Voici comment fonctionne le chat de Schrodinger

Erwin Schrodinger était l’une des figures clés de la physique quantique, avant même sa célèbre expérience de pensée « Le chat de Schrodinger ». Il avait créé la fonction d’onde quantique, qui était maintenant l’équation de définition du mouvement dans l’univers, mais le problème est qu’elle exprimait tout mouvement sous la forme d’une série de probabilités – ce qui va directement à l’encontre de ce que la plupart des scientifiques de l’époque (et peut-être même d’aujourd’hui) aiment croire sur la façon dont la réalité physique fonctionne.

Schrodinger lui-même était l’un de ces scientifiques et il a imaginé le concept du chat de Schrodinger pour illustrer les problèmes de la physique quantique. Examinons donc ces questions et voyons comment Schrodinger a cherché à les illustrer par analogie.

Indéterminé quantique

La fonction d’onde quantique représente toutes les quantités physiques comme une série d’états quantiques avec une probabilité qu’un système soit dans un état donné. Prenons un seul atome radioactif dont la demi-vie est d’une heure.

Selon la fonction d’onde de la physique quantique, après une heure, l’atome radioactif se trouve dans un état où il est à la fois désintégré et non désintégré. Une fois l’atome mesuré, la fonction d’onde s’effondrera dans un état, mais jusque-là, elle restera une superposition des deux états quantiques.

C’est un aspect essentiel de l’interprétation de la physique quantique à Copenhague : non seulement le scientifique ne sait pas dans quel état il se trouve, mais la réalité physique n’est pas déterminée tant que l’acte de mesure n’a pas eu lieu. D’une manière inconnue, c’est l’acte même d’observation qui solidifie la situation dans un état ou un autre. Tant que cette observation n’a pas eu lieu, la réalité physique est divisée entre toutes les possibilités.

Sur le chat

Schrodinger a étendu cette idée en proposant de placer un chat hypothétique dans une boîte hypothétique. Dans la boîte avec le chat, nous placerions un flacon de gaz toxique, qui tuerait instantanément le chat. La fiole est reliée à un appareil qui est câblé dans un compteur Geiger, un dispositif utilisé pour détecter les radiations. L’atome radioactif susmentionné est placé près du compteur Geiger et laissé là pendant exactement une heure.

Si l’atome se désintègre, le compteur Geiger détectera les radiations, brisera la fiole et tuera le chat. Si l’atome ne se décompose pas, alors la fiole sera intacte et le chat sera vivant.

Au bout d’une heure, l’atome est dans un état où il est à la fois désintégré et non désintégré. Cependant, étant donné la façon dont nous avons construit la situation, cela signifie que la fiole est à la fois cassée et non cassée et, en fin de compte, selon l’interprétation de Copenhague de la physique quantique, le chat est à la fois mort et vivant.

Interprétations du chat de Schrodinger

Stephen Hawking est célèbre pour avoir dit : « Quand j’entends parler du chat de Schrodinger, je prends mon arme. » Cela représente la pensée de nombreux physiciens, car plusieurs aspects de l’expérience de pensée soulèvent des questions. Le plus gros problème de l’analogie est que la physique quantique n’opère généralement qu’à l’échelle microscopique des atomes et des particules subatomiques, et non à l’échelle macroscopique des chats et des flacons de poison.

Selon l’interprétation de Copenhague, l’acte de mesurer quelque chose provoque l’effondrement de la fonction d’onde quantique. Dans cette analogie, en réalité, l’acte de mesure a lieu par le compteur Geiger. Il y a des dizaines d’interactions tout au long de la chaîne d’événements – il est impossible d’isoler le chat ou les différentes parties du système pour qu’il soit vraiment de nature mécanique quantique.

Au moment où le chat lui-même entre dans l’équation, la mesure a déjà été faite … mille fois plus, des mesures ont été faites – par les atomes du compteur Geiger, l’appareil briseur de flacons, le flacon, le gaz toxique et le chat lui-même. Même les atomes de la boîte font des « mesures » si l’on considère que si le chat tombe mort, il sera en contact avec des atomes différents que s’il fait les cent pas anxieux autour de la boîte.

Que le scientifique ouvre ou non la boîte n’a aucune importance, le chat est soit vivant, soit mort, et non une superposition des deux états.

Pourtant, dans certaines vues strictes de l’interprétation de Copenhague, c’est en fait une observation d’une entité consciente qui est requise. Cette forme stricte de l’interprétation est généralement l’opinion minoritaire parmi les physiciens d’aujourd’hui, bien qu’il subsiste un argument intrigant selon lequel l’effondrement des fonctions d’ondes quantiques pourrait être lié à la conscience. (Pour une discussion plus approfondie sur le rôle de la conscience en physique quantique, je suggère l’énigme quantique : La physique rencontre la conscience par Bruce Rosenblum & Fred Kuttner).

Une autre interprétation encore est celle de la physique quantique dite « Many Worlds Interpretation » (MWI), qui propose que la situation se ramifie en fait en de nombreux mondes. Dans certains de ces mondes, le chat sera mort à l’ouverture de la boîte, dans d’autres, il sera vivant. Bien que fascinant pour le public, et certainement pour les auteurs de science-fiction, le Many Worlds Interpretation est également une opinion minoritaire parmi les physiciens, bien qu’il n’y ait pas de preuves spécifiques pour ou contre lui.

Sous la direction de Anne Marie Helmenstine, Ph.D.