Pour bien saisir l’enjeu théorique qui est au centre de ces questions et en particulier le rôle de ce qui semble être trivialement matériel dans la production et l’émergence du sens, il est utile de s’arrêter sur une anecdote à propos d’une des expériences fondamentales pour la physique quantique, l’expérience d’Otto Stern et Walther Gerlach, racontée par Bretislav Friedrich et Dudley Herschbach (2003) et ensuite reprise par Barad (2007, p. 161 et suiv.).

L’expérience en question a été imaginée par Stern pour vérifier une hypothèse de Niels Bohr sur la structure de l’atome. Selon Bohr, l’orientation du plan orbital des électrons autour du noyau de l’atome ne pourrait prendre que certaines valeurs discrètes. L’espace serait donc discret et non continu : c’est ce qu’on désigne par l’idée de « quantification de l’espace ». Cette idée est évidemment contraire à celle d’un espace continu et dense, caractéristique de la physique classique.

Stern, en 1921, imagine donc une expérience pour tester l’hypothèse de Bohr. Il construit un appareil qui projettera un faisceau d’atomes d’argent sur un écran de verre, en les faisant passer entre deux aimants. Si l’hypothèse de Bohr est juste, le faisceau devrait se diviser en deux, car le champ magnétique des électrons devrait être orienté de manière discrèteC’est l’hypothèse de départ de Stern : un électron qui orbite autour du noyau doit émettre un léger champ magnétique. Si Bohr a raison et que donc les orbites des électrons sont disposées dans un espace discret, il devrait être possible de distinguer les orientations des différents électrons en profitant de ce champ magnétique.↩︎, sinon, dans l’hypothèse d’un espace continu, on devrait avoir sur le verre une tache homogène d’atomes.

Experience de Stern et Gerlach – Schéma

Voir aussi la page Wikipedia concernant cette expérience.

Source

2005-03-26 fr quantique,Stern,Gerlach,experience

Stern, pour réaliser l’expérience, s’adresse à son collègue Gerlach. L’expérience est difficile et délicate à mettre en place et demande plusieurs nuits de travail à Gerlach. À la fin, les deux chercheurs arrivent à produire ce qu’ils souhaitent, mais en regardant la plaque de verre, ils ne voient rien. Voici le récit de Stern :

After venting to release the vacuum, Gerlach removed the detector flange. But he could see no trace of the silver atom beam and handed the flange to me. With Gerlach looking over my shoulder as I peered closely at the plate, we were surprised to see gradually emerge the trace of the beam. […] Finally we realized what [had happened]. I was then the equivalent of an assistant professor. My salary was too low to afford good cigars, so I smoked bad cigars. These had a lot of sulfur in them, so my breath on the plate turned the silver into silver sulfide, which is jet black, so easily visible. It was like developing a photographic film« Après avoir évacué le vide, Gerlach retira la plaque du détecteur. Mais il ne voyait aucune trace du faisceau d’atomes d’argent et me tendit la plaque. Avec Gerlach qui regardait par-dessus mon épaule pendant que j’examinais attentivement la plaque, nous fûmes surpris de voir émerger progressivement la trace du faisceau. […] Nous comprîmes enfin ce qui s’était passé. J’étais alors l’équivalent d’un professeur adjoint. Mon salaire était trop bas pour me permettre d’acheter de bons cigares, alors je fumais de mauvais cigares. Ceux-ci contenaient beaucoup de soufre, et mon souffle sur la plaque a transformé l’argent en sulfure d’argent, qui est d’un noir de jais et donc facilement visible. C’était comme développer une pellicule photographique » (ma traduction). Ce texte est reconstruit par Herschbach suite à une conversation privée avec Stern qui a eu lieu en 1960.↩︎ (Friedrich et Herschbach 2003, p. 56).

Ce texte vaut la peine d’être analysé attentivement car il met en crise de façon exemplaire l’idée d’une pensée immatérielle, idéale, abstraite de toute composante « bassement matérielle ».

Comme le souligne Barad (2007, p. 165 et suiv.), ce récit questionne l’idée d’un dispositif d’observation dont les limites et les frontières sont très nettement définies. Où commence l’instrument et où finit-il ? Le dispositif mis en place par Stern et Gerlach ne donne pas le résultat espéré. Le cigare doit faire partie du dispositif. Mais pas n’importe quel cigare : un mauvais cigare. Cela implique donc que même le salaire de Stern, et les raisons de ce salaire – combien est payé un professeur adjoint – font partie du dispositif d’observation. Par ailleurs, si on continue l’analyse, l’hypothèse de Stern n’était pas juste : en réalité ce que montre l’expérience, plus que la quantification de l’espace, c’est le fait que les électrons ont un spin. Cette expérience devient fondamentale dans les livres de physique seulement plusieurs années après, et justement en tant que démonstration du spin.

L’interprétation selon laquelle une personne brillante – ici Stern – a une idée géniale, la définit de façon formelle et abstraite et ensuite la démontre avec un dispositif aux frontières claires et bien définies est complètement invalidée. L’idée, la théorie sont le résultat d’une série de facteurs dont font partie les conditions économiques d’un professeur adjoint en 1920, le rapport entre le coût des cigares et la présence de soufre, la visibilité du sulfure d’argent sur du verre et l’invisibilité de l’argent, le travail d’une large communauté de recherche qui s’interroge sur des résultats expérimentaux pendant plusieurs décennies, etc.

Otto Stern fumant un cigare dans son laboratoire

Source (archive)

fr Cigare,Stern,matérialité,science

Le dispositif d’observation n’est pas idéal – dans le sens de quelque chose dont la matérialité n’est qu’un accident, car ce qui compte n’est que la structure formelle : le dispositif est la matière et c’est cette matière complexe, qui comprend des éléments comme le sulfure d’argent et le niveau de reconnaissance économique d’un jeune professeur, c’est cette matière complexe qui fait émerger une idée. La théorie est un agencement matériel d’une série d’éléments.

Barad résume tout cela avec la phrase : matter matters. C’est ce que je veux dire ici quand j’affirme : c’est la matière qui pense.