- Erwin Schrödinger -

« On ne compte pas les électrons ou les photons comme on compte les objets que nous rencontrons autour de nous. »

L'EXPERIENCE

A) Le principe

Cette expérience consiste principalement à imaginer un chat enfermé dans une boîte avec un dispositif mortel. Ce dispositif peut s'apparenter par exemple à la libération d'une dose de cyanure suffisante pour tuer le chat si un détecteur de radioactivité de type Geiger détecte la désintégration d'un atome radioactif. Schrödinger l'explique lui-même de la façon suivante : "Un chat est enfermé dans une enceinte d'acier avec le dispositif suivant : un compteur Geiger est placé à proximité d'un minuscule échantillon de substance radioactive ; si petit que, durant une heure, il se peut qu'un seul des atomes se désintègre, mais il se peut également, et avec une égale probabilité, qu'aucun ne se

B) Les issues de l’expérience et les notions mathématiques qu’elle soulève

La superposition d'états, ou l'addition des états quantiques :

L'état d'un système quantique peut être représenté par un vecteur dans un espace abstrait appelé espace de Hilbert, qui n'a aucun rapport direct avec notre espace géométrique. On décrit 2 états relativement à une propriété physique prenant deux valeurs, par exemple la position d'une particule comme un électron, qui n'aurait que 2 possibilités. Cela peut se traduire, en probabilité, par "avoir une caractéristique C" : oui ou non.

Soit la caractéristique C = position A.

A B

(état vecteur u représenté par vecteur u)→ • • ←(état vecteur u' représenté par vecteur u')

oui non

Etat quelconque du système représenté par un vecteur v. Ce vecteur v peut être considéré comme la somme des deux vecteurs u et u', affectés des coefficients a et a', tel que :

vect.v = a*vect.u+a'*vect.u'

Dans l'état vect.v : On ne peut pas répondre à "Caractéristique C ?" par oui ou par non car c'est un état quelconque. L'alternative C (ou l'alternative non-C) est invalidée.

Cependant, si l'on teste cette caractéristique, on aura une réponse oui ou non, donc soit l'alternative C (représentée par le vecteur u) sera validée, soit ce sera l'alternative non-C (représentée par le vecteur u').

Problème : Comment passe-t-on du vecteur v au vecteur u ou au vecteur u' (si l'on décrit des états au niveau macroscopique) ? C'est le problème de la mesure que Schrödinger a voulu démontrer.

En outre, l'addition des vecteurs ne doit pas être considérée comme une conjonction ("et") : le vecteur v n'est pas une simple réunion de vect.u et vect.u'. Le vect.v est donc une composition du vect.u (chat vivant) et du vect.u' (chat mort).

Donc, on ne peut pas exactement dire que le chat est à la fois mort et vivant.

De nombreuses théories se proposent de venir à bout de l'expérience du chat de Schrödinger. Il y a, entre autres, la théorie de la décohérence (défendue par certains physiciens tel que Murray Gell-Mann ou Roland Omnès). Ainsi, on explique le fait de la superposition d'état par l'absence d'interactions avec l'environnement qui “déclenche” le choix entre les deux états. La rupture ici n'est finalement pas provoquée par une action consciente (que nous interprétons d'ailleurs par une mesure), mais par des interactions physiques avec l'environnement : la cohérence est rompue dès qu'il n'y a plus d'interactions. Il n'y a pas de paradoxe puisque ; dans l'infiniment petit ; la décohérence se produit indépendamment de la présence d'un observateur, d'une mesure. L'état du chat est donc bien déterminé avant que la boite ne soit ouverte. On peut noter aussi l'interprétation de Wigner qui pense que le chat, à la fin de l'expérience ne meurt dans aucun cas ; donc que l'atome ne se désintègre pas. Selon lui, c'est la “prise de conscience” d'un état qui provoque, directement ou indirectement, l'effondrement de la fonction d'onde, or, cette prise de conscience ne peut se faire que dans le cas “vivant” :l'effondrement de la fonction d'onde dans l'état “mort”serait

désintègre ; en cas de désintégration, le compteur actionne un marteau qui brise une ampoule contenant de l'acide cyanhydrique. [...] durant une heure, on pourra prédire que le chat est vivant à condition que, pendant ce temps, aucune désintégration ne se soit produite. La 1ere désintégration l'aurait empoisonné. La fonction Ψ de l'ensemble exprimerait cela de la façon suivante : en elle, le chat mort et le chat vivant sont mélangés ou brouillés en proportions égales." Ainsi, le scientifique nous informe sur le fait qu'il trouve que les lois de la physique quantique dont il est question tout au long de cette expérience et de son dénouement sont, je cite : "parfaitement burlesque[s]". En effet; l'atome a une chance sur deux de se désintégrer et comme cette expérience lie l'état du chat à l'état des particules radioactives ; les équations de la physique quantique décrivent l'état du chat en disant qu'il est 50% mort et 50% vivant, il serait ainsi à la fois mort et vivant, ce qui est impossible dans le monde macroscopique. Ce n'est donc que si un observateur ouvre la boîte que les solutions se réduisent pour déboucher à une issue cohérente : un chat 100% vivant ou 100% mort. Cette expérience se base donc sur la physique quantique et sur ses lois ; qui, nées pendant le XXe siècle, décrivent le comportement des atomes et des particules donc le monde microscopique et l'infiniment petit : elles ne peuvent pas être arbitrairement appliquées au monde macroscopique, d'où un paradoxe et problème.

donc impossible. Aussi, de nombreuses théories nous expliquent le fait de l'influence de la conscience sur les issues de l'expérience. Comme une variante de l'interprétation de Wigner : l'ami de Wigner qui associe la mort (ou non) du chat a des sentiments humains ; donc à la conscience. Ainsi, l'Homme se trouverait lui aussi dans une superposition d'états triste/heureux face au devenir du chat. Après la mise en oeuvre d'une version moderne de cette expérience de pensée de Taoufik Amri en 2011, on a pu démontrer que finalement ; la conscience n'intervient absolument pas dans l'issue de l'expérience du moins par rapport à l'état chat. L'étrangeté quantique vient surtout de l'existence de superposition quantique, comme des états “chat de Schrödinger”. Mais fondamentalement ; l'expérience de Schrödinger amène à une reformulation de la théorie quantique. C'est ce qu'a notamment fait David Bohm. Il a établi une théorie alternative dans laquelle il n'existe ni superposition des particules, ni effondrement de la fonction d'onde. Le paradoxe n'exiterait donc plus et serait plutôt considéré comme un artefact d'une théorie mal formulée. Mais, bien qu'aucun défaut objectif n'ait été mis en évidence ; cette théorie reste peu reconnue par la communauté de physiciens même si elle est considérée comme un exemple intéressant d'une théorie de variables cachées non locales.

C) Les différentes interprétations