Depuis ses débuts, la mécanique quantique n'a cessé de nous étonner par sa particularité, si difficile à comprendre. Pourquoi une particule semble-t-elle traverser deux fentes simultanément ? Pourquoi, au lieu de prédictions spécifiques, peut-on seulement parler d'évolution des probabilités ? Selon des théoriciens des universités de Varsovie et d'Oxford, les caractéristiques les plus importantes du monde quantique peuvent résulter de la théorie de la relativité restreinte, qui jusqu'à présent semblait avoir peu à voir avec la mécanique quantique.

Depuis l'arrivée de la mécanique quantique et de la théorie de la relativité, les physiciens ont perdu le sommeil sur l'incompatibilité de ces trois concepts (trois, puisqu'il existe deux théories de la relativité :spéciale et générale). Il est communément admis que c'est la description de la mécanique quantique qui est la plus fondamentale et que la théorie de la relativité devra s'y adapter. Dr Andrzej Dragan de la Faculté de Physique, L'Université de Varsovie (FUW) et le professeur Artur Ekert de l'Université d'Oxford (UO) viennent de présenter leur raisonnement menant à une conclusion différente. Dans l'article "Le principe quantique de la relativité, " publié dans le Nouveau Journal de Physique , ils prouvent que les caractéristiques de la mécanique quantique déterminant son unicité et son exotisme non intuitif - acceptées, quoi de plus, sur la foi (comme axiomes) - peut être expliqué dans le cadre de la théorie de la relativité restreinte. Il suffit de décider d'une certaine étape assez peu orthodoxe.

Albert Einstein a fondé la théorie de la relativité restreinte sur deux postulats. Le premier est connu sous le nom de principe galiléen de relativité (qui, veuillez noter, est un cas particulier du principe copernicien). Cela indique que la physique est la même dans chaque système inertiel (c'est-à-dire, celui qui est soit au repos, soit dans un mouvement continu en ligne droite). Le deuxième postulat, formulée sur le résultat de la célèbre expérience de Michelson-Morley, imposé l'exigence d'une vitesse constante de la lumière dans chaque système de référence.

"Einstein considérait le deuxième postulat comme crucial. En réalité, ce qui est crucial, c'est le principe de relativité. Déjà en 1910, Vladimir Ignatowski montrait qu'en se basant uniquement sur ce principe, il est possible de reconstruire tous les phénomènes relativistes de la théorie de la relativité restreinte. Un raisonnement étonnamment simple, menant directement du principe de relativité au relativisme, a également été présenté en 1992 par le professeur Andrzej Szymacha de notre faculté, " dit le Dr Dragan.

La théorie de la relativité restreinte est une structure cohérente qui permet trois types de solutions mathématiquement correctes :un monde de particules se déplaçant à des vitesses subluminales, un monde de particules se déplaçant à la vitesse de la lumière et un monde de particules se déplaçant à des vitesses supraluminiques. Cette troisième option a toujours été rejetée comme n'ayant rien à voir avec la réalité.

« Nous avons posé la question :que se passe-t-il si - pour le moment sans entrer dans la physicalité ou la non-physicalité des solutions - nous prenons au sérieux ne pas faire partie de la théorie de la relativité restreinte, mais tout ça, avec le système supraluminique ? Nous nous attendions à des paradoxes de cause à effet. Pendant ce temps, nous avons vu exactement ces effets qui forment le noyau le plus profond de la mécanique quantique, " disent le Dr Dragan et le Prof. Ekert.

Initialement, les deux théoriciens ont considéré un cas simplifié :l'espace-temps avec les trois familles de solutions, mais constitué d'une seule dimension spatiale et d'une dimension temporelle (1+1). Une particule au repos dans un système de solutions semble se déplacer de manière supraluminique dans l'autre, ce qui signifie que la superluminosité elle-même est relative.

Dans un continuum espace-temps ainsi construit, les événements non déterministes se produisent naturellement. Si dans un système au point A il y a génération d'une particule supraluminale, même tout à fait prévisible, émis vers le point B, où il n'y a tout simplement aucune information sur les raisons de l'émission, puis du point de vue de l'observateur dans le second système, les événements se déroulent du point B au point A, ils partent donc d'un événement complètement imprévisible. Il s'avère que des effets analogues apparaissent également dans le cas des émissions de particules subluminales.

Les deux théoriciens ont également montré qu'après avoir pris en compte les solutions supraluminiques, le mouvement d'une particule sur de multiples trajectoires apparaît simultanément de manière naturelle, et une description du cours des événements nécessite l'introduction d'une somme d'amplitudes combinées de probabilité qui indiquent l'existence d'une superposition d'états, un phénomène jusqu'ici associé seulement à la mécanique quantique.

Dans le cas de l'espace-temps à trois dimensions spatiales et une dimension temporelle (3+1), C'est, correspondant à notre réalité physique, la situation est plus compliquée. Le principe de relativité dans sa forme originelle n'est pas préservé :les systèmes subluminal et supraluminal se distinguent. Cependant, les chercheurs ont remarqué que lorsque le principe de relativité est modifié sous la forme :"La capacité à décrire un événement de manière locale et déterministe ne devrait pas dépendre du choix d'un système de référence inertiel, " il limite les solutions à celles dans lesquelles toutes les conclusions de la considération en (1+1) espace-temps restent valables.

"Nous avons remarqué, incidemment, la possibilité d'une interprétation intéressante du rôle des dimensions individuelles. Dans le système qui semble supraluminique à l'observateur, certaines dimensions de l'espace-temps semblent changer leurs rôles physiques. Une seule dimension de la lumière supraluminale a un caractère spatial, celle le long de laquelle la particule se déplace. Les trois autres dimensions semblent être des dimensions temporelles, " dit le Dr Dragan.

Une caractéristique des dimensions spatiales est qu'une particule peut se déplacer dans n'importe quelle direction ou rester au repos, tandis que dans une dimension temporelle, il se propage toujours dans une direction (ce que nous appelons le vieillissement dans le langage courant). Donc, trois dimensions temporelles du système supraluminal avec une dimension spatiale (1+3) signifieraient donc que les particules vieillissent inévitablement en trois fois simultanément. Le processus de vieillissement d'une particule dans un système supraluminal (1+3), observé à partir d'un système subluminal (3+1), donnerait l'impression que la particule se déplaçait comme une onde sphérique, conduisant au fameux principe de Huygens (chaque point d'un front d'onde peut être traité lui-même comme une source d'une nouvelle onde sphérique) et au dualisme corpusculaire.

"Toute l'étrangeté qui apparaît lorsque l'on considère des solutions relatives à un système qui semble supraluminique s'avère n'être pas plus étrange que ce que la théorie quantique communément acceptée et vérifiée expérimentalement dit depuis longtemps. Au contraire, en tenant compte d'un système supraluminique, il est possible - au moins théoriquement - de dériver certains des postulats de la mécanique quantique de la théorie de la relativité restreinte, qui étaient généralement acceptées comme ne résultant pas d'autres, des raisons plus fondamentales, " conclut le Dr Dragan.

Depuis près de cent ans, la mécanique quantique attend une théorie plus approfondie pour expliquer la nature de ses mystérieux phénomènes. Si le raisonnement présenté par les physiciens de FUW et UO résiste à l'épreuve du temps, l'histoire se moquerait cruellement de tous les physiciens. La théorie "inconnue" recherchée depuis des décennies, expliquer l'unicité de la mécanique quantique, serait quelque chose de déjà connu depuis les tout premiers travaux sur la théorie quantique.