L’incertitude en physique

Longtemps on a pensé que si l’on connaissait la position d’un objet, on pouvait connaître la position relative d’un autre objet. La physique quantique a mis à mal cette certitude et les physiciens se sont retrouvés face à l’incertitude.

Le principe d’incertitude de Heisenberg (1927) dit qu’on ne peut pas mesurer avec précision, en même temps, la position et la vitesse d’une particule (comme un électron).
Plus on connaît exactement où se trouve une particule, moins on sait à quelle vitesse elle va. Plus on connaît sa vitesse, moins on sait où elle est. La physique quantique nous dit que ces deux informations ne peuvent pas être parfaitement connues en même temps.

Même à des milliers de kilomètres, si deux particules sont « intriquées », le principe d’incertitude joue un rôle clé : Deux particules ( électrons ou photons) peuvent être liées de manière à former un système unique, peu importe la distance qui les sépare.
propriété de l’une, l’autre prend instantanément une valeur liée, même à l’autre bout de la planète.
C’est donc la fin du déterminisme classique. En physique classique (Newton, Laplace), si on connaît toutes les propriétés d’un système à un instant, on peut prédire son futur avec certitude. Heisenberg a brisé ce rêve : à l’échelle quantique, la nature est fondamentalement imprévisible.

La réalité dépend de l’observation : Avant une mesure, une particule n’a pas de propriété définie ( position ou vitesse). C’est l’acte de mesurer qui « force » la nature à choisir une valeur.

Les conséquences sont nombreuses : La cryptographie quantique, par exemple, donnerait une sécurité absolue. Grâce à l’intrication et à l’incertitude, on peut créer des clés de chiffrement inviolables. Si quelqu’un essaie d’espionner la communication, il perturbe les particules et se fait repérer. Exemple : Le protocole BB84 utilisé par la Chine pour des communications ultra-sécurisées.

La nature est donc probabiliste. Le monde quantique ne fonctionne pas avec des certitudes, mais avec des probabilités. L’observateur joue un rôle actif dans la réalité.

Heisenberg ayant montré que certaines paires de propriétés (position/vitesse, énergie/temps) ne peuvent jamais être connues simultanément avec une précision infinie, on touche une limite de la connaissance humaine.

Au quotidien, pour l’électronique moderne, les transistors (base des ordinateurs, smartphones, etc.) reposent sur la mécanique quantique. Sans le principe d’incertitude, la technologie actuelle n’existerait pas. Les IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) utilisent des propriétés quantiques des atomes pour créer des images détaillées du corps humain. La fission nucléaire est expliquée par la physique quantique, où les électrons et noyaux suivent des règles probabilistes.

Les réponses des philosophes

Dans ses Essais, Michel de Montaigne fait de la prise de conscience de la faiblesse de l’esprit humain une vertu d’humilité. Sa devise, « Que sais-je ? », invite à une tolérance intellectuelle : accepter l’incertitude protège du fanatisme et du dogmatisme.

Blaise Pascal soulève le paradoxe de la condition humaine : l’homme est plongé dans une incertitude métaphysique absolue quant à l’existence de Dieu ou au sens du monde. Pourtant, l’inaction est impossible (« Vous êtes embarqué »). Il faut donc parier et agir en situation d’information incomplète.

Pour Jean-Paul Sartre, l’être humain n’a pas de nature prédéterminée. L’avenir est fondamentalement incertain. Cette incertitude suscite l’angoisse, mais elle est le prix de la liberté radicale : nous devons choisir et assumer la responsabilité de nos actes sans refuge théorique.

Le cerveau nous joue des tours : 

Néanmoins, notre besoin fondamental de sécurité nous pousse à chercher la certitude. Or elle est impossible à trouver à 100 %. Devant cette situation angoissante, notre cerveau a plus d’un tour :

Pour éviter l’incertitude, le cerveau a développé un comportement dit bayésien. Le cerveau bayésien est conçu comme une machine qui va extraire de l’environnement des régularités, leur associer une certaine probabilité, et générer des prédictions à partir de ces informations. Le cerveau fait des prédictions en continu sur le monde qui nous entoure, en utilisant les expériences précédentes. Et ces prédictions permettent de diminuer le niveau d’incertitude. En fonction de l’environnement, les prédictions sont différentes. Le rugissement d’un lion dans le métro va être perçu comme un son enregistré ou va faire penser qu’une personne a imité le lion, mais pas qu’un lion est un passager du wagon. En revanche, dans la savane, ce même rugissement va évoquer la présence d’un lion en chair et en os. Lorsque les prédictions sont réalisées, lorsqu’elles sont vraies, elles sont renforcées. Si elles sont erronées, elles sont corrigées. Le cerveau s’adapte en permanence pour permettre la vie.

Lorsque le cerveau ne peut pas faire de prédictions, ou que parmi plusieurs prédictions possibles aucune ne semble émerger, c’est le domaine de l’incertitude. C’est du stress que le cerveau produit ! Comme dans le paysage très embrumé où plus rien ne se distingue, où quelques mètres peuvent nous séparer d’une falaise ou d’un loup, c’est l’angoisse qui nous assaille. Une équipe britannique a montré qu’il est plus stressant de ne pas savoir si un événement négatif va se produire ou non, que de savoir avec certitude qu’il va se produire. Dans l’expérience que cette équipe avait développée, l’événement négatif était l’apparition d’une image de serpent associée à un choc électrique. Cet évènement était prédictible dans la moitié des cas et imprédictible dans l’autre moitié. L’équipe de recherche a montré que ce qui génère le plus de stress, c’est la situation d’imprédictibilité. Les sujets qui étaient certains de voir l’image de serpent étaient moins stressés que ceux qui n’avaient que 50% de chances de la voir.

Dans ces situations de vide prédictif, le cerveau a un plan B : les biais cognitifs.

Malgré notre volonté d’être objectif(ve) et rationnel(le), le cerveau ne traite pas objectivement les informations que nous recevons. On parle de biais cognitifs. Pendant l’épidémie de Covid, certains biais cognitifs ont influencé nos comportements et la prise de décisions. Le biais d’optimisme nous pousse à être irrationnellement optimistes ; lorsque nous assimilons de nouvelles informations, nous retenons plus facilement celles qui sont en notre faveur que celles qui sont en notre défaveur.

Le biais de confirmation engendre une sensibilité accrue aux éléments qui confirment nos croyances et une sensibilité réduite à ceux qui les infirment. Nous voyons ce que nous voulons voir ! (ce que Montaigne disait déjà).

Le biais d’endogroupe ou d’appartenance, explique pourquoi nous faisons tellement confiance à nos proches et peu confiance à des personnes étrangères qui ne font pas partie de « notre groupe ».

Que faire de l’incertitude ? 

L’incertitude est inhérente à la nature (Principe d’incertitude d’Heisenberg).

L’incertitude est inhérente à nos vies (doute métaphysique de Descartes, accidents, rencontres…)

Or nous avons besoin de sécurité et pouvons être très angoissés par l’incertitude (étude britannique montrant que l’incertitude sur l’éventualité d’une mauvaise nouvelle peut être plus mal vécue que l’annonce de la mauvaise nouvelle).

Que faire ?

Il nous faut peut-être nous faire davantage confiance, nous fier à nous mêmes. Notre cerveau est câblé pour s’adapter à l’incertitude et favoriser la vie : Notre cerveau raisonne en probabilités (cerveau bayésien). Les biais cognitifs sont là pour nous aider à aller plus vite dans nos décisions, même si ils ont également des travers négatifs.

Malgré l’incertitude, engageons nous gaillardement dans l’action et dans la vie.

La vie ne serait-elle pas terne si nous étions sûrs de tout ?

L’aventure sans incertitude serait-elle encore l’aventure ?

Laissons le dernier mot à Goethe :

• Tant que nous ne nous engageons pas, le doute règne […] Dès le moment où l’on s’engage, la providence se met en marche.

• Le plus grand bonheur de l’homme qui pense, c’est d’avoir étudié le connaissable, et d’admirer paisiblement l’inconnaissable.