mondes multiples de Hugh Everett, selon laquelle il n’y a pas de transition et chaque élément de la superposition se réalise comme un résultat défini, mais dans une branche différente de la réalité ou dans un monde alternatif.
Ce débat, aussi important qu’il ait été sur le plan historique pour le développement ultérieur des fondations de la mécanique quantique, contenait également un élément philosophique significatif qui a été complètement négligé pendant de nombreuses années et qui non seulement offre une réponse entièrement nouvelle à la préoccupation de Putnam et Shimony, mais ouvre également la voie à une compréhension fondamentalement différente de la physique quantique. Ce qu’ils n’avaient pas remarqué, c’était l’angle phénoménologique.
Plutôt que de s’appuyer sur l’argumentation en chaîne de von Neumann telle qu’elle est présentée dans son propre texte, qui était assez technique et venait seulement d’être traduit en anglais, les deux parties au débat citaient en réalité des passages clés de ce que Wigner appelait un « petit livre » écrit par deux autres physiciens, Fritz London et Edmond Bauer. Publié à l’origine en français en 1939, La théorie de l’observation en mécanique quantique faisait partie d’une série d’exposés semi-populaires sur les dernières avancées scientifiques et technologiques, couvrant tous les domaines, de l’anthropologie à la zoologie. D’une longueur de seulement 51 pages, cette brochure visait à exposer de manière claire et accessible non seulement le cadre de base du traitement quantique de la mesure, mais aussi le rôle de la conscience dans ce processus. Considérée par les deux camps comme un simple résumé de l’argumentation de von Neumann, il n’en était rien.
Bauer et London travaillaient tous deux à Paris à l’époque, le premier au prestigieux Collège de France et le second à l’Institut Henri Poincaré. Bauer était un excellent pédagogue et le premier en France à enseigner la nouvelle théorie quantique. London, cependant, jouait dans une tout autre catégorie. Il fit ses preuves en mécanique quantique en montrant comment la théorie pouvait expliquer les liaisons chimiques, conduisant son collaborateur Walter Heitler à s’exclamer : « Maintenant, nous pouvons manger la chimie à la cuillère ! » London appliqua ensuite avec succès la théorie à la supraconductivité avec son frère Heinz, puis l’utilisa pour expliquer le comportement superfluide de l’hélium liquide, publiant par la suite un ouvrage en deux volumes sur ces phénomènes, devenu un classique dans le domaine.
Cependant, London n’était pas seulement un physicien brillant. Il s’intéressait aussi vivement à la philosophie depuis son plus jeune âge. Étudiant à l’université de Munich, il attira l’attention d’Alexander Pfänder, professeur de philosophie et bras droit d’Edmund Husserl, le fondateur de la phénoménologie. La thèse de London sur la nature des théories scientifiques a d’ailleurs fut publiée dans la principale revue phénoménologique de l’époque, le Jahrbuch für Philosophie und Phänomenologische Forschung (Annuaire de philosophie et de recherche phénoménologique), édité par Pfänder lui-même. Et il ne s’agissait pas d’une simple obsession de jeunesse ; London conserva son intérêt pour la phénoménologie tout au long de sa carrière. À Paris, il eut de longues discussions sur la physique et la philosophie avec son ami Aron Gurwitsch qui, comme lui, avait une formation académique dans ces deux domaines et contribua à établir la phénoménologie aux États-Unis.
Ce n’est pas seulement le corps de l’observateur, mais aussi sa conscience qui est en corrélation avec le système étudié.
Qu’est-ce que la phénoménologie ? Elle peut être résumée comme une recherche fondamentale sur les corrélations entre les actes ou expériences mentaux, les objets auxquels ces actes ou expériences se rapportent, et le contenu ou (le cas échéant) la signification de ces actes ou expériences. Son principal outil est connu sous le nom d’épochè (du grec « suspension »), qui exige du chercheur phénoménologique qu’il « mette entre parenthèses » le monde qui nous entoure et qu’il réprime l’« attitude naturelle » qui considère allègrement ce monde comme objectif. L’idée est de briser l’emprise qu’une telle attitude exerce sur nous afin de pouvoir mettre au jour les présupposés épistémologiques et métaphysiques fondamentaux qui la sous-tendent.
Il est important de noter que cette mise entre parenthèses ne signifie pas « nier l’existence de ». Adopter cette manœuvre ne revient pas à approuver le scepticisme ni à conduire au solipsisme. Au contraire, en utilisant l’épochè, nous pouvons soumettre à un examen minutieux à la fois le monde supposé objectif et cette attitude naturelle, réorientant ainsi notre compréhension des deux. Nous découvrons alors que la relation entre notre conscience et le monde doit être comprise comme « corrélative », en ce sens que les deux existent dans un « contexte d’être mutuellement dépendant », comme l’a formulé Maximilian Beck en 1928. Cela ne signifie pas que la conscience et le monde doivent être conçus comme existant indépendamment l’un de l’autre avant d’être liés ni que le premier crée en quelque sorte le second. Ce sont plutôt les corrélations qui constituent à la fois la conscience et le monde.
La phénoménologie ne se limite pas à cela, et tout le monde n’est pas d’accord avec l’interprétation corrélationniste. Mais c’est cette vision qui sous-tend le « petit livre » de London et Bauer sur la mesure en mécanique quantique, qui a joué un rôle crucial dans le débat sur le rôle de la conscience dans ce processus. Rappelons que Margenau et Wigner défendaient le point de vue standard selon lequel la conscience produit d’une manière ou d’une autre une observation définie à partir d’une superposition quantique, considérant que London et Bauer ne faisaient que résumer l’argument de von Neumann. Putnam et Shimony, en revanche, remettaient en question cette approche dans son ensemble, soulignant qu’il n’était pas clair comment la conscience pouvait réellement aboutir à un tel résultat. Cependant, les deux parties à ce débat ont manqué le point central du « petit livre ». London et Bauer sont en fait allés plus loin que von Neumann en adoptant une perspective phénoménologique sur la question, selon laquelle la conscience joue un rôle constitutif via la corrélation entre l’observateur et le monde. Ils expliquent clairement dans l’introduction en quoi ils s’écartent de l’approche standard :
Sans avoir l’intention d’établir une théorie de la connaissance, bien qu’ils aient été guidés par une philosophie plutôt discutable, les physiciens ont été pour ainsi dire piégés malgré eux dans la découverte que le formalisme de la mécanique quantique implique déjà une théorie bien définie de la relation entre l’objet et l’observateur, une relation très différente de celle implicite dans le réalisme naïf, qui semblait jusqu’alors l’un des fondements indispensables de toute science naturelle.
Ce que London et Bauer disent ici, c’est que la mécanique quantique doit être comprise non seulement comme une théorie comme les autres — c’est-à-dire comme une théorie sur le monde dans un certain sens —, mais comme une théorie de la connaissance en soi, dans la mesure où elle « implique une théorie bien définie de la relation entre l’objet et l’observateur ». Cela représente une différence cruciale par rapport à la physique classique telle qu’elle est généralement comprise. Du point de vue de la mécanique quantique, la relation entre l’observateur et l’objet observé doit désormais être considérée comme très différente de celle qui sous-tend la position antérieure du « réalisme naïf », généralement adoptée en mécanique classique, selon laquelle les objets existent de manière totalement indépendante de toute observation et possèdent des propriétés mesurables, qu’elles soient effectivement mesurées ou non. Cette vision doit désormais être abandonnée. Le cœur du texte de London et Bauer représente alors une tentative d’articuler la nature de cette relation entre l’observateur et l’objet ou le système mesuré.
London et Bauer s’écartent radicalement de l’argumentation de von Neumann en un moment crucial. En établissant la chaîne de corrélations, du détecteur + système au corps de l’observateur + détecteur + système, ils ne s’arrêtent pas à la conscience de l’observateur, mais l’incluent également dans la superposition quantique globale. C’est cette démarche qui exprime en termes physiques l’idée phénoménologique du « contexte d’être mutuellement dépendant », de sorte que non seulement le corps de l’observateur, mais aussi sa conscience sont corrélés, sur le plan quantique, avec le système étudié.
Comment passer de cette corrélation, qui se manifeste par la superposition quantique, à une croyance définitive correspondant à notre observation d’un certain résultat de mesure ? Ici, London et Bauer insistent sur le fait que
ce n’est pas une interaction mystérieuse entre l’appareil et l’objet qui produit une nouvelle [fonction d’onde] pour le système pendant la mesure. C’est uniquement la conscience d’un « je » qui peut se séparer de l’ancienne fonction… et, en vertu de son observation, constituer une nouvelle objectivité en attribuant désormais une nouvelle fonction à l’objet.
En d’autres termes, le passage d’une superposition à un état défini n’est pas déclenché de manière mystérieuse par la conscience de l’observateur et, par conséquent, la préoccupation de Putnam et Shimony concernant la manière dont la conscience peut provoquer la production d’un état défini est simplement éludée. Au contraire, nous avons une séparation de la conscience et de la superposition, conduisant à une « nouvelle objectivité », c’est-à-dire une croyance définie de la part de l’observateur et un état défini attribué au système.
Comment l’observateur peut-il sortir de sa propre perspective et entrer dans celle d’un autre ?
Cette séparation s’effectue, comme l’expliquent London et Bauer, par
une faculté caractéristique et assez familière que nous pouvons appeler la « faculté d’introspection ». [L’observateur] peut suivre à chaque instant son propre état. En vertu de cette « connaissance immanente », il s’attribue le droit de créer sa propre objectivité, c’est-à-dire de rompre la chaîne des corrélations statistiques.
Et, dans une note dactylographiée insérée par London dans son propre exemplaire du manuscrit, il écrivit :
En conséquence, nous qualifierons cette action créative d’« objectivation ». Grâce à elle, l’observateur établit son propre cadre d’objectivité et acquiert une nouvelle information sur l’objet en question.
C’est cet acte de réflexion caractéristique et familier qui rompt la chaîne des corrélations statistiques exprimées par la théorie quantique comme un ensemble de superpositions imbriquées, et maintient les deux pôles phénoménologiques de ces corrélations — à savoir la conscience et le monde — mutuellement séparés. Ainsi, d’une part, le système est objectivé, ou « rendu objectif » dans le sens où on lui attribue un état définit, et, d’autre part, l’observateur acquiert un état de croyance défini grâce à cet acte de réflexion objectivant.
London et Bauer n’ignoraient pas le caractère radical de leurs propos. Dans la dernière partie de leur ouvrage, ils reconnaissent qu’il pourrait en résulter une menace pour l’idée même d’objectivité scientifique. En effet, il s’agit là d’un problème général à toutes les opinions qui nient que les états des systèmes sont indépendants de l’observateur : comment l’observateur peut-il sortir de sa propre perspective et entrer dans celle d’un autre, et ainsi établir ce que London et Bauer appellent une « communauté de perception scientifique » sur ce qui constitue l’objet de l’investigation ? Leur réponse est d’insister sur le fait que « l’on a toujours le droit de négliger l’effet sur l’appareil de l’“examen minutieux” de l’observateur ».
Pour comprendre ce qu’ils veulent dire ici, il est important de réaliser que le mot « examen » dans cette citation est traduit de « regard » dans le texte original français, où le fait de placer ce terme entre guillemets dans le texte original lui-même indique son importance. En phénoménologie, ce « regard vers » est un acte réflexif fondamental qui, lorsqu’il est dirigé vers quelque chose, peut être compris en termes de conscience qui saisit ou s’empare de cette chose. En ce qui concerne les processus mentaux, leur existence est donc garantie par ce « regard ». Cependant, bien que les objets physiques soient également amenés dans le champ de la conscience par le « regard », leur existence n’est bien sûr pas garantie par celui-ci (notez que la phénoménologie ne revient pas à une forme de solipsisme).
Ainsi, en ce qui concerne l’appareil de mesure, utilisé par le physicien dans son « attitude naturelle », nous pouvons négliger l’effet de ce « regard vers » sur celui-ci. Et nous pouvons justifier davantage notre « droit » de le faire en faisant appel à ce que l’on appelle aujourd’hui la décohérence quantique. Bien que les premiers indices du principe fondamental qui sous-tend cette théorie remontent à 1929, le cadre fut clairement défini au début des années 1970. L’idée de base est que, lorsqu’un système interagit avec l’appareil de mesure, la cohérence associée à la superposition semble se perdre parmi les nombreux degrés de liberté physiques supplémentaires offerts par l’appareil par rapport à ceux du système. En conséquence, même si ce processus ne conduit pas en soi à un état défini, la superposition étant toujours présente, le comportement de l’appareil de mesure peut être considéré comme classique à toutes fins utiles. L’« examen » ou le « regard » de l’observateur peut être ignoré (contrairement au cas où l’on considère la transition vers un état défini) et une perception scientifique collective peut être obtenue.
Dans une conférence donnée en 1925, peu avant la publication des premiers articles sur la nouvelle mécanique quantique, Husserl a clairement indiqué que la phénoménologie devait être ramenée des hauteurs abstraites de la théorisation philosophique et exprimée en termes concrets, déclarant :
La tâche qui se pose désormais est de rendre intelligible la corrélation entre la subjectivité constituante et l’objectivité constituée, non pas pour en discuter de manière vague et générale, mais pour la clarifier en termes de toutes les formes catégorielles de l’expérience (worldliness), conformément aux structures universelles du monde lui-même.
Un peu plus de dix ans plus tard, dans La crise des sciences européennes et la phénoménologie transcendantale (1936), son dernier ouvrage magistral et inachevé, Husserl dénonçait la manière dont la mathématisation de la « nature matérielle » avait conduit à la concevoir comme distincte de la conscience. Pour que cette fracture soit comblée, affirmait-il, il fallait opérer un retour fondamental à « l’univers du subjectif » en adoptant une approche phénoménologique. Ce n’est qu’alors que les résultats de la science en général, et de la physique en particulier, pourraient être correctement appréhendés et compris.
Merleau-Ponty affirmait que l’observateur ne devait pas être placé hors de portée de la fonction d’onde
Malheureusement, Husserl est mort l’année précédant la publication du « petit livre » de London et Bauer, mais s’il l’avait lu, il aurait peut-être apprécié la manière dont ils avaient, en fait, répondu à ses deux préoccupations. En inscrivant la relation entre l’observateur et le système dans un cadre phénoménologique, ils clarifiaient la corrélation entre la subjectivité constituante et l’objectivité constituée en termes de cette « forme catégorielle de l’expérience » spécifique représentée par la mécanique quantique. De plus, London et Bauer montraient qu’en incarnant cette relation corrélative entre nous-mêmes et le monde, la mécanique quantique, conçue de manière phénoménologique, comble le fossé psychophysique et rétablit au sein de la physique, et même de la science dans son ensemble, « l’univers du subjectif ».
Cette restauration du caractère phénoménologique du texte de London et Bauer — qui fut totalement négligée dans le débat entre Putnam et Shimony, d’une part, et Margenau et Wigner, de l’autre — est donc importante, d’une part, pour illustrer comment ce mouvement philosophique particulier était lié au développement de la physique quantique et, d’autre part, pour situer ce « petit livre » à un stade précoce de l’évolution d’une approche philosophique de cette théorie qui a été largement ignorée dans la philosophie de la physique, du moins jusqu’à récemment.
Cela ne veut pas dire que d’autres auteurs de la tradition phénoménologique n’ont pas intégré la mécanique quantique dans leur champ philosophique. Gurwitsch et Patrick Heelan ont également souligné le rôle phénoménologique de la conscience humaine dans le processus de mesure, citant à nouveau London et Bauer. Maurice Merleau-Ponty, l’un des penseurs phénoménologiques les plus éminents, s’est également intéressé à la théorie quantique pendant son séjour à Paris et a également soutenu que l’observateur ne devait pas être placé hors de portée de la fonction d’onde, mais devait être inclus dans la description de la réalité proposée par la physique. Il exerça ensuite une influence significative sur les auteurs qui lui ont succédé, notamment Michel Bitbol qui, avec ses collaborateurs, a développé une forme d’éco-phénoménologie qui allie la position phénoménologique à une approche de la mécanique quantique connue sous le nom de QBisme. Initialement développée par le physicien Christopher Fuchs, cette approche adopte également une approche à la première personne qui considère les concepts d’agent et d’expérience comme fondamentaux, et comprend la fonction d’onde comme représentant non pas l’état du système, mais celui de cet agent en ce qui concerne ses expériences futures possibles.
Des développements récents de ce type ont convergé dans une série de conférences, qui ont donné lieu à deux recueils marquants, tous deux édités et accompagnés d’introductions utiles par Harald Wiltsche et Philipp Berghofer : Phenomenological Approaches to Physics (2020), qui couvre également les approches phénoménologiques de la théorie de la relativité, et Phenomenology and QBism (2024).
Dans le cadre phénoménologique, l’un des problèmes centraux de la mécanique quantique est donc résolu, ou plutôt dissous, grâce à un changement subtil, mais crucial qui consiste à la comprendre comme une théorie de la connaissance en vertu de notre participation corrélative au monde. Que vous soyez ou non entièrement d’accord avec une telle position philosophique, celle-ci ajoute non seulement une dimension extrêmement stimulante et potentiellement fructueuse à notre compréhension de l’un des éléments les plus fondamentaux de la physique moderne, mais elle jette également un nouvel éclairage sur l’importance souvent négligée de la réflexion philosophique dans ces développements.
Steven French est professeur émérite de philosophie des sciences à l’université de Leeds, au Royaume-Uni. Son dernier ouvrage s’intitule A Phenomenological Approach to Quantum Mechanics (Une approche phénoménologique de la mécanique quantique) (2023).
Texte original publié le 19 septembre 2025 : https://aeon.co/essays/why-quantum-mechanics-needs-phenomenology