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            B) Les avancées scientifiques qu'elle a permises

 

 

 

             Plusieurs expériences ont été réalisées récemment pour notamment associer l'expérience du Chat de Schrödinger au futur super ordinateur quantique et réaliser des superpositions d'états quantiques. Ainsi, en Décembre 2005, au National institute of Standards and Technology dans le Colorado, David Wineland et son équipe ont créé un chat de Schrödinger à six atomes de béryllium. Ceux-ci ont été portés dans une superposition d'états opposés au moyen d'un imposant appareillage de lasers de longueurs d'ondes différentes. L'état du chat "vie et mort" est ici représenté par la propriété de spin : chaque ion tourne dans un sens ou dans un autre, chacun tourne donc sur lui-même simultanément et pour ainsi dire dans les deux sens opposés. On parle alors "d'intrication" puisque l'ensemble forme un destin commun comme étaient liés les états du chat. Cependant, la superposition d'états est fragile et les expérimentateurs ne parviennent pas à la maintenir plus de 10 secondes. Aussi, augmenter le nombre d'atomes ou d'ions qui interagissent lors de l'expérience s'avère être une difficulté récurrente et accroitre la taille et la complexité du système quantique mis en état de superposition est un projet presque utopique pour l’instant. En France aussi, une équipe cherche à donner naissance à des « chatons de Schrödinger » au laboratoire Kastler-Brossel de l’ENS dans le but d’enfin quantifier le phénomène qui fait disparaître les superpositions d’états appelé « décohérence ». La théorie qui décrit cet événement nous informe sur le fait que plus un objet est gros, plus il a d’interactions avec son environnement qui anéantissent les superpositions d’états. Ainsi, l’équipe de recherche a su établir un modèle selon lequel plus le nombre de photons augmente, moins la superposition dure. Cependant, il subsiste un problème : il n’y a pas de modèle universel de la décohérence et selon que l’on travaille avec des ions ou des photons ; ce n’est pas le même. Toutes les expériences essaient donc de se rapprocher de la limite entre les objets susceptibles d’être superposés (atomes) et ceux qui ne le sont pas. Finalement, même si certaines affirmations tranchées viennent à affirmer que « le chat est mort » ; selon Serge Haroche (qui dirige l’équipe du laboratoire de l’ENS)  ; « tant que la frontière entre les mondes quantique et classique restera à explorer et tant qu’aucune limite de la nature nous ôtera l’espoir de construire l’ordinateur quantique, le chat de Schrödinger sera bien vivant ».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      

              A) Monde quantique et monde macroscopique

 

 

                On peut évoquer une autre expérience qui semble mettre en évidence les contradictions supposés de la mécanique quantique : le paradoxe EPR, une expérience proposée en 1935 par Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen. L’expérience, postérieure au fameux chat de Schrödinger se déroule de la façon suivante : dans un laboratoire fictif tapissé de photons, il est placé au milieu un atome stimulé pour qu’il émette simultanément deux photons après un certain laps de temps, ainsi, ils se déplacent tous deux dans des directions parfaitement opposées, une situation presque banale, finalement. Cependant, lorsque nous analysons cette dernière du point de vue de la mécanique quantique, on ne peut décrire la direction d’un photon de manière précise ; tout comme la position d’un électron. Ainsi, tant qu’on observe pas les particules, toutes les directions ont une probabilité identique. Le premier photon ne se voit affecté d’une direction particulière qu’au moment où nous le capturons et de même pour le deuxième. Comment les deux particules peuvent-elles apparaître simultanément aux extrémités opposées de la pièce si elles n’ont pas échangé d’information au départ ? Pourtant, lorsqu’ils sont détectés, les deux photons se trouvent dans des directions exactement opposées. Encore une fois, pour résoudre le problème du paradoxe EPR, il nous faut remettre en cause la vision classique du monde microscopique : la situation s’avère ici être un problème parce que nous considérons les deux photons comme étant des entités distinctes possédant des propriétés locales ; mais si nous imaginons que les deux particules forment un système avec des propriétés non localisées dans l’un ou l’autre des photons, le paradoxe n’en est plus un. Il entre aussi en jeu ici un nouveau concept la non-séparabilité. En effet, les particules doivent parfois être considérées comme les éléments d’un tout et ne peuvent pas être décrites comme des entités totalement indépendantes. Finalement, tout comme l’expérience de pensée imaginée en 1933 par Erwin Schrödinger ; une autre interprétation du paradoxe EPR à été proposée avec la théorie des univers parallèles.

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             Erwin Schrödinger a donc voulu et a, avec son expérience, démontré les différences fondamentales qu'il y a entre le monde microscopique (quantique) et le monde macroscopique. Ainsi, il a su mettre en évidence le fait que l'interaction des systèmes quantiques avec leur environnement "brouille" très rapidement les superpositions ; chose inconcevable dans le monde macroscopique. En effet ; à notre échelle il paraît totalement impossible que, comme le montre l'exemple du chat donné par le scientifique autrichien, un organisme puisse se trouver dans une superposition d'états, quelque se soit. Les lois qui entrent donc en jeu dans l'infiniment petit ne sont donc pas applicables à l’univers macroscopique, du moins, arbitrairement. On peut ainsi citer Briane Greenne,  qui dans son ouvrage L’Univers élégant qui écrit que la théorie quantique «apporte le cadre théorique nécessaire pour comprendre l’Univers aux plus petites échelles ». Et même si il y a une limite entre ces deux mondes, on s'aperçoit, grâce à différentes expériences, que les effets quantiques sont bien plus présents à notre échelle qu'on ne le soupçonnait. Ils pourraient même jouer un rôle dans nos cellules ! Cependant, les comportements quantiques échappent totalement au sens commun ; ils nous paraissent effectivement souvent absurdes et inaccessibles.

LES CONSÉQUENCES DE L'EXPÉRIENCE

              La théorie des univers parallèles date de 1957, introduite par Hugh Everett (physicien américain). Elle réinterprète la mécanique quantique, le principe étant d'éliminer les "problèmes conceptuels" (problème de la mesure) posés par les expériences de pensée telles que le chat de Schrödinger, ou le paradoxe EPR d'Einstein.

D'après la théorie des univers multiples, le chat ne serait pas dans une superposition d'états : il y a en vérité deux chats, l'un vivant et l'autre mort, chacun appartenant à un univers différent. Ces deux univers parallèles sont alors identiques,à la seule différence que l'un contient un chat vivant, et l'autre un chat mort. L'animal est, dans les deux univers, dans un état bien défini, et l’ambiguïté de l'addition des deux états est supprimée.

Lorsque l'on ouvre la boîte : on choisit entre deux états, donc entre deux univers, et cela devient notre Univers. A ce moment là, les deux univers parallèles deviennent entièrement indépendants l'un de l'autre. Par exemple, dans notre Univers, le chat est mort, et dans un univers parallèle il est vivant, ou l'inverse.

Deux univers parallèles naissent lorsque l'Univers est confronté à un choix (donc ici, un chat mort ou un chat vivant). Il se divise alors en deux univers, complètement identiques, et où les deux possibilités s'expriment.

                 En ce qui concerne la création de l'Univers, la théorie des univers multiples permet de réinterpréter le réglage des constantes fondamentales lors du Big Bang. Les constantes fondamentales vont de la masse d'un électron à la valeur de la constante gravitationnelle, ou à la proportion de matière noire dans l'Univers, l'intensité des forces des interactions fondamentales (forte, faible, électromagnétique et gravitationnelle).

En somme, l'Univers, lors de sa création, doit régler des paramètres et est donc confronté à des choix. Si l'on applique la théorie des univers multiples, il existe donc logiquement des univers parallèles au nôtre où tous ces paramètres sont différents. Il est alors intéressant pour les scientifiques de lancer des simulations en modifiant ces paramètres, pour voir à quoi ressemblerait notre univers avec d'autres structures. Notre Univers possède donc des constantes fondamentales bien particulières, puisqu'elles permettent le développement de la vie. Il fait partie d'une minorité, puisque la plupart des autres univers en sont incapables, cela étant dû à une interaction gravitationnelle trop forte ou une interaction électromagnétique trop faible par exemple.

                   Cependant, la théorie d'Everett n'est pas nécessaire pour interpréter l'expérience du chat de Schrödinger lorsque la décohérence intervient. Un système physique est toujours en contact avec son environnement extérieur. La superposition des états quantiques devient instable à cause des interactions avec cet environnement (friction), ce qui provoque l'évolution vers un état classique. Plus le système est grand, plus la décohérence se produit rapidement, donc pour des objets à l'échelle macroscopique comme le chat, elle se ferait presque instantanément. En conclusion, nous ne pourrons jamais observer un chat dans une superposition d'états.

© 2016. Fièrement créé par Katharina Blum et Lou-Aimé Watel.

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