Les physiciens ont récemment proposé des modifications au célèbre paradoxe du chat de Schrödinger qui pourraient aider à expliquer pourquoi les particules quantiques peuvent exister dans plus d’un état simultanément, alors que les grands objets (comme l’univers) ne semblent pas pouvoir le faire.
La relativité d’Einstein et la mécanique quantique
La physique est un domaine complexe et fascinant qui cherche à comprendre les lois fondamentales qui régissent notre univers. Deux des théories les plus influentes et les plus réussies dans ce domaine sont la théorie de la relativité d’Einstein et la mécanique quantique.
La relativité, formulée principalement par Albert Einstein au début du 20e siècle, a révolutionné notre compréhension de l’espace, du temps et de la gravité . Cette théorie se compose de deux parties principales : la relativité restreinte et la relativité générale. La relativité restreinte décrit essentiellement le comportement des objets se déplaçant à des vitesses proches de celle de la lumière, tandis que la relativité générale explique la gravitation comme la courbure de l’espace-temps due à la présence de masse et d’énergie.
D’un autre côté, la mécanique quantique est une théorie qui décrit comportement des particules subatomiquescomme les électrons et les photons. Contrairement à la physique classique, elle postule que ces particules peuvent exister dans états superposésce qui signifie qu’ils peuvent occuper plusieurs états simultanément. Par exemple, un électron peut être à la fois dans un état d’onde et dans un état de particule jusqu’à ce qu’il soit observé. Autrement dit, lorsqu’une mesure est effectuée, le système quantique s’effondre dans l’un de ces états, produisant une valeur précise pour l’observable mesuré.
Problème de compatibilité
Le problème se pose lorsque l’on tente d’unifier ces deux théories en une seule description cohérente de l’univers. En effet, la relativité et la mécanique quantique semblent être en désaccord sur plusieurs points cruciaux. Par exemple, la mécanique quantique prédit l’existence d’états superposés, tandis que la relativité générale décrit un univers dans lequel les objets ont des positions et des vitesses bien définies. De plus, la mécanique quantique utilise un cadre probabiliste pour décrire le comportement des particules, tandis que la relativité s’appuie sur des équations déterministes pour décrire la dynamique espace-temps.
Le Le paradoxe du chat de Schrödinger illustre parfaitement cette incompatibilité. Dans ce fameux scénario, un chat est dans une boîte avec un dispositif capable de déclencher la libération d’un poison, tuant ainsi le chat. Selon la mécanique quantique, tant que la boîte est fermée, le chat est dans un état de superposition, vivant et mort. Ce n’est que lorsque la boîte est ouverte et que le chat est observé que son état est déterminé. Cependant, cela contredit l’intuition classique selon laquelle le chat ne peut être ni vivant ni mort, mais doit être dans un état unique et bien défini.
Pour tenter de concilier ces deux perspectives apparemment contradictoires, les physiciens ont proposé une modification de l’équation de Schrödinger, qui est au cœur de la mécanique quantique. Ce changement suggère que les systèmes quantiques s’effondrent spontanément à intervalles réguliers, acquérant ainsi des valeurs définies pour leurs observables. Autrement dit, au lieu de rester indéfiniment dans un état superposé, les particules quantiques finissent par « choisir » un état précis de manière aléatoire et spontanée.
Une approche innovante
Pour voir les choses plus clairement, imaginez que vous regardez le monde à travers deux lentilles différentes. D’un côté, vous avez le prisme de la mécanique quantique qui vous permet de voir le monde des particules subatomiques, où les choses peuvent être dans plusieurs états à la fois, comme une sorte de danse probabiliste. D’un autre côté, vous avez la lentille de la relativité générale d’Einstein, qui vous donne une image à grande échelle de l’univers, où les objets suivent des trajectoires déterministes bien définies, comme les planètes en orbite autour d’une étoile.
Ces deux visions du monde semblent donc souvent se contredire. La mécanique quantique nous dit que les choses peuvent être floues et incertaines, tandis que la relativité générale nous dit que tout est précis et défini. C’est un peu comme essayer de mélanger de l’huile et de l’eau : cela ne semble tout simplement pas possible.
Dans le cadre de ces nouveaux travaux, les physiciens se sont alors demandé : et si, au lieu de voir les choses comme floues ou précises, on trouvait un moyen pour qu’elles soient les deux à la fois, mais à des échelles différentes ? ? C’est là qu’intervient la modification de l’équation de Schrödinger.
Cette modification suggère que les systèmes quantiques, comme les particules subatomiques, peuvent s’effondrer spontanément à intervalles réguliers, choisissant ainsi un état spécifique parmi une multitude de possibilités. Cela leur donne une sorte de « coup de pouce » vers un certain état, ce qui les rend plus cohérents avec notre vision classique du monde à grande échelle régi par la relativité générale.
En d’autres termes, cette modification de l’équation de Schrödinger permet aux particules quantiques de passer d’un état flou et incertain à un état précis et défini au fil du temps, sans avoir besoin d’une observation externe pour le provoquer. Cela expliquerait pourquoi nous ne voyons pas les objets macroscopiques, comme les chats dans des boîtes, dans d’étranges états superposés, mais plutôt dans des états définis et observables.
C’est comme si nous avions trouvé un moyen de fusionner les deux objectifs pour obtenir une image plus claire et plus cohérente du monde qui nous entoure. Bien sûr, il reste encore beaucoup de travail à faire pour tester cette idée et voir si elle tient vraiment la route, mais c’est une perspective passionnante qui pourrait nous aider à mieux comprendre les mystères de l’univers.
Ces nouvelles perspectives ouvrent des pistes prometteuses pour concilier mécanique quantique et relativité générale, deux théories qui semblaient jusqu’ici incompatibles. En modifiant l’équation de Schrödinger, les chercheurs proposent une solution innovante pour mieux comprendre la transition entre les états flous du monde quantique et la réalité définie que nous percevons à grande échelle. Cette avancée marque une étape importante dans notre quête de compréhension des lois fondamentales de l’univers, même s’il reste encore de nombreuses questions à explorer.
Les détails de l’étude sont publiés dans le Journal de physique des hautes énergies .
