En 1935 - deux ans après avoir remporté le prix Nobel pour ses contributions à la physique quantique - le physicien autrichien Erwin Schrödinger a proposé la célèbre expérience de pensée connue sous le nom de paradoxe du chat de Schrödinger .
Qu'est-ce que le paradoxe du chat de Schrödinger?

Le paradoxe est l'une des choses les plus connues de la mécanique quantique dans la culture populaire, mais ce n'est pas simplement une manière surréaliste et drôle de décrire comment le quantique le monde se comporte, il frappe en fait une critique clé de l'interprétation dominante de la mécanique quantique.

Il perdure car il propose l'idée absurde d'un chat à la fois vivant et mort, mais il a un certain poids philosophique car, dans un sens, c'est vraiment quelque chose que la mécanique quantique pourrait suggérer est possible.

Schrödinger a proposé l'expérience de la pensée précisément pour cette raison. Comme beaucoup d'autres physiciens, il n'était pas complètement satisfait de l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, et il cherchait un moyen de transmettre ce qu'il considérait comme le défaut central comme une manière de décrire la réalité.
L'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique

L'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique est toujours la tentative la plus largement acceptée pour donner un sens à ce que la physique quantique signifie réellement dans un sens physique.

Elle dit essentiellement que la fonction d'onde (qui décrit l'état d'une particule) et l'équation de Schrödinger (que vous utilisez pour déterminer la fonction d'onde) vous disent tout ce que vous pouvez savoir sur un état quantique. Cela peut sembler raisonnable au début, mais cela implique beaucoup de choses sur la nature de la réalité qui ne conviennent pas à beaucoup de gens.

Par exemple, la fonction d'onde d'une particule se propage dans l'espace, et donc le Copenhague l'interprétation indique qu'une particule n'a pas d'emplacement définitif jusqu'à ce qu'une mesure soit effectuée.

Lorsque vous effectuez une mesure, vous provoquez l'effondrement de la fonction d'onde, et la particule tombe instantanément dans l'un des nombreux états possibles, ce qui peut ne peut être prédit qu'en termes de probabilité.

L'interprétation dit que les particules quantiques n'ont en fait pas de valeurs observables telles que la position, l'élan ou le spin jusqu'à ce qu'une observation soit faite
. Ils existent dans une gamme d'états potentiels, dans ce qu'on appelle une «superposition» et peuvent essentiellement être considérés comme tous à la fois, bien que pondérés pour reconnaître que certains États sont plus susceptibles que d'autres.

Certains prendre cette interprétation plus strictement que d'autres - par exemple, la fonction d'onde pourrait simplement être considérée comme une construction théorique qui permet aux scientifiques de prédire les résultats des expériences - mais c'est globalement la façon dont l'interprétation considère la théorie quantique.
Cat de Schrödinger

Dans l'expérience de pensée, Schrödinger a proposé de placer un chat dans une boîte, donc il a été caché aux observateurs (vous pouvez imaginer que ce soit aussi une boîte insonorisée) avec une fiole de poison. La fiole de poison est truquée pour briser et tuer le chat si un certain événement quantique se produit, ce que Schrödinger a considéré comme la désintégration d'un atome radioactif qui est détectable avec un compteur Geiger.

En tant que processus quantique, le moment de la décroissance radioactive ne peut être prévu dans aucun cas spécifique, uniquement en tant que moyenne sur de nombreuses mesures. Donc, sans aucun moyen de détecter la décomposition et la fiole de poison, il n'y a littéralement aucun moyen de savoir si cela s'est produit dans l'expérience.

De la même manière que les particules ne sont pas considérées comme étant dans un emplacement particulier avant la mesure dans la théorie quantique, mais une superposition quantique d'états possibles, l'atome radioactif peut être considéré comme étant dans une superposition de "pourri" et "non pourri".

La probabilité de chacun pourrait être prédite à un niveau qui serait précis sur de nombreuses mesures mais pas pour un cas spécifique. Donc, si l'atome radioactif est en superposition et que la vie du chat dépend entièrement de cet état, cela signifie-t-il que l'état du chat est également en superposition d'états? En d'autres termes, le chat est-il dans une superposition quantique de vivants et de morts?

La superposition d'états ne se produit-elle qu'au niveau quantique, ou l'expérience de pensée montre-t-elle qu'elle devrait logiquement s'appliquer également aux objets macroscopiques? Si cela ne peut pas s'appliquer aux objets macroscopiques, pourquoi pas? Et surtout: n'est-ce pas un peu ridicule?
Pourquoi est-ce important?

L'expérience de la pensée atteint le cœur philosophique de la mécanique quantique. Dans un scénario facile à comprendre, les problèmes potentiels avec l'interprétation de Copenhague sont mis à nu et les partisans de l'explication se retrouvent avec quelques explications à faire. L'une des raisons pour lesquelles il est enduré dans la culture populaire est sans aucun doute qu'il montre clairement la différence entre la façon dont la mécanique quantique décrit l'état des particules quantiques et la façon dont vous décrivez les objets macroscopiques.

Cependant, elle aborde également la notion de ce que vous entendez par «mesure» en mécanique quantique. Il s'agit d'un concept important, car le processus d'effondrement de la fonction d'onde dépend fondamentalement de la constatation de quelque chose.

Les gens doivent-ils observer physiquement le résultat d'un événement quantique (par exemple, lire le compteur Geiger), ou faut-il simplement interagir avec quelque chose de macroscopique? En d'autres termes, le chat est-il un «appareil de mesure» dans ce scénario - est-ce ainsi que le paradoxe est résolu?

Il n'y a pas vraiment de réponse à ces questions qui soit largement acceptée. Le paradoxe capture parfaitement ce qu'il en est de la mécanique quantique qui est difficile à digérer pour les humains habitués à vivre le monde macroscopique, et dont le cerveau a finalement évolué pour comprendre le monde dans lequel vous vivez et non le monde des particules subatomiques.
Le paradoxe EPR

Le paradoxe EPR est une autre expérience de pensée destinée à montrer des problèmes avec la mécanique quantique, et il a été nommé d'après Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen, qui a conçu le paradoxe. Cela concerne l'intrication quantique, que Einstein a connue sous le nom de «action fantasmagorique à distance».

En mécanique quantique, deux particules peuvent être «intriquées», de sorte qu'aucune des paires ne peut être décrite sans référence à l'autre - leurs états quantiques sont décrits par une fonction d'onde partagée qui ne peut pas être séparée en une pour une particule et une pour une autre.

Par exemple, deux particules dans un état spécifique enchevêtré peuvent avoir leur "spin" mesuré, et si l'un est mesuré comme ayant une rotation «vers le haut», l'autre doit avoir une rotation «vers le bas», et vice-versa, bien que cela ne soit pas déterminé à l'avance.

C'est un peu difficile à accepter de toute façon , mais que se passe-t-il si, selon le paradoxe de l'EPR, les deux particules sont séparées par une distance énorme. La première mesure est effectuée et révèle une «rotation vers le bas», mais très peu de temps après (si rapide que même un signal lumineux n'aurait pas pu voyager d'un endroit à l'autre dans le temps), une mesure est effectuée sur la deuxième particule.

Comment la deuxième particule "connaît-elle" le résultat de la première mesure s'il est impossible qu'un signal ait voyagé entre les deux?

Einstein pensait que c'était la preuve que la mécanique quantique était "incomplète". et qu'il y avait des «variables cachées» en jeu qui expliqueraient des résultats apparemment illogiques comme ceux-ci. Cependant, en 1964, John Bell a trouvé un moyen de tester la présence des variables cachées proposées par Einstein et a trouvé une inégalité qui, si elle était brisée, prouverait que le résultat ne pourrait pas être obtenu avec une théorie des variables cachées.

Les expériences effectuées sur cette base ont montré que l'inégalité de Bell est brisée, et donc le paradoxe n'est qu'un autre aspect de la mécanique quantique qui semble
étrange mais est tout simplement le fonctionnement de la mécanique quantique.