SÉPARABILITÉ ET NON-SÉPARABILITÉ, mécanique quantique

Le théorème de Bell et le passage à l'expérience

Bell prolonge l'argument E.P.R. en développant un formalisme dans lequel les corrélations sont la conséquence d'une propriété commune aux deux photons d'une même paire, décrite par une variable cachée. En imposant en plus une condition de localité fidèle à l'esprit d'Einstein, étroitement liée aux hypothèses [H2] et [H3], il montre alors que les corrélations sont soumises à des contraintes —  les inégalités de Bell — en conflit avec les prédictions quantiques. Le débat a donc changé de nature, puisqu'il suffit, en principe, de faire des mesures de corrélation pour trancher.

Les expériences allaient en fait se révéler très délicates. Une première génération d'expériences, au début des années 1970, donna des résultats contradictoires, ce qui n'est pas très étonnant en raison de l'extrême faiblesse des signaux. En 1976, l'expérience de Fry (College Station, Texas), qui utilisait un laser pour exciter les atomes, donna un résultat plus net en faveur de la mécanique quantique. Mais c'est au début des années 1980 qu'une équipe de l'institut d'optique d'Orsay (Alain Aspect, Philippe Grangier, Gérard Roger, Jean Dalibard) mena à bien une série d'expériences montrant, de façon irréfutable, la violation des inégalités de Bell et la confirmation des prédictions quantiques. Cette équipe réalisa la première expérience qui suit très exactement le schéma idéal de la figure. Elle put également mettre en œuvre des « polariseurs mobiles », se plaçant ainsi dans une situation où l'hypothèse H2 (causalité relativiste) a toute raison de s'appliquer. Bien que techniquement moins précise que les autres, cette dernière expérience a le mérite de tester complètement le principe de séparabilité.

À quelques réserves près, l'expérience a tranché en faveur de la mécanique quantique. Grâce au théorème de Bell, ce résultat prend une portée très vaste : il est impossible d'interpréter ces expériences en termes de théories locales à variables cachées, et il n'y a aucun espoir de compléter la mécanique quantique de cette façon.

Il faut donc renoncer à une conception du monde physique dans l'esprit des hypothèses H2 et H3 du raisonnement E.P.R., conception « réaliste séparable », ou « réaliste locale ». C'est en ce sens que l'on doit comprendre la conclusion selon laquelle la nature serait non locale, ou non séparable, comme le prédit la théorie quantique. Les travaux décrits ici ont permis de donner à cette « non-séparabilité quantique » un statut expérimental solide. En revanche, le statut épistémologique de la non-séparabilité et ses liens avec les postulats de la mécanique quantique font encore actuellement l'objet de travaux actifs, et sont donc susceptibles d'évoluer dans les années à venir.