La théorie de la mécanique quantique est bien étayée par des expériences. Maintenant, cependant, une expérience de pensée menée par des physiciens de l'ETH révèle des contradictions inattendues. Ces résultats soulèvent des questions fondamentales et polarisent les experts.

Il n'y a probablement aucune autre théorie scientifique qui soit aussi bien étayée que la mécanique quantique. Depuis près de 100 ans maintenant, il a été confirmé à plusieurs reprises avec des expériences très précises, pourtant, les physiciens ne sont toujours pas entièrement satisfaits. Bien que la mécanique quantique décrive très précisément les événements au niveau microscopique, elle bute sur ses limites avec des objets plus gros, notamment des objets pour lesquels la force de gravité joue un rôle. La mécanique quantique ne peut pas décrire le comportement des planètes, par exemple, qui reste le domaine de la Théorie de la Relativité Générale. Cette théorie, à son tour, ne peut pas décrire correctement les processus à petite échelle. De nombreux physiciens rêvent donc de combiner la mécanique quantique avec la relativité pour former une vision du monde cohérente.

Vers des objets plus gros

Bien que les deux théories décrivent très précisément les processus physiques dans leurs domaines, ils diffèrent grandement. Comment peuvent-ils être combinés ? Une possibilité consiste à mener des expériences de physique quantique avec des objets de plus en plus gros dans l'espoir que des divergences finiront par apparaître et indiqueront des solutions possibles. Mais les physiciens doivent travailler dans des contraintes strictes. La fameuse expérience de la double fente, par exemple, qui peut être utilisé pour montrer que les particules solides se comportent simultanément comme des ondes, ne peut pas être exécuté avec des objets du quotidien.

Expériences de pensée, d'autre part, peut être utilisé pour transcender les frontières du monde macroscopique. Renato Renner, professeur de physique théorique, et son ancienne doctorante Daniela Frauchiger ont mené une telle expérience de pensée dans une publication en Communication Nature . Grosso modo, dans leur expérience de pensée, les deux considèrent un physicien hypothétique examinant un objet de mécanique quantique, puis utilisent la mécanique quantique pour calculer ce que ce physicien observera. Selon notre vision du monde actuelle, cette observation indirecte devrait donner le même résultat que l'observation directe, pourtant les calculs de la paire montrent que ce n'est pas le cas. La prédiction de ce que le physicien observera est exactement le contraire de ce qui serait mesuré directement, créant une situation paradoxale.

Pas de solutions simples

Bien que l'expérience de pensée ne soit que maintenant officiellement publiée dans une revue scientifique, c'est déjà devenu un sujet de discussion parmi les experts. Comme le processus de publication a été retardé à plusieurs reprises, d'autres publications abordent déjà les résultats - elle-même une situation paradoxale, Remarques de Renner.

La réaction initiale la plus fréquente de ses collègues de terrain est de remettre en cause les calculs, Renner dit, mais si loin, personne n'a réussi à les réfuter. Un critique a admis qu'il avait entre-temps fait cinq tentatives pour trouver une erreur dans les calculs, sans succès. D'autres collègues ont présenté des explications concrètes sur la façon dont le paradoxe peut être résolu. En y regardant de plus près, bien que, ils se sont toujours avérés être des solutions ad hoc qui ne résolvent pas réellement le problème.

Conclusions déroutantes

Renner trouve remarquable que la question polarise manifestement les gens. Il a été surpris de constater que certains de ses collègues ont réagi très émotionnellement à ses découvertes, probablement en raison du fait que les deux conclusions évidentes des découvertes de Renner et de Frauchiger sont tout aussi déroutantes. La seule explication est que la mécanique quantique n'est apparemment pas, comme on le pensait auparavant, universellement applicable et ne peut donc pas être appliqué à de grands objets. Mais comment est-il possible qu'une théorie soit incohérente alors qu'elle a été si clairement confirmée à maintes reprises par des expériences ? L'autre explication est que la physique, comme la politique, souffre d'un manque de faits clairs, et qu'il existe d'autres possibilités que ce que nous considérons être vrai.

Renner a des difficultés avec ces deux interprétations. Il pense plutôt que le paradoxe se résoudra d'une autre manière :« Quand on regarde l'histoire, dans des moments comme celui-ci, la solution venait souvent d'une direction inattendue, " explique-t-il. La théorie de la relativité générale, par exemple, qui résolvait les contradictions de la physique newtonienne, est basé sur la prise de conscience que le concept de temps tel qu'il était communément compris à l'époque était faux.

« Notre travail consiste maintenant à examiner si notre expérience de pensée suppose des choses qui ne devraient pas être supposées sous cette forme, " dit Renner. " Et qui sait, nous devrons peut-être même revoir encore une fois notre conception de l'espace et du temps." Pour Renner, ce serait certainement une option attrayante :« Ce n'est que lorsque nous repensons fondamentalement les théories existantes que nous obtenons une meilleure compréhension du fonctionnement réel de la nature. »