Does Chance hide Necessity? : a reevaluation of the debate ‘determinism - indeterminism’ in the light of quantum mechanics and probability theory

Abstract

Dans cette thèse l’ancienne question philosophique “tout événement a-t-il une cause ?” sera examinée à la lumière de la mécanique quantique et de la théorie des probabilités. Aussi bien en physique qu’en philosophie des sciences la position orthodoxe maintient que le monde physique est indéterministe. Au niveau fondamental de la réalité physique – au niveau quantique – les événements se passeraient sans causes, mais par chance, par hasard ‘irréductible’. Le théorème physique le plus précis qui mène à cette conclusion est le théorème de Bell. Ici les prémisses de ce théorème seront réexaminées. Il sera rappelé que d’autres solutions au théorème que l’indéterminisme sont envisageables, dont certaines sont connues mais négligées, comme le ‘superdéterminisme’. Mais il sera argué que d’autres solutions compatibles avec le déterminisme existent, notamment en étudiant des systèmes physiques modèles. Une des conclusions générales de cette thèse est que l’interprétation du théorème de Bell et de la mécanique quantique dépend crucialement des prémisses philosophiques desquelles on part. Par exemple, au sein de la vision d’un Spinoza, le monde quantique peut bien être compris comme étant déterministe. Mais il est argué qu’aussi un déterminisme nettement moins radical que celui de Spinoza n’est pas éliminé par les expériences physiques. Si cela est vrai, le débat ‘déterminisme – indéterminisme’ n’est pas décidé au laboratoire : il reste philosophique et ouvert – contrairement à ce que l’on pense souvent. Dans la deuxième partie de cette thèse un modèle pour l’interprétation de la probabilité sera proposé. Une étude conceptuelle de la notion de probabilité indique que l’hypothèse du déterminisme aide à mieux comprendre ce que c’est qu’un ‘système probabiliste’. Il semble que le déterminisme peut répondre à certaines questions pour lesquelles l’indéterminisme n’a pas de réponses. Pour cette raison nous conclurons que la conjecture de Laplace – à savoir que la théorie des probabilités présuppose une réalité déterministe sous-jacente – garde toute sa légitimité. Dans cette thèse aussi bien les méthodes de la philosophie que de la physique seront utilisées. Il apparaît que les deux domaines sont ici solidement reliés, et qu’ils offrent un vaste potentiel de fertilisation croisée – donc bidirectionnelle.

In this thesis the ancient philosophical question whether ‘everything has a cause’ will be examined in the light of quantum mechanics and probability theory. In the physics and philosophy of science communities the orthodox position states that the physical world is indeterministic. On the deepest level of physical reality – the quantum level – things or events would have no causes but happen by chance, by irreducible hazard. Arguably the clearest and most convincing theorem that led to this conclusion is Bell’s theorem. Here the premises of this theorem will be re-evaluated, notably by investigating physical model systems. It will be recalled that other solutions to the theorem than indeterminism exist, some of which are known but neglected, such as ‘superdeterminism’. But it will be argued that also other solutions compatible with determinism exist. One general conclusion will be that the interpretation of Bell’s theorem and quantum mechanics hinges on the philosophical premises from which one starts. For instance, within a worldview à la Spinoza the quantum world may well be seen as deterministic. But it is argued that also much ‘softer’ determinism than Spinoza’s is not excluded by the existing experiments. If that is true the ‘determinism – indeterminism’ is not decided in the laboratory: it remains philosophical and open-ended – contrary to what is often believed. In the second part of the thesis a model for the interpretation of probability will be proposed. A conceptual study of the notion of probability indicates that the hypothesis of determinism is instrumental for understanding what ‘probabilistic systems’ are. It seems that determinism answers certain questions that cannot be answered by indeterminism. Therefore we believe there is room for the conjecture that probability theory cannot not do without a deterministic reality underneath probability – as Laplace claimed. Throughout the thesis the methods of philosophy and physics will be used. Both fields appear to be solidly intertwined here, and to offer a large potential for cross-fertilization – in both directions.