Des faits alternatifs se répandent comme un virus dans la société. Maintenant, il semble qu'ils aient même infecté la science, du moins le domaine quantique. Cela peut sembler contre-intuitif. La méthode scientifique est après tout fondée sur des notions fiables d'observation, mesure et répétabilité. Un fait, tel qu'établi par une mesure, doit être objectif, de telle sorte que tous les observateurs puissent l'approuver.

Mais dans un article récemment publié dans Avancées scientifiques , nous montrons que dans le micro-monde des atomes et des particules régi par les étranges règles de la mécanique quantique, deux observateurs différents ont droit à leurs propres faits. En d'autres termes, selon notre meilleure théorie des éléments constitutifs de la nature elle-même, les faits peuvent en fait être subjectifs.

Les observateurs sont des acteurs puissants du monde quantique. Selon la théorie, les particules peuvent se trouver à plusieurs endroits ou états à la fois, c'est ce qu'on appelle une superposition. Mais bizarrement, ce n'est le cas que lorsqu'elles ne sont pas observées. La seconde où vous observez un système quantique, il sélectionne un emplacement ou un état spécifique, brisant la superposition. Le fait que la nature se comporte de cette façon a été prouvé à plusieurs reprises en laboratoire - par exemple, dans la fameuse expérience de la double fente (voir vidéo).

En 1961, le physicien Eugene Wigner a proposé une expérience de pensée provocante. Il s'est demandé ce qui se passerait lors de l'application de la mécanique quantique à un observateur qui est lui-même observé. Imaginez qu'un ami de Wigner lance une pièce quantique - qui se trouve dans une superposition de pile et face - à l'intérieur d'un laboratoire fermé. Chaque fois que l'ami lance la pièce, ils observent un résultat défini. On peut dire que l'ami de Wigner établit un fait :le résultat du tirage au sort est définitivement pile ou face.

Wigner n'a pas accès à ce fait de l'extérieur, et selon la mécanique quantique, doit décrire l'ami et la pièce pour être dans une superposition de tous les résultats possibles de l'expérience. C'est parce qu'ils sont « enchevêtrés » – étrangement connectés, de sorte que si vous manipulez l'un, vous manipulez également l'autre. Wigner peut maintenant en principe vérifier cette superposition à l'aide d'une "expérience d'interférence" - un type de mesure quantique qui vous permet de démêler la superposition d'un système entier, confirmant que deux objets sont enchevêtrés.

Quand Wigner et son ami comparent leurs notes plus tard, l'ami insistera sur le fait qu'il a vu des résultats précis pour chaque tirage au sort. Wigner, cependant, sera en désaccord chaque fois qu'il observera un ami et une pièce dans une superposition.

Cela présente une énigme. La réalité perçue par l'ami ne peut être conciliée avec la réalité extérieure. Wigner à l'origine ne considérait pas cela comme un paradoxe, il a soutenu qu'il serait absurde de décrire un observateur conscient comme un objet quantique. Cependant, il s'écarta plus tard de ce point de vue, et selon les manuels formels de mécanique quantique, la description est parfaitement valable.

L'expérience

Le scénario est longtemps resté une expérience de pensée intéressante. Mais reflète-t-il la réalité ? Scientifiquement, il y a eu peu de progrès à ce sujet jusqu'à très récemment, quand Časlav Brukner de l'Université de Vienne montra que, sous certaines hypothèses, L'idée de Wigner peut être utilisée pour prouver formellement que les mesures en mécanique quantique sont subjectives pour les observateurs.

Brukner a proposé un moyen de tester cette notion en traduisant le scénario de l'ami de Wigner dans un cadre établi pour la première fois par le physicien John Bell en 1964. Brukner a considéré deux paires de Wigner et d'amis, dans deux boîtes séparées, effectuer des mesures sur un état partagé - à l'intérieur et à l'extérieur de leur boîte respective. Les résultats peuvent être résumés pour finalement être utilisés pour évaluer ce que l'on appelle « l'inégalité de Bell ». Si cette inégalité est violée, les observateurs pourraient avoir des faits alternatifs.

Nous avons maintenant pour la première fois effectué ce test expérimentalement à l'Université Heriot-Watt d'Édimbourg sur un ordinateur quantique à petite échelle composé de trois paires de photons intriqués. La première paire de photons représente les pièces, et les deux autres sont utilisés pour effectuer le tirage au sort - mesurant la polarisation des photons - à l'intérieur de leur boîte respective. En dehors des deux cases, deux photons restent de chaque côté qui peuvent également être mesurés.

Malgré l'utilisation de la technologie quantique de pointe, il a fallu des semaines pour collecter suffisamment de données à partir de seulement six photons pour générer suffisamment de statistiques. Mais éventuellement, nous avons réussi à montrer que la mécanique quantique pouvait en effet être incompatible avec l'hypothèse de faits objectifs — nous avons violé l'inégalité !

La théorie, cependant, repose sur quelques hypothèses. Il s'agit notamment du fait que les résultats des mesures ne sont pas influencés par les signaux voyageant au-dessus de la vitesse de la lumière et que les observateurs sont libres de choisir les mesures à effectuer. Cela peut être ou ne pas être le cas.

Une autre question importante est de savoir si les photons uniques peuvent être considérés comme des observateurs. Dans la proposition théorique de Brukner, les observateurs n'ont pas besoin d'être conscients, ils doivent simplement être en mesure d'établir des faits sous la forme d'un résultat de mesure. Un détecteur inanimé serait donc un observateur valide. Et les manuels de mécanique quantique ne nous donnent aucune raison de croire qu'un détecteur, qui peut être aussi petit que quelques atomes, ne doit pas être décrit comme un objet quantique au même titre qu'un photon. Il est également possible que la mécanique quantique standard ne s'applique pas aux grandes échelles de longueur, mais tester c'est un problème séparé.

Cette expérience montre donc que, au moins pour les modèles locaux de mécanique quantique, nous devons repenser notre notion d'objectivité. Les faits que nous vivons dans notre monde macroscopique semblent rester sûrs, mais une question majeure se pose sur la façon dont les interprétations existantes de la mécanique quantique peuvent s'adapter à des faits subjectifs.

Certains physiciens voient ces nouveaux développements comme des interprétations renforçantes qui permettent à plus d'un résultat de se produire pour une observation, par exemple l'existence d'univers parallèles dans lesquels chaque résultat se produit. D'autres y voient une preuve convaincante de théories intrinsèquement dépendantes de l'observateur telles que le bayésianisme quantique, dans lequel les actions et les expériences d'un agent sont des préoccupations centrales de la théorie. Mais d'autres encore considèrent cela comme un indicateur fort que peut-être la mécanique quantique s'effondrera au-dessus de certaines échelles de complexité.

De toute évidence, ce sont toutes des questions profondément philosophiques sur la nature fondamentale de la réalité. Quelle que soit la réponse, un avenir intéressant vous attend.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.