Un étrange théorème quantique a mis fin à la réalité d'Einstein

Ici est retracée la lente désagrégation de la conception classique du réel face à la mécanique quantique, depuis Einstein jusqu’au théorème PBR. 

Cet article raconte comment la physique quantique a progressivement détruit l’idée, chère à Einstein, d’un monde fait de propriétés objectives, indépendantes de l’observateur. En trois étapes — le paradoxe EPR, le théorème de Bell et le théorème PBR — les physiciens ont montré que la réalité ne peut plus être à la fois objective, locale et décrite par une fonction d’onde qui ne serait qu’une simple expression de notre ignorance. 

Einstein croyait qu’une bille rouge est rouge même dans le noir, même si personne ne la regarde : ses propriétés lui appartiennent en propre. La mécanique quantique, elle, ne décrit pas des faits mais des probabilités : avant la mesure, la bille n’a pas une couleur déterminée, seulement des chances d’être rouge ou verte. Pour Einstein, cela ne signifiait pas que la réalité était absurde, mais que la fonction d’onde — l’état quantique — était incomplète, un peu comme une prévision météorologique qui ne révèle pas encore s’il pleut réellement. 

Le paradoxe EPR

En 1935, Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen imaginent une expérience où deux particules interagissent puis s’éloignent. Mesurer l’une permet de déduire une propriété de l’autre sans la toucher. Einstein en conclut que la seconde particule possède déjà, avant toute mesure, une position et une quantité de mouvement réelles : la fonction d’onde ne peut donc pas décrire la totalité de la réalité. 

Son raisonnement repose sur deux piliers : le réalisme (les objets ont des propriétés qui existent indépendamment de nous) et la localité (un objet ne peut être influencé instantanément par un objet lointain). Niels Bohr répond en niant précisément le premier pilier : pour lui, il n’y a pas de " monde quantique " objectif, seulement une description abstraite. C’est l’interprétation de Copenhague, qui domine pendant des décennies et éteint largement le débat sur les fondements de la mécanique quantique. 

Bell et la non-localité

En 1964, John Stewart Bell reprend le flambeau d’Einstein, mais aboutit à un résultat inversé. Il conçoit une expérience où deux particules, émises dans des directions opposées, sont mesurées par des appareils choisis au hasard. S’il suppose, comme Einstein, que chaque particule possède un état réel et que les appareils sont trop éloignés pour s’influencer, les corrélations entre les mesures doivent rester limitées. 

Or la mécanique quantique prédit des corrélations plus fortes. Les expériences menées dans les années 1980 confirment la prédiction quantique : le monde ne peut pas être à la fois réel au sens d’Einstein et local. Bell ne dit pas lequel des deux principes faut abandonner, mais il prouve qu’au moins l’un des deux doit céder. 

Le théorème PBR

Cinquante ans plus tard, Matthew Pusey, Jonathan Barrett et Terry Rudolph publient en 2012 le théorème PBR, qui porte un coup encore plus radical à la position intermédiaire. Leur idée : si l’état quantique n’était qu’une information subjective — une description de ce que nous savons, et non de ce qui est — alors deux états quantiques distincts devraient pouvoir " se chevaucher ", c’est-à-dire correspondre à une même réalité sous-jacente. 

PBR construit une version quantique d’un jeu de cartes : un croupier tire des cartes de deux tas, et le joueur doit deviner de quel tas elles proviennent. Dans le monde classique, certaines combinaisons rendent la devinette impossible, car plusieurs descriptions subjectives peuvent correspondre à la même carte réelle. Dans le monde quantique, en revanche, une machine peut toujours déterminer au moins une combinaison impossible : les états quantiques ne se chevauchent pas. 

Conclusion : si l’on accepte que les objets ont un état réel, alors l’état quantique lui-même doit être réel, gravé dans la nature des choses, et non simple reflet de notre ignorance. Une expérience de 2012, puis une version étendue réalisée en 2025 sur un ordinateur quantique IBM, ont confirmé ce résultat. 

Ce que PBR ne tranche pas

Le théorème PBR ne dit pas que l’état quantique est nécessairement réel. Il élimine la voie médiane : celle d’un monde objectif dont la fonction d’onde ne serait qu’un reflet de notre connaissance incomplète. Il ne reste alors que deux issues. 

- Soit l’on accepte que l’état quantique est une propriété réelle du monde, ce qui implique une réalité étrange, non locale, où la " collapse " de la fonction d’onde correspond à un événement physique.

- Soit l’on abandonne l’idée même d’une réalité objective, position défendue par l’interprétation de Copenhague et, plus récemment, par le QBisme, qui voit la physique quantique comme une description de notre relation au monde plutôt que du monde en soi. 

Enjeu philosophique

L’article souligne que PBR ne " tue " pas la réalité au sens courant, mais tue une conception précise de la réalité : celle d’Einstein, où les objets possèdent des propriétés définies, locales, indépendantes de l’observateur. Ce qui reste ouvert, c’est de savoir quelle forme de réalité peut encore être sauvée.

Certains physiciens, comme Lucien Hardy, explorent l’idée que la réalité pourrait ne pas avoir un état unique et fixe à chaque instant, mais se distribuer autrement dans le temps ou la structure du monde. D’autres, comme Jacques Pienaar, ont abandonné le réalisme objectif au profit du QBisme. Le débat n’est donc pas clos : il s’est déplacé. Il ne s’agit plus de savoir si la mécanique quantique est vraie — elle l’est, expérimentalement — mais de savoir ce qu’il faut sacrifier de notre intuition du réel pour la comprendre. 

En une phrase

En trois théorèmes — EPR, Bell, PBR — la physique a montré que le monde ne peut pas être à la fois objectif, local et décrit par une fonction d’onde qui ne serait qu’un reflet de notre ignorance : quelque chose, dans notre conception classique de la réalité, doit céder.