En 1935 – deux ans après avoir remporté le prix Nobel pour ses contributions à la physique quantique – l'Autrichien Le physicien Erwin Schrödinger a proposé la célèbre expérience de pensée connue sous le nom de paradoxe du chat de Schrödinger.
Qu'est-ce que le paradoxe du chat de Schrödinger ?
Le paradoxe est l'une des choses les plus connues sur la mécanique quantique dans la culture populaire, mais ce n'est pas simplement un surréaliste et drôle façon de décrire le comportement du monde quantique, il s'attaque en fait à une critique clé de l'interprétation dominante du quantum mécanique.
Elle perdure parce qu'elle propose l'idée absurde d'un chat à la fois vivant et mort, mais elle a quelques poids philosophique parce que, dans un sens, c'est vraiment quelque chose que la mécanique quantique pourrait suggérer est possible.
Schrödinger a proposé l'expérience de pensée précisément pour cette raison. Comme beaucoup d'autres physiciens, il n'était pas entièrement satisfait de l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, et il cherchait un moyen de transmettre ce qu'il considérait comme le
L'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique
L'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique est toujours la tentative la plus largement acceptée pour donner un sens à ce que la physique quantique signifie réellement dans un sens physique.
Il dit essentiellement que la fonction d'onde (qui décrit l'état d'une particule) et le Schrödinger l'équation (que vous utilisez pour déterminer la fonction d'onde) vous dit tout ce que vous pouvez savoir sur un quantum Etat. Cela peut sembler raisonnable au début, mais cela implique beaucoup de choses sur la nature de la réalité qui ne conviennent pas à beaucoup de gens.
Par exemple, la fonction d'onde d'une particule se propage dans l'espace, et donc l'interprétation de Copenhague stipule qu'une particule n'a pas de position définitive tant qu'une mesure n'est pas effectuée.
Lorsque vous effectuez une mesure, vous provoquez l'effondrement de la fonction d'onde et la particule tombe instantanément dans l'un des nombreux états possibles, ce qui ne peut être prédit qu'en termes de probabilité.
L'interprétation dit que les particules quantiques n'ont en fait pas de valeurs d'observables telles que la position, la quantité de mouvement ou le spin jusqu'à ce qu'une observation soit faite. Ils existent dans une gamme d'états potentiels, dans ce qu'on appelle une « superposition » et peuvent essentiellement être considérés comme tous à la fois, bien que pondérés pour reconnaître que certains États sont plus susceptibles que autres.
Certains prennent cette interprétation plus strictement que d'autres - par exemple, la fonction d'onde pourrait simplement être considérée comme une construction qui permet aux scientifiques de prédire les résultats des expériences - mais c'est globalement la façon dont l'interprétation considère le quantum théorie.
Le chat de Schrödinger
Dans l'expérience de pensée, Schrödinger a proposé de placer un chat dans une boîte, afin qu'il soit caché aux observateurs (vous pouvez imaginer qu'il s'agit également d'une boîte insonorisée) avec une fiole de poison. La fiole de poison est conçue pour briser et tuer le chat si un certain événement quantique se produit, que Schrödinger considère comme la désintégration d'un atome radioactif détectable avec un compteur Geiger.
Comme un processus quantique, le moment de la décroissance radioactive ne peut être prédit dans aucun cas spécifique, seulement comme une moyenne sur de nombreuses mesures. Donc, sans aucun moyen de détecter réellement la pourriture et la fiole de poison brisé, il n'y a littéralement aucun moyen de savoir si cela s'est produit dans l'expérience.
De la même manière que les particules ne sont pas considérées comme étant dans un emplacement particulier avant la mesure en théorie quantique, mais un superposition quantique d'états possibles, l'atome radioactif peut être considéré comme étant dans une superposition de "décomposé" et "non pourri."
La probabilité de chacun pourrait être prédite à un niveau qui serait précis sur de nombreuses mesures mais pas pour un cas spécifique. Donc si l'atome radioactif est en superposition, et que la vie du chat dépend entièrement de cet état, cela veut-il dire que l'état du chat est aussi en superposition d'états? Autrement dit, le chat est-il dans une superposition quantique du vivant et du mort ?
La superposition d'états ne se produit-elle qu'au niveau quantique, ou l'expérience de pensée montre-t-elle qu'elle devrait logiquement s'appliquer également aux objets macroscopiques? Si cela ne peut pas s'appliquer aux objets macroscopiques, pourquoi pas? Et surtout: tout cela n'est-il pas un peu ridicule ?
Pourquoi c'est important?
L'expérience de pensée atteint le cœur philosophique de la mécanique quantique. Dans un scénario facile à comprendre, les problèmes potentiels liés à l'interprétation de Copenhague sont mis à nu et les partisans de l'explication ont quelques explications à faire. L'une des raisons pour lesquelles il est enduré dans la culture populaire est sans aucun doute qu'il montre clairement la différence entre la façon dont la mécanique quantique décrit l'état des particules quantiques et la façon dont vous décrivez macroscopique objets.
Cependant, il aborde également la notion de ce que vous entendez par «mesure» en mécanique quantique. C'est un concept important, car le processus d'effondrement de la fonction d'onde dépend fondamentalement de l'observation de quelque chose.
Les gens ont-ils besoin de observer physiquement le résultat d'un événement quantique (par exemple, la lecture du compteur Geiger), ou a-t-il simplement besoin d'interagir avec quelque chose de macroscopique? En d'autres termes, le chat est-il un « appareil de mesure » dans ce scénario? Est-ce ainsi que le paradoxe est résolu ?
Il n'y a pas vraiment de réponse à ces questions qui soit largement acceptée. Le paradoxe saisit parfaitement ce qu'il en est de la mécanique quantique qui est difficile à digérer pour les humains habitués à expérimenter le monde macroscopique, et en effet, dont le cerveau a finalement évolué pour comprendre le monde dans lequel vous vivez et non le monde subatomique particules.
Le paradoxe de l'EPR
Le paradoxe EPR est une autre expérience de pensée destinée à montrer des problèmes avec la mécanique quantique, et il a été nommé d'après Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen, qui ont conçu le paradoxe. Cela concerne intrication quantique, qu'Einstein a qualifié d'« action effrayante à distance ».
En mécanique quantique, deux particules peuvent être "enchevêtrées", de sorte que l'une quelconque de la paire ne peut être décrite sans référence à la autre - leurs états quantiques sont décrits par une fonction d'onde partagée qui ne peut pas être séparée en une pour une particule et une pour une autre.
Par exemple, deux particules dans un état enchevêtré spécifique peuvent avoir leur « spin » mesuré, et si l'on est mesuré comme ayant un spin "up", l'autre doit avoir un spin "down" et vice-versa, bien que cela ne soit pas déterminé à l'avance.
C'est un peu difficile à accepter de toute façon, mais et si, selon le paradoxe de l'EPR, les deux particules étaient séparées par une distance énorme. La première mesure est effectuée et révèle un « spin down », mais très peu de temps après (si vite que même une lumière signal n'a pas pu voyager d'un endroit à l'autre à temps) une mesure est effectuée sur la seconde particule.
Comment la deuxième particule « connaît-elle » le résultat de la première mesure s'il est impossible qu'un signal ait voyagé entre les deux ?
Einstein croyait que c'était la preuve que la mécanique quantique était « incomplète » et qu'il y avait des « variables cachées » en jeu qui expliqueraient des résultats apparemment illogiques comme ceux-ci. Cependant, en 1964, John Bell a trouvé un moyen de tester la présence des variables cachées proposées par Einstein et a trouvé une inégalité qui, si elle était brisée, prouverait que le résultat ne pourrait pas être obtenu avec une variable cachée théorie.
Des expériences réalisées sur cette base ont montré que l'inégalité de Bell est rompue, et donc le paradoxe n'est qu'un autre aspect de la mécanique quantique qui semble étrange, mais c'est simplement la façon dont fonctionne la mécanique quantique.