Physique quantique Le chat de Schrödinger. Chat quantique du Cheshire. La solution au paradoxe du chat de Schrödinger - l'interprétation de Copenhague

Ne cherchez pas ici de « mysticisme oriental », de flexion de cuillère ou de perception extrasensorielle. Cherchez l'histoire vraie mécanique quantique, dont la vérité est plus étonnante que n'importe quelle fiction. C'est ça la science : elle n'a pas besoin de tenues d'une autre philosophie, car elle-même est pleine de beautés, de mystères et de surprises. Ce livre tente de répondre à la question spécifique : « Qu’est-ce que la réalité ? Et la ou les réponses pourraient vous surprendre. Vous ne le croirez peut-être pas. Mais vous comprendrez comment la science moderne regarde le monde.

Le chat qui apparaît dans le titre est créature mythique, mais Schrödinger a réellement existé. Erwin Schrödinger était un scientifique autrichien qui, au milieu des années 1920, joua un rôle majeur dans la création des équations d'une branche particulière de la science aujourd'hui appelée mécanique quantique. Cependant, affirmer que la mécanique quantique n’est qu’une branche de la science n’est guère vrai, car elle est à la base de tout. science moderne. Ses équations décrivent le comportement de très petits objets - de la taille d'atomes ou plus petits - et représentent la seule chose description du monde des plus petites particules. Sans ces équations, les physiciens ne seraient pas en mesure de développer des conceptions de travail. centrales nucléaires(ou des bombes), créer des lasers, ou expliquer comment la température du Soleil ne diminue pas. Sans la mécanique quantique, la chimie serait encore Âges sombres et la biologie moléculaire ne serait pas apparue du tout : il n'y aurait eu ni connaissance de l'ADN ni génie génétique- Rien.

La théorie quantique est la plus grande réussite de la science, bien plus importante et bien plus applicable dans un sens direct et pratique que la théorie de la relativité. Et pourtant, elle fait d’étranges prédictions. Le monde de la mécanique quantique est en effet si inhabituel que même Albert Einstein l'a trouvé incompréhensible et a refusé d'accepter toutes les conséquences de la théorie développée par Schrödinger et ses collègues. Comme beaucoup d’autres scientifiques, Einstein a décidé qu’il était plus pratique de croire que les équations de la mécanique quantique n’étaient qu’une sorte d’astuce mathématique qui, par hasard, fournissait une explication raisonnable du comportement des atomes et des atomes. particules subatomiques, mais ils contiennent une vérité plus profonde qui correspond mieux à notre sens quotidien de la réalité. Après tout, la mécanique quantique affirme qu’il n’y a pas de réalité et que nous ne pouvons rien dire sur le comportement des choses si nous ne les observons pas. Le chat mythique de Schrödinger était destiné à clarifier les différences entre le monde quantique et le monde ordinaire.

Dans le monde de la mécanique quantique, les lois de la physique qui nous sont familières du monde ordinaire cessent de fonctionner. Au lieu de cela, les événements sont régis par des probabilités. Un atome radioactif, par exemple, peut se désintégrer et, par exemple, libérer un électron, ou non. Vous pouvez mener une expérience en imaginant qu'il y a exactement une probabilité de cinquante pour cent qu'un des atomes d'un groupe de substances radioactives se désintègre à un certain moment et que le détecteur enregistrera cette désintégration si elle se produit. Schrödinger, également bouleversé par les conclusions théorie des quanta, comme Einstein, a essayé de démontrer leur absurdité en imaginant qu'une telle expérience se déroule dans une pièce ou une boîte fermée où se trouvent un chat vivant et une bouteille de poison, et si la pourriture se produit, la bouteille avec le poison se brise et le chat meurt . Dans le monde ordinaire, la probabilité de mort d'un chat est de cinquante pour cent et, sans regarder dans la boîte, nous ne pouvons affirmer qu'une seule chose : le chat à l'intérieur est soit vivant, soit mort. Mais c’est là que se révèle l’étrangeté du monde quantique. Selon la théorie aucun Des deux possibilités qui existent pour la substance radioactive, et donc pour le chat, celle-ci ne semble réaliste que si l'on observe ce qui se passe. La désintégration atomique ne s'est pas produite et ne s'est pas produite, le chat n'est pas mort et n'est pas mort, jusqu'à ce que nous regardions dans la boîte pour découvrir ce qui s'est passé. Les théoriciens qui acceptent une version pure de la mécanique quantique soutiennent que le chat existe dans un état indéterminé, n'étant ni vivant ni mort, jusqu'à ce qu'un observateur regarde dans la boîte et voie comment la situation a évolué. Rien n'est réel sans une observation.

Cette idée était détestée par Einstein, ainsi que par bien d’autres. « Dieu ne joue pas aux dés », a-t-il déclaré, faisant référence à la théorie selon laquelle le monde est déterminé par la totalité des résultats d’une « sélection » essentiellement aléatoire de possibilités au niveau quantique. Quant à l'irréalité de l'état du chat de Schrödinger, Einstein n'en a pas tenu compte, suggérant qu'il doit y avoir un « mécanisme » profond qui détermine la réalité véritablement fondamentale des choses. Pendant de nombreuses années, il a essayé de développer des expériences qui contribueraient à montrer cette profonde réalité dans son travail, mais il est mort avant qu'il ne soit possible de mener expérience similaire. C'était peut-être mieux qu'il ne vive pas assez longtemps pour voir le résultat de la chaîne de raisonnement qu'il avait mise en branle.

Au cours de l'été 1982, un groupe de scientifiques de l'Université Paris-Sud, dirigé par Alain Aspe, a réalisé une série d'expériences destinées à révéler la réalité sous-jacente qui définit le monde quantique irréel. Cette réalité profonde – le mécanisme fondamental – a reçu le nom de « paramètres cachés ». L’essence de l’expérience était d’observer le comportement de deux photons, ou particules de lumière, volant dans des directions opposées à partir d’une source. L’expérience est décrite dans son intégralité au chapitre dix, mais dans l’ensemble, elle peut être considérée comme une confrontation avec la réalité. Deux photons provenant de la même source peuvent être détectés par deux détecteurs qui mesurent une propriété appelée polarisation. Selon la théorie quantique, cette propriété n’existe que lorsqu’elle est mesurée. Selon l'idée de « paramètres cachés », chaque photon a une « vraie » polarisation dès sa création. Parce que deux photons sont émis simultanément, leurs valeurs de polarisation dépendent l’une de l’autre, mais la nature de la dépendance réellement mesurée diffère selon les deux visions de la réalité.

Les résultats de cette expérience importante sont clairs. La dépendance prédite par la théorie des paramètres cachés n’a pas été découverte, mais la dépendance prédite par la mécanique quantique l’a été. De plus, comme le prédisait la théorie quantique, les mesures effectuées sur un photon avaient un effet immédiat sur la nature de l’autre photon. Une certaine interaction liait inextricablement les photons, bien qu'ils se soient dispersés dans différents côtésà la vitesse de la lumière, et la théorie de la relativité affirme qu'aucun signal ne peut être transmis plus rapidement que la lumière. Les expériences ont prouvé qu’il n’existe pas de réalité profonde dans le monde. La « réalité » au sens ordinaire n'est pas adaptée pour réfléchir au comportement des particules fondamentales qui composent l'Univers, et ces particules semblent en même temps inextricablement liées entre elles en un tout indivisible, où chacun sait ce qui arrive au autres.

La recherche du chat de Schrödinger est la recherche de la réalité quantique. De ce bref aperçu, il peut sembler que cette recherche n'a pas été couronnée de succès, puisque dans le monde quantique de la réalité en au sens habituel le mot n'existe pas. Mais l'histoire ne s'arrête pas là, et la recherche du chat de Schrödinger pourrait nous conduire à une nouvelle compréhension de la réalité qui transcende – et en même temps inclut – l'interprétation conventionnelle de la mécanique quantique. Cependant, la recherche prendra beaucoup de temps et il faudra commencer par un scientifique qui, peut-être, serait plus effrayé qu'Einstein s'il avait la chance de découvrir les réponses que nous avons maintenant données aux questions qui le tourmentaient. En étudiant la nature de la lumière il y a trois siècles, Isaac Newton ne savait probablement pas qu’il avait déjà mis le pied sur le chemin menant au chat de Schrödinger.

Quiconque n’est pas choqué par la théorie quantique ne l’a pas comprise.

Niels Bohr 1885-1962

Isaac Newton a inventé la physique, et le reste de la science repose sur elle. Même si Newton s'est certainement appuyé sur les travaux d'autres chercheurs, c'est sa publication des trois lois du mouvement et de la théorie de la gravité il y a plus de trois siècles qui a mis la science sur la voie qui a finalement conduit à l'exploration spatiale, aux lasers, à l'énergie atomique, au génie génétique, la compréhension de la chimie et de tout le reste. Pendant deux siècles, la physique newtonienne (ce qu’on appelle aujourd’hui « physique classique ») a dominé le monde scientifique. Les nouvelles idées révolutionnaires ont fait progresser la physique du XXe siècle bien au-delà de Newton, mais sans ces deux siècles de croissance scientifique, ces idées n’auraient peut-être jamais vu le jour. Ce livre n’est pas l’histoire des sciences : il parle de la nouvelle physique – quantique, et non de ces idées classiques. Cependant, même dans les travaux de Newton d'il y a trois cents ans, il y a déjà des signes indiquant que le changement est inévitable : ils ne sont pas contenus dans ses travaux sur le mouvement des planètes et leurs orbites, mais dans ses études sur la nature de la lumière.

"Quiconque n'est pas choqué par la théorie quantique, ne le comprend pas », a déclaré Niels Bohr, le fondateur de la théorie quantique.
La base de la physique classique est la programmation sans ambiguïté du monde, autrement dit le déterminisme laplacéen, qui a été remplacé par l'avènement de la mécanique quantique par l'invasion d'un monde d'incertitudes et d'événements probabilistes. Et ici, les expériences de pensée se sont révélées utiles pour les physiciens théoriciens. Ce sont ces pierres de touche sur lesquelles les idées les plus récentes ont été testées.

"Le chat de Schrödinger" est une expérience de pensée, proposé par Erwin Schrödinger, avec qui il a voulu montrer le caractère incomplet de la mécanique quantique dans le passage des systèmes subatomiques aux systèmes macroscopiques.

DANS boîte fermée chat placé La boîte contient un mécanisme contenant un noyau radioactif et un conteneur avec gaz toxique. La probabilité que le noyau se désintègre en 1 heure est de 1/2. Si le noyau se désintègre, il active le mécanisme, il ouvre un récipient de gaz et le chat meurt. Selon la mécanique quantique, si aucune observation n'est faite du noyau, alors son état est décrit par une superposition (mélange) de deux états - un noyau pourri et un noyau non pourri, donc un chat assis dans une boîte est à la fois vivant et mort. en même temps. Si la boîte est ouverte, l'expérimentateur ne peut voir qu'un seul état spécifique : « le noyau s'est désintégré, le chat est mort » ou « le noyau ne s'est pas désintégré, le chat est vivant ».

Quand le système cesse-t-il d’exister ? Comment mélanger deux états et en choisir un en particulier ?

But de l'expérience- montrer que la mécanique quantique est incomplète sans certaines règles indiquant dans quelles conditions la fonction d'onde s'effondre (un changement instantané de l'état quantique d'un objet qui se produit lors de la mesure), et le chat devient mort ou reste en vie, mais cesse d'être un mélange des deux.

Puisqu’il est clair qu’un chat doit être soit vivant, soit mort (il n’y a pas d’état intermédiaire entre la vie et la mort), cela signifie que cela est également vrai pour le noyau atomique. Il sera nécessairement soit pourri, soit intact.

L'article de Schrödinger « La situation actuelle de la mécanique quantique », présentant une expérience de pensée avec un chat, est paru dans la revue allemande Natural Sciences en 1935 pour discuter du paradoxe EPR.

Les articles d'Einstein-Podolsky-Rosen et Schrödinger ont souligné la nature étrange de " intrication quantique"(le terme a été introduit par Schrödinger), caractéristique des états quantiques, qui sont une superposition des états de deux systèmes (par exemple, deux particules subatomiques).

Interprétations de la mécanique quantique

Au cours de l’existence de la mécanique quantique, les scientifiques en ont proposé différentes interprétations, mais les plus soutenues aujourd’hui sont celles de « Copenhague » et des « mondes multiples ».

"Interprétation de Copenhague"- cette interprétation de la mécanique quantique a été formulée par Niels Bohr et Werner Heisenberg lors de leurs travaux communs à Copenhague (1927). Les scientifiques ont tenté de répondre aux questions découlant de la dualité onde-particule inhérente à la mécanique quantique, notamment la question de la mesure.

Dans l'interprétation de Copenhague, le système cesse d'être un mélange d'états et choisit l'un d'entre eux au moment où se produit l'observation. L'expérience avec le chat montre que dans cette interprétation, la nature même de cette observation - la mesure - n'est pas suffisamment définie. Certains pensent que l’expérience suggère que tant que la boîte est fermée, le système est dans les deux états simultanément, dans une superposition des états « noyau pourri, chat mort » et « noyau non pourri, chat vivant », et lorsque la boîte est ouverte , alors seulement la fonction d'onde s'effondre en l'une des options. D'autres supposent que « l'observation » se produit lorsqu'une particule du noyau frappe le détecteur ; cependant (et ceci point clé expérience de pensée) dans l'interprétation de Copenhague, il n'y a pas de règle claire qui indique quand cela se produit, et donc cette interprétation est incomplète jusqu'à ce qu'une telle règle y soit introduite, ou qu'on lui dise comment elle peut l'être. La règle exacte est que le hasard apparaît là où l’approximation classique est utilisée pour la première fois.

Ainsi, on peut s'appuyer sur l'approche suivante : dans les systèmes macroscopiques on n'observe pas de phénomènes quantiques (sauf le phénomène de superfluidité et de supraconductivité) ; donc, si l’on superpose macroscopiquement fonction d'ondeà un état quantique, il faut conclure de l'expérience que la superposition est détruite. Et bien que ce que signifie le fait d’être « macroscopique » en général ne soit pas tout à fait clair, ce qui est certain à propos d’un chat, c’est qu’il s’agit d’un objet macroscopique. Ainsi, l’interprétation de Copenhague ne considère pas que le chat soit dans un état de confusion entre vivant et mort avant l’ouverture de la boîte.

Dans "l'interprétation de plusieurs mondes" la mécanique quantique, qui ne considère pas le processus de mesure comme quelque chose de spécial, les deux états du chat existent, mais décohèrent, c'est-à-dire un processus se produit dans lequel un système de mécanique quantique interagit avec environnement et acquiert des informations disponibles dans l'environnement, ou devient autrement « empêtré » dans l'environnement. Et lorsque l'observateur ouvre la boîte, il s'emmêle avec le chat et à partir de là se forment deux états de l'observateur, correspondant à un chat vivant et à un chat mort, et ces états n'interagissent pas entre eux. Le même mécanisme de décohérence quantique est important pour les histoires « conjointes ». Dans cette interprétation, seul un « chat mort » ou un « chat vivant » peut figurer dans une « histoire partagée ».

En d’autres termes, lorsque la boîte est ouverte, l’univers se divise en deux univers différents, l’un dans lequel l’observateur regarde une boîte avec un chat mort, et dans l’autre, l’observateur regarde un chat vivant.

Le paradoxe de « l'ami de Wigner »

Le paradoxe de l'ami de Wigner est une expérience complexe du paradoxe du chat de Schrödinger. Lauréat du prix Nobel, physicien américain Eugène Wigner a introduit la catégorie des « amis ». Après avoir terminé l'expérience, l'expérimentateur ouvre la boîte et voit un chat vivant. L'état du chat au moment de l'ouverture de la boîte passe à l'état « le noyau n'est pas pourri, le chat est vivant ». Ainsi, en laboratoire, le chat a été reconnu vivant. Il y a un « ami » à l’extérieur du laboratoire. L'ami ne sait pas encore si le chat est vivant ou mort. L'ami ne reconnaît le chat comme vivant que lorsque l'expérimentateur lui annonce le résultat de l'expérience. Mais tous les autres « amis » n’ont pas encore reconnu le chat comme vivant, et ils ne le reconnaîtront que lorsqu’on leur communiquera le résultat de l’expérience. Ainsi, le chat ne peut être reconnu comme pleinement vivant que lorsque tous les habitants de l’Univers connaissent le résultat de l’expérience. Jusqu'à ce point d'échelle Grand Univers le chat reste à moitié vivant et à moitié mort à la fois.

Ce qui précède est appliqué dans la pratique : en informatique quantique et en cryptographie quantique. Un signal lumineux dans une superposition de deux états est envoyé via un câble à fibre optique. Si des attaquants se connectent au câble quelque part au milieu et y font un signal afin d'écouter les informations transmises, cela effondrera la fonction d'onde (du point de vue de l'interprétation de Copenhague, une observation sera faite) et la lumière ira dans l'un des états. En effectuant des tests statistiques de la lumière à l'extrémité réceptrice du câble, il sera possible de détecter si la lumière est dans une superposition d'états ou si elle a déjà été observée et transmise vers un autre point. Cela permet de créer des moyens de communication qui excluent l'interception de signaux indétectables et les écoutes clandestines.

L'expérience (qui peut en principe être réalisée, bien que des systèmes de cryptographie quantique fonctionnels capables de transmettre de grandes quantités d'informations n'aient pas encore été créés) montre également que « l'observation » au sens de Copenhague n'a aucun rapport avec la conscience de l'observateur, puisque dans dans ce cas Une branche de fil complètement inanimée entraîne une modification des statistiques au bout du câble.

Et en informatique quantique, l’état chat de Schrödinger est un état intriqué spécial de qubits dans lequel ils sont tous dans la même superposition de zéros ou de uns.

("Qubits" est le plus petit élément permettant de stocker des informations dans un ordinateur quantique. Il admet deux états propres, mais il peut aussi être dans leur superposition. Chaque fois que l’état d’un qubit est mesuré, il passe de manière aléatoire à l’un de ses propres états.)

En réalité ! Petit frère du "chat de Schrödinger"

Cela fait 75 ans que le chat de Schrödinger est apparu, mais certaines conséquences de la physique quantique semblent toujours en contradiction avec nos idées quotidiennes sur la matière et ses propriétés. Selon les lois de la mécanique quantique, il devrait être possible de créer un état de « chat » dans lequel il est à la fois vivant et mort, c'est-à-dire sera dans un état de superposition quantique de deux états. Cependant, en pratique, la création d'une superposition quantique de tels grandes quantités les atomes n’ont pas encore été atteints. La difficulté est que plus il y a d’atomes dans une superposition, moins cet état est stable, puisque les influences extérieures tendent à le détruire.

Aux physiciens de l'Université de Vienne (publication dans la revue Communications naturelles", 2011), pour la première fois au monde, il a été possible de démontrer le comportement quantique d'une molécule organique composée de 430 atomes et dans un état de superposition quantique. La molécule obtenue par les expérimentateurs ressemble davantage à une pieuvre. La taille des molécules est d'environ 60 angströms et la longueur d'onde de De Broglie pour la molécule n'était que de 1 picomètre. Cette « pieuvre moléculaire » a pu démontrer les propriétés inhérentes au chat de Schrödinger.

Suicide quantique

Le suicide quantique est une expérience de pensée en mécanique quantique proposée indépendamment par G. Moravec et B. Marshall, et développée en 1998 par le cosmologue Max Tegmark. Cette expérience de pensée, une modification de l'expérience de pensée du chat de Schrödinger, montre clairement la différence entre deux interprétations de la mécanique quantique : l'interprétation de Copenhague et l'interprétation des mondes multiples d'Everett.

L'expérience est en fait une expérience avec le chat de Schrödinger du point de vue du chat.

Dans l'expérience proposée, une arme à feu est pointée vers le participant, qui tire ou ne tire pas en fonction de la désintégration d'un atome radioactif. Il y a 50 % de chances que l'arme explose et que le participant meure. Si l’interprétation de Copenhague est correcte, l’arme finira par exploser et le participant mourra.
Si l’interprétation des mondes multiples d’Everett est correcte, alors à la suite de chaque expérience menée, l’univers se divise en deux univers, dans l’un desquels le participant reste en vie et dans l’autre il meurt. Dans les mondes où un participant meurt, il cesse d'exister. En revanche, du point de vue du participant non mort, l’expérience se poursuivra sans faire disparaître le participant. Cela se produit parce que, dans n'importe quelle branche, le participant ne peut observer le résultat de l'expérience que dans le monde dans lequel il survit. Et si l'interprétation des mondes multiples est correcte, alors le participant peut remarquer qu'il ne mourra jamais pendant l'expérience.

Le participant ne pourra jamais parler de ces résultats, car du point de vue d'un observateur extérieur, la probabilité du résultat de l'expérience sera la même dans les interprétations des mondes multiples et de Copenhague.

Immortalité quantique

L'immortalité quantique est une expérience de pensée qui découle de l'expérience de pensée suicide quantique et déclare que, selon l'interprétation des mondes multiples de la mécanique quantique, les êtres qui ont la capacité de conscience de soi sont immortels.

Imaginons qu'un participant à une expérience fasse exploser une bombe nucléaire près de lui. Dans presque tous les univers parallèles, une explosion nucléaire détruira le participant. Mais malgré cela, il doit exister un petit nombre d'univers alternatifs dans lesquels le participant survit d'une manière ou d'une autre (c'est-à-dire des univers dans lesquels un scénario de sauvetage potentiel est possible). L'idée de l'immortalité quantique est que le participant reste en vie, et est ainsi capable de percevoir la réalité environnante, dans au moins un des univers de l'ensemble, même si le nombre de ces univers est extrêmement petit par rapport au nombre d'univers. tous les univers possibles. Ainsi, au fil du temps, le participant découvrira qu'il peut vivre éternellement. Certains parallèles à cette conclusion peuvent être trouvés dans le concept de principe anthropique.

Un autre exemple découle de l’idée du suicide quantique. Dans cette expérience de pensée, le participant pointe une arme sur lui-même, qui peut tirer ou non en fonction du résultat de la désintégration d'un atome radioactif. Il y a 50 % de chances que l'arme explose et que le participant meure. Si l’interprétation de Copenhague est correcte, l’arme finira par exploser et le participant mourra.

Si l’interprétation des mondes multiples d’Everett est correcte, alors à la suite de chaque expérience menée, l’univers se divise en deux univers, dans l’un desquels le participant reste en vie et dans l’autre il meurt. Dans les mondes où un participant meurt, il cesse d'exister. Au contraire, du point de vue du participant non mort, l'expérience se poursuivra sans faire disparaître le participant, puisqu'après chaque division d'univers il ne pourra se reconnaître que dans les univers où il a survécu. Ainsi, si l'interprétation des mondes multiples d'Everett est correcte, alors le participant peut remarquer qu'il ne mourra jamais dans l'expérience, « prouvant » ainsi son immortalité, du moins de son point de vue.

Les partisans de l’immortalité quantique soulignent que cette théorie ne contredit aucun lois connues physiciens (cette position est loin de faire l'unanimité dans monde scientifique). Dans leur raisonnement, ils s’appuient sur les deux hypothèses controversées suivantes :
- L'interprétation des mondes multiples d'Everett est correcte, pas l'interprétation de Copenhague, puisque cette dernière nie l'existence univers parallèles;
- tous les scénarios possibles dans lesquels un participant peut mourir pendant l'expérience contiennent au moins un petit sous-ensemble de scénarios dans lesquels le participant reste en vie.

Un argument possible contre la théorie de l'immortalité quantique est que la deuxième hypothèse ne découle pas nécessairement de l'interprétation des mondes multiples d'Everett et qu'elle peut entrer en conflit avec les lois de la physique, censées s'appliquer à toutes les réalités possibles. L’interprétation multi-mondes de la physique quantique n’implique pas nécessairement que « tout est possible ». Cela indique seulement qu’à un moment donné, l’univers peut être divisé en un certain nombre d’autres, dont chacun correspondra à l’un des nombreux résultats possibles. Par exemple, on pense que la deuxième loi de la thermodynamique s’applique à tous les univers probables. Cela signifie que, théoriquement, l’existence de cette loi empêche la formation d’univers parallèles où elle serait violée. La conséquence de ceci peut être l'atteinte, du point de vue de l'expérimentateur, d'un état de réalité dans lequel sa survie devient impossible, car cela nécessiterait une violation des lois de la physique qui, selon l'hypothèse énoncée précédemment , est valable pour toutes les réalités possibles.

Par exemple, lors d'une explosion bombe nucléaire décrit ci-dessus, il est assez difficile de décrire un scénario plausible qui ne viole pas les principes biologiques de base dans lesquels le participant survivra. Les cellules vivantes ne peuvent tout simplement pas exister aux températures atteintes au centre explosion nucléaire. Pour que la théorie de l’immortalité quantique reste valide, il est nécessaire soit qu’un raté d’allumage se produise (et évite ainsi une explosion nucléaire), soit qu’un événement se produise basé sur des lois de la physique encore inconnues ou non prouvées. Un autre argument contre la théorie en discussion peut être la présence d'une mort biologique naturelle chez toutes les créatures, qui ne peut être évitée dans aucun des univers parallèles (du moins dans à ce stade développement de la science)

En revanche, la deuxième loi de la thermodynamique est une loi statistique, et rien n'est contredit par l'apparition de fluctuations (par exemple, l'apparition d'une région présentant des conditions propices à la vie d'un observateur dans un univers qui a généralement atteint un état de mort thermique ; ou, en principe, le mouvement possible de toutes les particules résultant d'une explosion nucléaire, de telle sorte que chacune d'elles passera devant l'observateur), bien qu'une telle fluctuation ne se produise que dans une partie extrêmement petite de l'ensemble. résultats possibles. L’argument selon lequel la mort biologique est inévitable peut également être réfuté sur la base de considérations probabilistes. Pour chaque organisme vivant dans à l'heure actuelle il y a une probabilité non nulle qu'il reste en vie pendant la seconde suivante. Ainsi, la probabilité qu’il reste en vie pendant le prochain milliard d’années est également non nulle (puisque c’est le produit grand nombre facteurs non nuls), bien que très faibles.

Ce qui pose problème avec l’idée de l’immortalité quantique, c’est que selon elle, un être conscient de lui-même sera « forcé » de vivre des événements extrêmement improbables qui surviendront dans des situations dans lesquelles le participant semblerait mourir. Même si dans de nombreux univers parallèles le participant meurt, les quelques univers que le participant est capable de percevoir subjectivement se développeront selon un scénario extrêmement improbable. Ceci, à son tour, pourrait en quelque sorte provoquer une violation du principe de causalité, dont la nature en physique quantique n’est pas encore assez claire.

Bien que l'idée de l'immortalité quantique découle en grande partie de l'expérience du « suicide quantique », Tegmark soutient que dans toutes les conditions normales, tout être pensant avant la mort passe par une étape (de quelques secondes à plusieurs années) de niveau décroissant d'auto-évaluation. conscience, qui n'a rien à voir avec la mécanique quantique et le participant n'a aucune possibilité de continuer à exister en passant d'un monde à un autre, ce qui lui donne la possibilité de survivre.

Ici, un observateur intelligent et conscient de lui-même, dans un nombre relativement restreint d'états possibles dans lesquels il conserve sa conscience de soi, continue de rester, pour ainsi dire, dans " corps sain" La possibilité que l'observateur, tout en gardant conscience, reste paralysé est bien plus grande que s'il reste indemne. Tout système (y compris un organisme vivant) a beaucoup plus de possibilités fonctionner correctement que de rester dans forme parfaite. L'hypothèse ergodique de Boltzmann suppose que l'observateur immortel passera tôt ou tard par tous les états compatibles avec la préservation de la conscience, y compris ceux dans lesquels il ressentira des souffrances insupportables - et il y aura beaucoup plus de tels états que d'états de fonctionnement optimal de l'organisme. Ainsi, comme le suggère le philosophe David Lewis, nous devrions espérer que l’interprétation des mondes multiples est fausse.

Il y avait une sorte de qualité « secondaire ». Lui-même s'est rarement engagé dans certaines problème scientifique. Son genre de travail préféré était la réponse à la demande de quelqu'un d'autre. recherche scientifique, l'évolution de cet ouvrage ou sa critique. Malgré le fait que Schrödinger lui-même était un individualiste par nature, il avait toujours besoin de la pensée de quelqu'un d'autre, du soutien de quelqu'un d'autre. travaux supplémentaires. Malgré cette approche particulière, Schrödinger réussit à faire de nombreuses découvertes.

Informations biographiques

La théorie de Schrödinger n'est plus seulement connue des étudiants des départements de physique et de mathématiques. Il intéressera tous ceux qui s’intéressent à la vulgarisation scientifique. Cette théorie a été créée par le célèbre physicien E. Schrödinger, qui est entré dans l'histoire comme l'un des créateurs de la mécanique quantique. Le scientifique est né le 12 août 1887 dans la famille du propriétaire d'une usine de toile cirée. Le futur scientifique, célèbre dans le monde entier pour son énigme, aimait la botanique et le dessin dès son enfance. Son premier mentor fut son père. En 1906, Schrödinger commence ses études à l'Université de Vienne, au cours desquelles il commence à admirer la physique. Quand le premier est arrivé guerre mondiale, le scientifique est allé servir comme artilleur. Pendant son temps libre, il étudiait les théories d'Albert Einstein.

Au début de 1927, une situation dramatique s’était développée dans le domaine scientifique. E. Schrödinger pensait que la base de la théorie des processus quantiques devrait être l'idée de continuité des ondes. Heisenberg, au contraire, pensait que le fondement de ce domaine de connaissance devrait être le concept de discrétion des ondes, ainsi que l'idée de sauts quantiques. Niels Bohr n'a accepté aucune de ces positions.

Avancées scientifiques

Pour sa création du concept de mécanique ondulatoire en 1933, Schrödinger reçut Prix ​​Nobel. Cependant, élevé dans les traditions de la physique classique, le scientifique ne pouvait pas penser dans d'autres catégories et ne considérait pas la mécanique quantique comme une branche à part entière de la connaissance. Il ne pouvait se contenter du double comportement des particules et il essaya de le réduire exclusivement au comportement ondulatoire. Dans sa discussion avec N. Bohr, Schrödinger l'a exprimé ainsi : « Si nous envisageons de préserver ces progrès scientifiques, je regrette généralement d'avoir lié ma vie à la physique atomique. »

Travaux ultérieurs du chercheur

De plus, Schrödinger n’était pas seulement l’un des créateurs de la mécanique quantique moderne. C’est lui qui a introduit le terme « objectivité de la description » dans l’usage scientifique. C'est une opportunité théories scientifiques décrire la réalité sans la participation d'un observateur. Ses recherches ultérieures ont été consacrées à la théorie de la relativité, aux processus thermodynamiques et à l'électrodynamique non linéaire de Born. Les scientifiques ont également tenté à plusieurs reprises de créer théorie unifiée champs. De plus, E. Schrödinger parlait six langues.

L'énigme la plus célèbre

La théorie de Schrödinger, dans laquelle ce même chat apparaît, est née de la critique de la théorie quantique par le scientifique. L’un de ses principaux postulats stipule que même si le système n’est pas observé, il est dans un état de superposition. À savoir, dans deux ou plusieurs États qui s’excluent mutuellement. L'état de superposition en science a la définition suivante : c'est la capacité d'un quantum, qui peut aussi être un électron, un photon ou, par exemple, le noyau d'un atome, d'être simultanément dans deux états ou même en deux points. dans l'espace à un moment où personne ne l'observe.

Objets dans différents mondes

Il est très difficile pour une personne ordinaire de comprendre une telle définition. Après tout, chaque objet monde matériel peut être soit à un point de l’espace, soit à un autre. Ce phénomène peut être illustré comme suit. L'observateur prend deux boîtes et met une balle de tennis dans l'une d'elles. Il sera clair que c'est dans une case et pas dans l'autre. Mais si vous mettez un électron dans l'un des conteneurs, alors l'affirmation suivante sera vraie : cette particule est simultanément dans deux boîtes, aussi paradoxal que cela puisse paraître. De la même manière, un électron dans un atome ne se situe pas à un moment ou à un autre en un point strictement défini. Il tourne autour du noyau, situé simultanément en tous points de l’orbite. En science, ce phénomène est appelé « nuage d’électrons ».

Que voulait prouver le scientifique ?

Ainsi, le comportement des petits et grands objets est implémenté de manière complètement règles différentes. Dans le monde quantique, il existe certaines lois, et dans le monde macro, des lois complètement différentes. Cependant, il n'existe aucun concept qui expliquerait le passage du monde des objets matériels familiers aux humains au micromonde. La théorie de Schrödinger a été créée afin de démontrer l'insuffisance de la recherche dans le domaine de la physique. Le scientifique a voulu montrer qu'il existe une science dont le but est de décrire de petits objets, et qu'il existe un domaine de la connaissance qui étudie objets ordinaires. En grande partie grâce au travail du scientifique, la physique a été divisée en deux domaines : quantique et classique.

Théorie de Schrödinger : description

Le scientifique a décrit sa célèbre expérience de pensée en 1935. Pour le réaliser, Schrödinger s’est appuyé sur le principe de superposition. Schrödinger a souligné que tant que l'on n'observe pas le photon, il peut s'agir soit d'une particule, soit d'une onde ; à la fois rouge et vert ; à la fois rond et carré. Ce principe d'incertitude, qui découle directement du concept de dualisme quantique, a été utilisé par Schrödinger dans sa célèbre énigme sur le chat. La signification de l’expérience en bref est la suivante :

• Un chat est placé dans une boîte fermée, ainsi qu'un récipient contenant de l'acide cyanhydrique et une substance radioactive.
• Le noyau peut se désintégrer en une heure. La probabilité que cela se produise est de 50 %.
• Si noyau atomique désintégrations, il sera enregistré par un compteur Geiger. Le mécanisme fonctionnera et la boîte à poison sera brisée. Le chat va mourir.
• Si la décomposition ne se produit pas, le chat de Schrödinger sera vivant.

Selon cette théorie, jusqu'à ce que le chat soit observé, il se trouve simultanément dans deux états (mort et vivant), tout comme le noyau d'un atome (décomposé ou non). Bien entendu, cela n’est possible que selon les lois du monde quantique. Dans le macrocosme, un chat ne peut pas être à la fois vivant et mort.

Le paradoxe de l'observateur

Pour comprendre l’essence de la théorie de Schrödinger, il faut également comprendre le paradoxe de l’observateur. Cela signifie que les objets du micromonde ne peuvent être dans deux états simultanément que lorsqu'ils ne sont pas observés. Par exemple, ce qu'on appelle « l'expérience avec 2 fentes et un observateur » est connue en science. Les scientifiques ont dirigé un faisceau d’électrons sur une plaque opaque dans laquelle étaient pratiquées deux fentes verticales. Sur l’écran derrière la plaque, les électrons dessinaient un motif de vagues. En d’autres termes, ils ont laissé des rayures noires et blanches. Lorsque les chercheurs ont voulu observer comment les électrons traversaient les fentes, les particules n'affichaient que deux bandes verticales sur l'écran. Ils se comportaient comme des particules et non comme des vagues.

Explication de Copenhague

L'explication moderne de la théorie de Schrödinger s'appelle celle de Copenhague. Basé sur le paradoxe de l'observateur, cela ressemble à ceci : tant que personne n'observe le noyau d'un atome dans le système, il se trouve simultanément dans deux états : décomposé et non décomposé. Cependant, l'affirmation selon laquelle un chat est à la fois vivant et mort est extrêmement erronée. Après tout, dans le macrocosme, on n’observe jamais les mêmes phénomènes que dans le microcosme.

Nous ne parlons donc pas du système « chat-noyau », mais du fait que le compteur Geiger et le noyau atomique sont interconnectés. Le noyau peut choisir un état ou un autre au moment où les mesures sont effectuées. Cependant choix donné n'a pas lieu au moment où l'expérimentateur ouvre la boîte avec le chat de Schrödinger. En fait, l’ouverture de la boîte s’effectue dans le macrocosme. Autrement dit, dans un système très loin d'être monde atomique. Par conséquent, le noyau sélectionne son état précisément au moment où il heurte le détecteur du compteur Geiger. Ainsi, Erwin Schrödinger n’a pas décrit le système de manière suffisamment complète dans son expérience de pensée.

Conclusions générales

Ainsi, il n’est pas tout à fait correct de relier le macrosystème au monde microscopique. Dans le macrocosme lois quantiques perdre leur pouvoir. Le noyau d’un atome ne peut être dans deux états simultanément que dans le microcosme. On ne peut pas en dire autant du chat, puisqu’il est un objet du macrocosme. Ce n’est donc qu’à première vue qu’il semble que le chat passe d’une superposition à l’un des états au moment de l’ouverture de la boîte. En réalité, son sort est déterminé au moment où le noyau atomique interagit avec le détecteur. La conclusion peut être tirée comme suit : l’état du système dans l’énigme d’Erwin Schrödinger n’a rien à voir avec la personne. Cela ne dépend pas de l'expérimentateur, mais du détecteur - l'objet qui « observe » le noyau.

Poursuite du concept

Théorie de Schrödinger en mots simples est décrit comme suit : tant que l'observateur ne regarde pas le système, celui-ci peut être dans deux états simultanément. Cependant, un autre scientifique, Eugène Wigner, est allé plus loin et a décidé d’amener le concept de Schrödinger jusqu’à l’absurdité totale. "Excusez-moi!", A déclaré Wigner, "Et si son collègue se tenait à côté de l'expérimentateur et surveillait le chat?" Le partenaire ne sait pas exactement ce que l'expérimentateur lui-même a vu au moment où il a ouvert la boîte avec le chat. Le chat de Schrödinger surgit de la superposition. Cependant, pas pour un autre observateur. Ce n'est qu'au moment où ce dernier connaît le sort du chat que l'animal peut être définitivement qualifié de vivant ou de mort. En outre, des milliards de personnes vivent sur la planète Terre. Et le verdict final ne pourra être rendu que lorsque le résultat de l’expérience deviendra la propriété de tous les êtres vivants. Bien sûr, vous pouvez raconter brièvement à tout le monde le sort du chat et la théorie de Schrödinger, mais il s'agit d'un processus très long et laborieux.

Les principes du dualisme quantique en physique n'ont jamais été réfutés expérience de pensée Schrödinger. Dans un sens, on peut dire que tout être n’est ni vivant ni mort (en superposition) tant qu’il y a au moins une personne qui ne l’observe pas.

John Gribbin

A la recherche du chat de Schrödinger. Physique quantique et réalité

Je n’aime pas tout cela et je regrette d’avoir été impliqué dans tout cela.

Erwin Schrödinger 1887-1961

Rien n'est réel.

John Lennon 1940-1980

A LA RECHERCHE DU CHAT DE SCHRÖDINGER

Physique quantique et réalité

Traduction de l'anglais par Z. A. Mamedyarova, E. A. Fomenko

© 1984 par John et Mary Gribbin

Remerciements

Ma connaissance de la théorie quantique a eu lieu il y a plus de vingt ans, alors que j'étais encore à l'école, lorsque j'ai découvert que la théorie de la structure de l'enveloppe de l'atome expliquait par magie tout tableau périodiqueéléments et presque toute la chimie, avec lesquels j'ai eu du mal dans de nombreux cours ennuyeux. J'ai immédiatement commencé à creuser plus loin, en recourant à des livres de bibliothèque jugés « trop complexes » pour ma formation scientifique limitée, et j'ai immédiatement remarqué la belle simplicité de l'explication du spectre atomique du point de vue de la théorie quantique et j'ai découvert pour la première fois que le meilleur de la science est à la fois beau et simple, et c'est un fait que trop d'enseignants - accidentellement ou volontairement - cachent à leurs élèves. Je me sentais comme le héros du roman « La Recherche » de C. P. Snow (même si je l'ai lu beaucoup plus tard), qui a découvert la même chose :

J'ai remarqué à quel point des faits aléatoires et mélangés se mettaient soudainement en place... « Mais c'est la vérité », me suis-je dit. - C'est merveilleux. Et c'est la vérité." (Édition UN, 1963, p. 27.)

C’est en partie grâce à cette idée que j’ai décidé d’étudier la physique à l’université. Finalement, mes ambitions se sont réalisées et je suis devenu étudiant à l’Université du Sussex à Brighton. Mais là, la simplicité et la beauté des idées profondes étaient éclipsées par la variété des détails et des méthodes mathématiques résoudre des problèmes spécifiques en utilisant les équations de la mécanique quantique. Appliquer ces idées au monde physique moderne a peut-être donné à peu près la même idée de beauté profonde et de vérité que le pilotage donne Boeing 747 sur le deltaplane. Même si la puissance de la vision originelle est restée l'influence la plus significative sur ma carrière, pendant longtemps Je n'ai pas prêté attention au monde quantique et j'ai découvert d'autres délices de la science.

Les braises de cet intérêt précoce ont été rallumées par une combinaison de facteurs. À la fin des années 1970 et au début des années 1980, des livres et des articles ont commencé à paraître pour tenter, avec plus ou moins de succès, d’expliquer l’étrange monde quantique à un public non scientifique. Certains des soi-disant « textes populaires » étaient si monstrueusement éloignés de la vérité que je ne pouvais même pas imaginer qu'il y ait un lecteur qui comprendrait la vérité et la beauté de la science en les étudiant, et voudrait donc la raconter comme elle. est. Dans le même temps, des informations ont émergé sur une longue série d'expériences scientifiques qui ont prouvé la réalité de certains des aspects les plus étranges de la théorie quantique, et ces informations m'ont obligé à retourner dans les bibliothèques et à rafraîchir ma compréhension de ces choses étonnantes. Enfin, un jour de Noël, la BBC m'a invité à apparaître dans une émission de radio comme une sorte d'opposant scientifique à Malcolm Muggeridge, qui venait d'annoncer sa conversion au catholicisme et était l'invité principal des fêtes de fin d'année. Après cela grand homme Après avoir fait valoir son point de vue, en insistant sur le mystère du christianisme, il s'est tourné vers moi et m'a dit : "Mais voici quelqu'un qui connaît toutes les réponses - ou prétend les connaître toutes." Le temps était limité et j'ai essayé de donner une réponse décente, en soulignant que la science ne prétend pas avoir toutes les réponses et que c'est la religion, et non la science, qui repose entièrement sur une foi illimitée et la conviction que la vérité est connue. «Je ne crois en rien», ai-je dit et j'ai commencé à expliquer ma position, mais à ce moment-là, le programme a pris fin. Tout au long des vacances de Noël, amis et connaissances m'ont rappelé ces paroles, et j'ai passé des heures à répéter que mon manque de foi illimitée en quoi que ce soit ne m'empêche pas de vivre vie normale, en utilisant l’hypothèse de travail parfaitement raisonnable selon laquelle il est peu probable que le soleil disparaisse du jour au lendemain.

Tout cela m'a aidé à mettre de l'ordre dans mes propres réflexions sur la nature de la science au cours de longues discussions sur la réalité fondamentale - ou l'irréalité - du monde quantique, et cela a suffi à me convaincre que je pouvais écrire le livre que vous tenez maintenant entre vos mains. Tout en travaillant dessus, j'ai testé bon nombre des arguments les plus subtils lors de mes apparitions régulières à l'émission de radio scientifique de la British Forces Broadcasting Corporation, animée par Tommy Vance. Les questions curieuses de Tom ont rapidement révélé les imperfections de ma présentation et, grâce à leur aide, j'ai pu organiser mes idées. de la meilleure façon possible. La principale source de matériel de référence que j'ai utilisée pour écrire ce livre était la bibliothèque de l'Université du Sussex, qui contient peut-être l'une des meilleures collections de livres sur la théorie quantique au monde, et des matériaux plus rares ont été sélectionnés pour moi par Mandy Caplin du magazine. Nouveau scientifique, qui m'a constamment envoyé des messages télétype pendant que Christina Sutton corrigeait mes idées fausses sur la physique des particules et la théorie des champs. Ma femme m'a non seulement apporté une aide précieuse dans la révision de la littérature et l'organisation du matériel, mais elle a également adouci de nombreuses coins pointus. Je remercie également le professeur Rudolf Pearls de m'avoir expliqué en détail certaines des subtilités de l'expérience de l'horloge dans une boîte et du paradoxe d'Einstein-Podolsky-Rosen.

Tout ce qu'il y a de bon dans ce livre tient à : des textes de chimie « difficiles », dont je ne me souviens plus des noms, que j'ai découverts à la bibliothèque du comté de Kent à l'âge de seize ans ; malheur aux « vulgarisateurs » des idées quantiques qui m’ont convaincu que je pouvais mieux les décrire ; Malcolm Muggeridge et la BBC ; Bibliothèque de l'Université du Sussex ; Tommy Vance et BFBS ; Mandy Caplin et Christina Sutton et surtout Min. Toute plainte concernant les défauts qui subsistent encore dans ce livre doit bien entendu m'être adressée.

John Gribbin

juillet 1983

Introduction

Si vous additionnez tous les livres et articles sur la théorie de la relativité écrits pour des gens ordinaires, alors la pile atteindra probablement la lune. « Tout le monde sait » que la théorie de la relativité d’Einstein est la plus grande réussite scientifique du XXe siècle, et tout le monde a tort. Cependant, si vous additionnez tous les livres et articles sur la théorie quantique écrits pour les gens ordinaires, ils trouveront facilement leur place sur mon bureau. Cela ne veut pas dire que la théorie quantique n’a pas été entendue en dehors des murs des académies. La mécanique quantique est même devenue populaire dans certains secteurs : avec son aide, ils ont tenté d'expliquer la télépathie et le pliage des cuillères, et ils s'en sont inspirés pour de nombreux récits de science-fiction. Dans la mythologie populaire, la mécanique quantique est associée - voire pas du tout - à la perception occulte et extrasensorielle, c'est-à-dire à une branche étrange et ésotérique de la science que personne ne comprend et pour laquelle personne ne peut trouver d'application pratique.

Ce livre est écrit pour contrer cette perception de ce qui est essentiellement le domaine le plus fondamental et le plus important. connaissances scientifiques. Ce livre doit son origine à plusieurs circonstances survenues au cours de l'été 1982. Tout d’abord, je viens de terminer la lecture d’un livre sur la théorie de la relativité intitulé Les courbures de l’espace et j’ai décidé qu’il était temps de me lancer dans la tâche de démystifier l’autre grande branche de la science du XXe siècle. Deuxièmement, à cette époque, j'étais de plus en plus irrité par les idées incorrectes qui existaient sous le nom de théorie quantique chez des gens éloignés de la science. L'excellent livre de Fridtjof Capra, Le Tao de la physique, a donné naissance à de nombreux imitateurs qui ne comprenaient ni la physique ni le Tao, mais estimaient qu'il était possible de gagner de l'argent en reliant la science occidentale à la philosophie orientale. Et finalement, en août 1982, la nouvelle arriva de Paris qu'un groupe de scientifiques avait réalisé avec succès une expérience cruciale qui confirmait - pour ceux qui doutaient encore - l'exactitude de la vision de la mécanique quantique de l'univers.

Ne cherchez pas ici de « mysticisme oriental », de flexion de cuillère ou de perception extrasensorielle. Recherchez l'histoire vraie de la mécanique quantique, dont la vérité est plus étonnante que n'importe quelle fiction. C'est ça la science : elle n'a pas besoin de tenues d'une autre philosophie, car elle-même est pleine de beautés, de mystères et de surprises. Ce livre tente de répondre à la question spécifique : « Qu’est-ce que la réalité ? Et la ou les réponses pourraient vous surprendre. Vous ne le croirez peut-être pas. Mais vous comprendrez comment la science moderne regarde le monde.

Rien n'est réel

Le chat du titre est une créature mythique, mais Schrödinger a réellement existé. Erwin Schrödinger était un scientifique autrichien qui, au milieu des années 1920, a joué un rôle majeur dans la création des équations d'une branche scientifique aujourd'hui appelée mécanique quantique. Cependant, affirmer que la mécanique quantique n’est qu’une branche de la science n’est guère vrai, car elle est à la base de toute la science moderne. Ses équations décrivent le comportement de très petits objets - de la taille d'atomes ou plus petits - et représentent la seule chose description du monde des plus petites particules. Sans ces équations, les physiciens ne seraient pas en mesure de concevoir des centrales nucléaires (ou des bombes) fonctionnelles, de créer des lasers ou d'expliquer comment la température du Soleil ne diminue pas. Sans la mécanique quantique, la chimie en serait encore à l’âge des ténèbres et la biologie moléculaire ne serait pas apparue du tout : il n’y aurait pas de connaissance de l’ADN, pas de génie génétique, rien.

Comme exemple hypothétique de la façon dont un objet macroscopique (un chat) qui nous est très familier dans la vie quotidienne pourrait présenter des propriétés quantiques.

L’essence même de ces propriétés est ce qu’on appelle l’intrication quantique ou l’intrication. Le nom de ce phénomène reflète en général son essence. En effet, dans l'exemple considéré, les états du noyau radioactif et du chat s'avèrent intriqués (c'est-à-dire rigidement liés les uns aux autres). Un aspect important C'est l'intrication quantique qui est la présence d'incertitude dans ces états. Autrement dit, nous ne savons pas si le chat est vivant ou non, et nous ne savons pas non plus si le noyau s’est désintégré ou non. Cependant, nous savons avec certitude que si le noyau se désintègre, le chat mourra ; s'il ne se désintègre pas, le chat vivra.

Ce phénomène suscite un grand intérêt parmi les scientifiques modernes et il est associé à l'idée de​​créer ordinateur quantique, ainsi que l'organisation de canaux de communication sécurisés. C’est ce qui oblige à tenter sans cesse en laboratoire de créer, sinon des chats, du moins des chatons de Schrödinger, c’est-à-dire des chatons de Schrödinger. les objets sont plus tangibles et plus grands (mésoscopiques), et donc se prêtent à un contrôle plus simple que les microparticules individuelles, mais présentent les mêmes propriétés d'intrication quantique que le chat de Schrödinger.

Mais la nature a créé de nombreux exemples d’intrication quantique qui sont moins exotiques que les chatons Schrödinger de laboratoire. La manifestation la plus accessible de l’intrication a peut-être lieu dans le même atome que nous aimons tous. Prenons le plus simple des atomes – le premier élément du tableau périodique – l'hydrogène. Comme tous les autres atomes, il est constitué d'un noyau et d'électrons, mais la beauté de l'atome d'hydrogène est qu'il n'a qu'un seul électron, et le noyau est, encore une fois, une particule unique et presque complètement élémentaire - un proton, qui diffère d'un électron de la manière principale, signe positif charge électrique et une très grande masse (près de 2000 fois la masse d’un électron).

Dans l'un des miens, j'ai parlé du fait que certaines microparticules, en particulier l'électron, ont une caractéristique telle que le spin ou, pour utiliser une analogie simple, elles tournent autour de leur axe dans l'une des deux directions (dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre), qui, à son tour, est déterminée par l'une des deux valeurs de ce qu'on appelle la projection de spin. Ainsi, un proton, comme un électron, a un spin et peut « tourner » vers la droite ou vers la gauche. De plus, il s'avère que l'état « le plus confortable » avec l'énergie la plus faible pour l'électron et le proton formant l'atome d'hydrogène est celui dans lequel ils tournent dans des directions opposées, comme s'ils compensaient les spins de chacun, de sorte que sa projection globale soit nulle. (ce fait est d'ailleurs utilisé pour diverses observations astrophysiques).

C’est cette caractéristique de l’hydrogène qui cache l’enchevêtrement précieux et le petit chaton de Schrödinger de la taille d’un atome. En effet, tant qu'on n'a pas réalisé les expériences appropriées et mesuré les projections du spin des particules, on ne sait pas si le proton tourne à droite ou à gauche. On peut dire la même chose de l’électron. Cependant, ce que nous savons avec certitude, c’est que si un électron tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, alors un proton tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, et vice versa.

Dans leur célèbre article de 1935, A. Einstein, B. Podolsky et N. Rosen soulignaient les failles de la théorie quantique, qui fonctionne avec de tels états intriqués (on les appelle paires EPR d'après les premières lettres des noms des auteurs de l'ouvrage). article), en particulier, conduisant à une apparente contradiction avec la théorie de la relativité et à la violation paradoxale des relations de cause à effet. Mais nous en saurons déjà plus à ce sujet.

Et c’est ainsi que certains artistes imaginent l’intrication quantique…