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 y réfléchissant profondément, les chercheurs ont découvert des perspectives spectaculaires sur la réalité physique.
Qui est venu avec le chat de Schrödinger?
Le physicien autrichien Erwin Schrödinger, qui a contribué à fonder la discipline de la mécanique quantique, a d'abord conçu son énigme féline en 1935 comme un commentaire sur les problèmes posés à l'origine par le luminaire Albert Einstein, selon un article dans Quanta Magazine.
En développant leur nouvelle compréhension du domaine subatomique, la plupart des collègues d'Einstein et Schrödinger avaient réalisé que les entités quantiques présentaient des comportements extrêmement étranges. Le physicien danois Niels Bohr a défendu l'idée que les particules comme les électrons n'avaient pas de propriétés bien définies jusqu'à ce qu'elles soient mesurées. Avant cela, les particules existaient dans ce que l'on appelle une superposition d'états, avec, par exemple, 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 indécise. Il voulait savoir comment, exactement, l'univers sait que quelqu'un mesure quelque chose. Schrödinger a souligné cette absurdité avec son chat conceptuel notoire.
Supposons que l'on construise un étrange engin, Schrödinger a écrit dans un article de 1935 intitulé "La situation actuelle en mécanique quantique". L'appareil se compose d'une boîte avec un flacon scellé de cyanure, au-dessus duquel est suspendu un marteau attaché à un compteur Geiger visant une petite masse d'uranium légèrement radioactif. À l'intérieur de la boîte, il y a aussi un minou (et rappelez-vous, c'est une expérience de pensée qui n'a jamais été réalisée).
La boîte est scellée et l'expérience est laissée à courir pendant un certain temps, peut-être une heure. À cette heure, l'uranium, dont les particules obéissent aux lois de la mécanique quantique, a une chance d'émettre un rayonnement qui sera ensuite capté par le compteur Geiger, qui à son tour, relâchera le marteau et brisera le flacon, tuant le chat par empoisonnement au cyanure.
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 vivants et de morts. Des gens comme Einstein et Schrödinger ont reculé devant une telle possibilité, qui ne correspond pas à tout ce que notre expérience ordinaire nous dit - les chats sont soit vivants soit morts, pas les deux en même temps.
"La physique uantum manquait d'un élément important, une histoire sur la façon dont elle s'alignait avec les choses dans le monde", a écrit le journaliste scientifique Adam Becker dans son livre "What Is Real?" (Livres de base, 2018). "Comment un nombre phénoménal d'atomes, régi par la physique quantique, donne-t-il naissance au monde que nous voyons autour de nous?"
Le chat de Schrödinger est-il réel?
Le chat de Schrödinger a été au cœur de ce qui était bizarre dans l'interprétation de la réalité de Bohr: l'absence d'une ligne de démarcation claire entre les domaines quantique et quotidien. Alors que la plupart des gens pensent qu'il fournit un exemple à l'appui de particules n'ayant pas de propriétés clairement définies jusqu'à ce qu'elles soient mesurées, l'intention originale de Schrödinger était l'exact opposé - pour montrer qu'une telle idée était absurde. Pourtant, pendant de nombreuses décennies, les physiciens ont largement ignoré ce problème, passant à d'autres dilemmes.
Mais à partir des années 1970, les chercheurs ont pu montrer que les particules quantiques peuvent être créées dans des états qui correspondent toujours les uns aux autres - donc si l'un montre une orientation "vers le haut", l'autre sera "vers le bas" - un phénomène que Schrödinger a appelé l'intrication . Ces travaux ont été utilisés pour étayer le domaine émergent de l'informatique quantique, qui promet de produire des machines à calculer beaucoup plus rapides que les technologies actuelles.
En 2010, les physiciens ont également réussi à créer une version réelle du chat de Schrödinger, bien que d'une manière qui n'implique pas de félicide (aka, meurtre de minou). À l'Université de Californie, à Santa Barbara, les scientifiques ont construit un résonateur, essentiellement un minuscule diapason, de la taille du pixel sur un écran d'ordinateur. Ils l'ont placé dans une superposition dans laquelle il oscillait et ne oscillait pas en même temps, montrant que des objets relativement grands peuvent occuper des états quantiques étranges.
Des expériences plus récentes ont placé des groupes de jusqu'à 2 000 atomes à deux endroits différents en même temps, brouillant davantage la ligne de démarcation entre le microscopique et le macroscopique. En 2019, des chercheurs de l'Université de Glasgow ont même réussi à prendre une photo de photons intriqués à l'aide d'un appareil photo spécial qui a pris une photo chaque fois qu'un photon s'est présenté avec son partenaire intriqué.
Alors que les physiciens et les philosophes doivent encore se mettre d'accord sur la façon de penser le monde quantique, les idées de Schrödinger ont produit de nombreuses pistes de recherche fructueuses et devraient continuer à le faire dans un avenir prévisible.
