LA PHYSIQUE QUANTIQUE Comme c'est BIZARRE....

« Nous pouvons apprivoiser le monde quantique à l'aide de nos mathématiques, mais cela ne l'empêche pas d'être étrange,

plus étrange même que tout ce que peut  nous proposer notre imagination. »

L'Univers Quantique de Heinz Pagels

VIVANT ou MORT ? that is the question !

Le chat de Schrödinger

Tout le monde a plus ou moins entendu parler de l’histoire du chat de Schrödinger, c’est l’un des concepts scientifiques les plus souvent rencontrés dans la culture populaire mais les moins bien compris par le grand public.

De QUOI s’agit-il ?

En 1935 Erwin Schrödinger, l’un des piliers de la physique quantique, a imaginé une expérience de pensée :

La substance radioactive a une chance sur deux de se désintégrer en une heure, donc une chance sur deux d'enclencher le mécanisme qui brise la fiole de produit toxique et tue le chat !

Un chat est placé dans une boîte fermée aux côtés d’un petit échantillon de substance radioactive, choisie de telle sorte qu’il y a une chance sur deux que l’un de ses atomes se désintègre en l’espace d’une heure.

 Si c’est le cas, la désintégration est détectée par un compteur Geiger, ce qui active un petit marteau qui vient briser une fiole contenant un produit toxique et fait passer le chat de vie à trépas.

 De l’extérieur, on ne peut pas savoir ce qui se passe dans la boite.

En clair : au bout d’une heure, il y a une chance sur deux pour que rien ne se soit passé et que le chat soit encore en vie, et une chance sur deux pour qu’un atome se soit désintégré et que le chat ait été tué. Bon ! rien de spécial ! situation courante de notre vie quotidienne !

 Schrödinger était-il dingue ou génial  pour inventer pareille expérience ?

En fait Il a proposé cette expérience pour une bonne raison : il voulait confronter les gens aux paradoxes de la physique quantique.

La théorie de la superposition quantique.

He oui ! Cette théorie nous explique que dans le monde quantique (c’est-à-dire à l’échelle de l’atome),  une particule – prenons un électron – peut être à plusieurs endroits en même temps….  Comment  cela ?

Les Physiciens décrivent la nature en équations mathématiques !

 En physique classique, on dispose d’équations mathématiques pour décrire le monde qui nous entoure. (On connaît par exemple la fameuse équation de Newton “F = ma”, pour décrire les mouvements).

 En physique quantique aussi, il existe un tas d’équations pour décrire ce qui se passe à l’échelle de l’atome. Et l’équation pour connaître la position d’un électron à un instant donné fait rentrer en jeu des probabilités.

 Autrement dit, un électron a “x% de chance d’être ici, y% d’être là, z% d’être ici ou là”. Mathématiquement, cela se traduit littéralement par : “l’électron est aux trois endroits en même temps“.

Voilà ce que c’est que la superposition quantique.

MIAOU… Et notre chat alors ?

Dans notre exemple,  notre particule radioactive  a une chance sur deux de se désintégrer. Selon l’interprétation quantique, cela signifie que, tant qu’on n’a pas essayé de déterminer si elle s’est désintégrée ou non, elle est décrite par une fonction mathématique qui est un mélange 50/50 de la fonction qui décrit la particule non désintégrée et de la fonction qui décrit la particule désintégrée :

État de la particule quantique = 50% Particule non désintégrée + 50% Particule désintégrée

La curieuse boîte imaginée par Schrödinger n’a qu’un but : lier ce comportement quantique d’un objet minuscule, une particule qui se désintègre, à un objet macroscopique qui nous est plus familier : un chat.  Jusqu’à ce que la boîte soit ouverte, le malheureux animal semble en effet devoir être décrit selon les lois de la mécanique quantique par une fonction de cette forme :

État du chat = 50% Mort + 50% Vivant

Schrödinger s’imagine donc à côté de cette boite totalement fermée et se dit :

« Je n’ai aucun moyen de savoir si le mécanisme s’est déclenché. Si mon chat était un objet quantique, je dirais qu’il est à la fois mort et vivant car selon la théorie de la superposition quantique, c’est tout à fait possible. »

La seule manière pour lui de savoir si son chat est mort ou vivant, c’est d’ouvrir la boite et de constater. Lorsque Schrödinger ouvrira la boite, on parlera de décohérence quantique. (En physique Quantique cela s’appelle faire une mesure, et la mesure perturbe complètement l’état quantique. )  La situation ambiguë (“mort ou vivant ?”) se résout instantanément car une fois la boite ouverte, le minou n’est plus “ou mort ou vivant”, il est clairement soit l’un, soit l’autre.

Schrödinger fait exprès de nous tromper quand il dit que son chat est “ à la fois mort et vivant ” car il s’est amusé à décrire le monde qui l’entourait avec une théorie propre à la physique quantique (la théorie de la superposition quantique). Or, les théories quantiques ne peuvent pas être utilisées pour décrire le monde à notre échelle. Elles ne fonctionnent qu’à l’échelle de l’atome.

Pour l’anecdote, notez que Schrödinger vivait avec deux femmes en même temps, ce qui n’est peut-être pas pour rien dans son intérêt pour les questions de ce genre.

Femme de Schrödinger = 50% Anny +50% Hilde

EN CONCLUSION

À l’échelle de l’atome, les choses se déroulent de manière aléatoire. Un électron est un objet quantique. Un chat n’est pas un objet quantique car il ne dispose d’aucune propriété quantique. En d’autres termes : il ne suit pas le principe de superposition quantique.

Aujourd’hui, il y a des gourous, des prédicateurs, des charlatans de développement personnel qui adorent la physique quantique et qui lui font dire des trucs absurdes du genre “il n’existe pas une réalité mais une superposition de réalités, blablabla”. C’est pourquoi un minimum de connaissances scientifiques doit nous préserver de ce type de lavage de cerveaux.

il existe peut-être des univers parallèles !

Maintenant si comme Schrödinger et comme Einstein, vous avez du mal à adhérer à cette interprétation courante de la physique quantique qu’on appelle l’interprétation de Copenhague, et qu’il vous déplait de penser au nom d’une certaine idée de l’unité du monde, qu’un objet quantique et un objet macroscopique ne peuvent pas être interprétés de la même façon , sachez qu’il existe au moins une théorie alternative : la theorie des univers paralleles ou theorie d’Everett dans laquelle :

L’état de superposition admet une interprétation physique réelle et concrète. Les états superposés (chat mort et chat vivant) existeraient dans une infinité d’univers parallèles. 

Par exemple : si le chat de Schrödinger était un objet quantique, alors il serait mort dans un univers et vivant dans un autre univers parallèle. Lorsque Schrödinger ouvrirait la boite pour voir comment va son chat, il serait instantanément transporté dans l’un des deux univers créés, en fonction de l’état du chat.

Why not ?