Max Born : Le physicien qui a fait de la réalité une probabilité

Le 4 décembre 1926, Albert Einstein s'assit pour écrire à un ami au sujet de l'étrange nouvelle physique venant de Göttingen. "La mécanique quantique est certes imposante", concéda-t-il. "Mais une voix intérieure me dit que ce n'est pas encore la chose réelle... Je suis, en tout cas, convaincu que Dieu ne joue pas aux dés." Cette phrase, plus tard résumée en la phrase la plus célèbre qu'Einstein n'a jamais tout à fait écrite, visait l'homme qui venait d'introduire les dés. Son nom était Max Born, et cinq mois plus tôt, il avait publié l'idée que la fonction d'onde ne vous dit pas où se trouve une particule, mais seulement la probabilité qu'elle s'y trouve.

Breslau et les mathématiciens de Göttingen

Born est né le 11 décembre 1882 à Breslau, alors dans l'Empire allemand, aujourd'hui Wrocław en Pologne, au sein d'une famille juive ayant une forte tradition scientifique : son père, Gustav Jacob Born, était anatomiste et professeur d'embryologie à l'Université de Breslau. Sa mère, Margarethe Kauffmann, était issue d'une famille industrielle silésienne et est décédée quand il avait quatre ans.

Après le König-Wilhelm-Gymnasium, il s'inscrivit à l'Université de Breslau en 1901, passa un été à Heidelberg en 1902 et un autre à Zurich en 1903 avant de déménager à Göttingen en avril 1904. Ce déménagement fut décisif. À Göttingen, il étudia sous la direction de Felix Klein, David Hilbert et Hermann Minkowski — la plus forte faculté de mathématiques au monde — et acquit une maîtrise de l'algèbre abstraite que la plupart des physiciens de sa génération n'avaient tout simplement pas. Son doctorat de 1906, sur la stabilité des fils élastiques, remporta le prix de la Faculté de philosophie et une mention magna cum laude.

L'Institut

Il obtint son habilitation en physique théorique à Göttingen en 1909, devint professeur extraordinarius à Berlin en 1914, obtint une chaire complète à Francfort en 1919, et retourna à Göttingen en 1921 en tant que directeur de l'Institut de physique théorique. Pendant les douze années suivantes, cet institut fut le centre de gravité de la physique mondiale.

La liste des noms est presque comique rétrospectivement. Parmi les doctorants de Born, on compte Robert Oppenheimer (1927), Max Delbrück (1930), Maria Goeppert Mayer (1931) et Victor Weisskopf (1931) ; deux d'entre eux remporteraient des prix Nobel et l'un dirigerait Los Alamos. Ses assistants incluaient Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Enrico Fermi, Edward Teller, Eugene Wigner, Pascual Jordan, Friedrich Hund, Gerhard Herzberg et Léon Rosenfeld. Une conversation avec le chimiste Fritz Haber sur ce qui se passe lorsque les métaux réagissent avec les halogènes a produit, en 1918, le cycle de Born-Haber. Des travaux ultérieurs avec Oppenheimer ont produit l'approximation de Born-Oppenheimer, toujours l'outil standard pour traiter les molécules ; l'approximation de Born reste un pilier de la théorie de la diffusion.

Mécanique matricielle

Le 9 juillet 1925, Heisenberg remit à Born un article rempli d'étranges tableaux de nombres dont la multiplication dépendait de l'ordre dans lequel on l'effectuait. Born reconnut ce qu'il regardait : des matrices, le langage mathématique qu'il avait maîtrisé à Göttingen vingt ans plus tôt et que la plupart des physiciens considéraient alors comme une spécialité obscure. Avec Pascual Jordan, puis avec Heisenberg, il transcrivit et étendit la théorie en la première formulation complète de la mécanique quantique, arrivant à la relation de commutation pq − qp = ih/2π — l'équation qui stipule que la position et l'impulsion ne peuvent pas être précises en même temps, écrite avant que quiconque ne sache ce qu'elle signifiait.

La règle de Born

En juillet 1926, il publia l'interprétation qui porte son nom. Erwin Schrödinger avait produit une équation d'onde ; personne ne pouvait dire de quoi était faite l'onde. Born proposa que ψ*ψ est une densité de probabilité — que la mécanique quantique ne prédit pas des résultats, mais les cotes des résultats. Ce fut le moment où la physique a cessé d'être déterministe. Tout ce qui suivit, de la signification du principe d'incertitude au problème de la mesure et au siècle de débats qui s'ensuivit, passe par cet unique article. Einstein ne l'a jamais accepté, et leur correspondance, allant de 1916 à 1955, est devenue le désaccord le plus célèbre de la science moderne.

La position philosophique de Born était cohérente avec sa physique. "Je crois que des idées telles que la certitude absolue, l'exactitude absolue, la vérité finale, etc., sont des produits de l'imagination qui ne devraient être admissibles dans aucun domaine de la science", a-t-il écrit.

Apatridie

En janvier 1933, les nazis prirent le pouvoir et Born, d'origine juive malgré un baptême luthérien en 1914 entrepris en partie pour s'assimiler, fut suspendu de sa chaire de Göttingen. Il partit au St John's College de Cambridge (1933-35), puis à l'Institut indien des sciences de Bangalore (1935-36), puis à Édimbourg, où il occupa la chaire Tait de 1936 à 1952. En novembre 1935, l'Allemagne révoqua sa citoyenneté, le laissant apatride ; Göttingen annula alors le doctorat qu'elle lui avait décerné avec distinction en 1906. Il devint sujet britannique naturalisé le 31 août 1939 — un jour avant que l'Allemagne n'envahisse la Pologne.

Pourquoi Max est qualifié de génie

La faculté distinctive de Born était la traduction entre deux langues qui n'avaient pas encore été introduites : les mathématiques pures et l'intuition physique. Lorsque Heisenberg lui apporta un ensemble de tableaux inconnus, Born était presque uniquement équipé pour voir qu'il s'agissait de matrices, et que la multiplication non commutative n'était pas une gêne mais la physique elle-même. Puis vint l'acte le plus difficile, qui relevait plus du courage interprétatif que de la technique : proposer que le carré de la fonction d'onde soit une probabilité signifiait abandonner l'hypothèse, ininterrompue depuis Newton, selon laquelle une description complète d'un système détermine son avenir. Il l'a fait seul, dans un seul article. Le comité Nobel l'a finalement reconnu en 1954, l'honorant "pour ses recherches fondamentales en mécanique quantique, en particulier pour son interprétation statistique de la fonction d'onde".

Le contre-argument commence par cette date. Il a attendu vingt-huit ans, alors qu'Heisenberg recevait le prix en 1932 seul pour la mécanique matricielle qu'ils avaient construite ensemble — Heisenberg exprima plus tard ses regrets de ne pas avoir partagé le crédit — et tandis qu'une génération de ses propres étudiants et assistants recevait des honneurs d'abord. Un sceptique peut soutenir que l'accomplissement majeur de Born était une interprétation de l'équation de quelqu'un d'autre, que le travail matriciel était une idée d'Heisenberg dans la notation de Born, et que son rôle le plus durable était institutionnel : il a assemblé et dirigé la salle dans laquelle la mécanique quantique est née. Mais c'est aussi une description d'un talent spécifique et rare — savoir quelles mathématiques une nouvelle physique exige, et être prêt à dire ce que les mathématiques signifient quand tout le monde est encore en train de calculer.

Héritage

Il a également remporté la médaille Max Planck en 1948 et la médaille Hughes en 1950, a été élu membre de la Royal Society of Edinburgh en 1937 et de la Royal Society en mars 1939, et a partagé son Nobel avec Walther Bothe. En 1952, il prit sa retraite à Bad Pyrmont en Allemagne de l'Ouest, retournant dans le pays qui l'avait rendu apatride, et est décédé à Göttingen le 5 janvier 1970, à l'âge de quatre-vingt-sept ans. Ses descendants ont fourni une coda improbable : sa petite-fille, par sa fille Irene, était la chanteuse et actrice Olivia Newton-John. La règle, cependant, est le monument. Chaque calcul dans la théorie quantique moderne se termine par elle.