L’expérience du chat de Schrödinger est le paradoxe le plus populaire en physique quantique. Cette expérience de pensée cherche à mettre en évidence l’aspect déroutant du monde quantique. Elle a été proposée par l’autrichien Erwin Schrödinger en 1935, et tend à pointer des lacunes supposées de l’interprétation de Copenhague.
C'est l'expérience imaginaire la plus connue de superposition de vie et de mort, de deux états différents en même temps, et l'expérience ne donne son verdict que lorsque l'on finit par l'observer. Le point de vue que nous insérons dans l'expérience lui donne son résultat finale.
L’origine du chat de Schrödinger
Erwin Schrödinger était un physicien et philosophe autrichien connu pour ses importantes contributions dans les domaines de la mécanique quantique, qui étudie la façon dont la nature est décrite à de petites échelles spatiales. Il a reçu le prix Nobel de physique pour avoir développé l'équation qui porte son nom.
En outre, après avoir échangé des opinions dans une lettre avec Albert Einstein pendant un certain temps, il a conçu une expérience imaginaire connue sous le nom de « paradoxe du chat de Schrödinger » qui met en évidence la superposition quantique.
Explication de l’expérience
Imaginons une boîte complètement opaque enfermant un chat. À l'intérieur, un mécanisme est installé, qui relie un détecteur d'électrons à un marteau. Et juste en dessous du marteau, un bocal en verre avec une dose de poison mortel.
Lorsqu’un électron se déclenche, deux choses peuvent se produire :
| Tout d’abord, le détecteur peut capter l'électron et activer le mécanisme. Dans ce cas, le marteau tombe, brise la jarre et le poison se répand à l'intérieur de la boîte. Le chat l'inhale et meurt. En ouvrant la boîte, on trouvera donc le chat de Schrödinger mort. | Ou bien, l'électron peut prendre un autre chemin et le détecteur ne le captera pas, donc le mécanisme ne s'activera jamais, le bocal ne se brisera pas et le chat sera toujours en vie. Dans ce cas, lorsque la boîte est ouverte, le chat apparaîtra sain et sauf. |
Cependant, dans le monde macroscopique des électrons, ces derniers sont à la fois une onde et une particule. Lorsque l’électron « sort », il part comme une balle (comme une particule), et en même temps, comme les vagues qui se forment dans une flaque quand on lance une pierre (comme une onde). C'est-à-dire qu'il prend des chemins différents en même temps. Et ils ne s'excluent pas les uns les autres, mais se chevauchent, tout comme les vagues de l'eau se chevaucheraient dans une flaque.
(source : wikipedia)
Il prend donc le chemin du détecteur et, en même temps, le chemin inverse. Donc, l’électron sera détecté et le chat mourra, et en même temps, il ne sera pas détecté et le chat restera en vie. À l'échelle atomique, les deux probabilités sont satisfaites simultanément. Il y a 50 % de chances que l’un ou l’autre se produise, mais la théorie quantique défie notre bon sens.
Dans le monde quantique, le chat de Schrödinger finit par vivre et mourir en même temps, et les deux états sont également réels. Comme s’il y avait des univers parallèles. Mais, quand on ouvre la boîte, on ne le voit que vivant ou mort. Que s’est-il passé ?
Les lois quantiques
Si les deux possibilités sont réelles, pourquoi n'en voit-on qu'une seule ? L'explication est que l'expérience du chat de Schrödinger applique des lois quantiques, mais le chat n'est pas un objet quantique. Le quantum, qui représente la plus petite mesure indivisible (que ce soit celle de l'énergie, de la quantité de mouvement ou de la masse), agit à une échelle subatomique et seulement sous certaines conditions. Elle n'est valable que pour les particules uniques. Toute interaction avec l'environnement fait que les lois quantiques ne s'appliquent plus.
De nombreuses particules interagissent entre elles, de sorte que le quantum n'est pas valable dans le grand monde, comme le chat. Elle ne fonctionne pas non plus lorsqu'il y a de la chaleur, car la chaleur est le mouvement des atomes en interaction. Et le chat est de matière chaude. Mais le plus surprenant est que même nous, lorsque nous ouvrons la boîte et observons le résultat de l'expérience, nous interagissons et la contaminons. C’est d’ailleurs une caractéristique curieuse du quantum. Le simple acte d'observation contamine l'expérience et définit une réalité devant les autres. Einstein a exprimé son étonnement de la manière suivante : "Cela signifie-t-il que la lune n'est pas là quand personne ne regarde ?
Vous savez l'essentiel sur le chat de Schrödinger
Lorsque le système quantique s'effondre, la réalité est définie par l'une des options. Nous ne verrons que le chat vivant ou mort, jamais les deux. Ce processus de transition de la réalité quantique à notre réalité classique est appelé décohérence, et il est responsable de notre vision du monde tel que nous le connaissons. C'est-à-dire une seule réalité.
Par ailleurs, l’expérience du chat de Schrödinger est probablement l'un des exemples scientifiques les plus connus et les plus répandus dans le monde, même si elle est difficile à comprendre en raison du non-sens, de la superposition du "vivant" et de la "mort" qui coexiste dans un même temps.
La série "The Big Bang Theory" a énormément contribué à cette popularisation, dans laquelle de nombreuses mentions et références sont faites de manière plus simple. Je vous laisse visionner :
Comme énoncé dans l'introduction, la vidéo reprend et vulgarise le concept de décohérence, par lequel seule l'observation du résultat de l'expérience offrira une conclusion et un jugement sur l'hypothèse de départ..
Merci pour votre lecture ! Pour continuer à échanger sur ce sujet passionnant et tenter de l'appliquer sur notre quotidien, je vous propose de nous vêtir en circonstance avec les t-shirts Chat suivant :
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