L’expérience de pensée connue sous le nom de chat de Schrödinger est l’un des concepts les plus célèbres et les plus mal compris de la mécanique quantique. En réfléchissant profondément à ce sujet, les chercheurs sont parvenus à des découvertes impressionnantes sur la réalité physique.
Selon un article du magazine Quanta, le physicien autrichien Erwin Schrödinger, qui a contribué à fonder la mécanique quantique, a conçu son puzzle du chat en 1935 comme un commentaire sur les problèmes posés à l’origine par le brillant Albert Einstein.
À mesure qu’ils développaient leur nouvelle compréhension du monde subatomique, la plupart des collègues d’Einstein et de Schrödinger se rendirent compte que les entités quantiques présentaient un comportement extrêmement étrange. Le physicien danois Niels Bohr a défendu l’idée selon laquelle les particules comme les électrons n’ont pas de propriétés bien définies jusqu’à ce qu’elles soient mesurées. Avant cela, les particules existaient dans une superposition d’états, par exemple avec 50 % de chances d’être orientées «vers le haut» et 50 % de chances d’être orientées «vers le bas».
Einstein, en particulier, n’aimait pas cette explication à moitié convaincue. Il voulait savoir comment exactement l’Univers sait quand quelqu’un mesure quelque chose. Schrödinger a mis en évidence cette absurdité avec son célèbre chat conceptuel.
«Supposons que quelqu’un construise un engin étrange», écrivait Schrödinger dans un article de 1935 intitulé «La situation actuelle de la mécanique quantique». L’appareil est constitué d’une boîte contenant un flacon scellé de cyanure, au-dessus duquel est suspendu un marteau attaché à un compteur Geiger visant un petit morceau d’uranium légèrement radioactif. Il y a aussi un chaton à l’intérieur de la boîte (et rappelez-vous, c’est une expérience de pensée qui n’a jamais été faite).
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La boîte est scellée et l’expérience est laissée en cours pendant une durée déterminée, peut-être une heure. Durant cette heure, l’uranium, dont les particules obéissent aux lois de la mécanique quantique, a une certaine chance d’émettre des radiations, qui seront alors détectées par le compteur Geiger, qui à son tour lâchera le marteau et brisera le tube à essai, tuant le chat par empoisonnement au cyanure.
Le chat de Schrödinger. fandom.com
Selon des gens comme Bohr, jusqu’à ce que la boîte soit ouverte et que le statut du chat soit «mesuré», il restera dans une superposition de vivant et de mort. Des gens comme Einstein et Schrödinger ont rejeté une telle possibilité, qui ne correspond pas à tout ce que notre expérience ordinaire nous dit: les chats sont soit vivants, soit morts, mais pas les deux.
«Il manquait à la physique quantique un ingrédient crucial: une histoire sur la façon dont elle était liée aux choses du monde», a écrit le journaliste scientifique Adam Becker dans son livre What’s Real? (Livres de base, 2018). «Comment un nombre phénoménal d’atomes, contrôlés par la physique quantique, donne-t-il naissance au monde que nous voyons autour de nous?»
Le chat de Schrödinger a touché à l’essence même de l’étrangeté de l’interprétation de la réalité par Bohr : l’absence d’une frontière claire entre les domaines quantique et quotidien. Alors que la plupart des gens pensent qu’il s’agit d’un exemple qui prouve que les particules n’ont pas de propriétés bien définies jusqu’à ce qu’elles soient mesurées, l’intention initiale de Schrödinger était exactement le contraire: montrer qu’une telle idée n’a aucun sens. Cependant, pendant de nombreuses décennies, les physiciens ont largement ignoré ce problème, se tournant vers d’autres dilemmes.
Mais à partir des années 1970, les chercheurs ont pu montrer que les particules quantiques pouvaient être créées dans des états qui correspondaient toujours les uns aux autres – ainsi, si l’une présentait une orientation «vers le haut», l’autre serait «vers le bas» – un phénomène que Schrödinger a appelé intrication. Ces travaux ont été utilisés pour soutenir le domaine émergent de l’informatique quantique, qui promet de produire des ordinateurs beaucoup plus rapides que la technologie actuelle.
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En 2010, des physiciens ont également réussi à créer une version réelle du chat de Schrödinger, bien que d’une manière qui n’impliquait pas de félicidide (également connu sous le nom de mise à mort de chaton). Des scientifiques de l’Université de Californie à Santa Barbara ont construit un résonateur qui est essentiellement un minuscule diapason de la taille d’un pixel sur un écran d’ordinateur. Ils l’ont placé dans une superposition dans laquelle il oscillait et n’oscillait pas en même temps, montrant que des objets relativement grands peuvent occuper des états quantiques étranges.
La superposition est une composition de fonctions (fonction complexe). Le principe de superposition est un principe de physique et de mathématiques qui décrit la superposition de processus (par exemple, les ondes) et, par conséquent, l’émergence d’interférences constructives et destructives. Le principe de superposition est l’hypothèse selon laquelle l’effet résultant de plusieurs influences indépendantes est la somme des effets causés par chaque influence séparément. Valable pour les systèmes ou champs décrits par des équations linéaires. La superposition est généralement comprise comme une simple observation : si une action conduit à un résultat, et une seconde action à un second résultat, alors leur action combinée produira les deux résultats.
Des expériences ultérieures ont placé des groupes allant jusqu’à 2 000 atomes à deux endroits différents à la fois, brouillant encore davantage la frontière entre le microscopique et le macroscopique. En 2019, des chercheurs de l’Université de Glasgow ont même réussi à prendre une photographie de photons intriqués à l’aide d’un appareil photo spécial qui prenait une photo chaque fois qu’un photon apparaissait avec son partenaire intriqué.
Bien que les physiciens et les philosophes ne soient pas encore parvenus à un consensus sur la manière de comprendre le monde quantique, les idées de Schrödinger ont ouvert de nombreuses voies de recherche fructueuses et continueront probablement de le faire dans un avenir prévisible.
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