Le chat de Schrödinger est né dans une simple lettre envoyée par Erwin Schrödinger au grand sceptique de l’époque : Albert Einstein. Il est ensuite devenu un véritable casse-tête qui résume l’esprit de la physique quantique et ses plus grands défis. Dans un récent hors série magnifique de la revue « Science et Avenir », le problème a été bien détaillé, en voici le résumé.
L’énoncé original du problème :
« Un chat est enfermé dans une enceinte d’acier avec le dispositif infernal suivant (qu’il faut soigneusement protéger de tout contact direct avec le chat) : un compteur Geiger est placé à proximité d’un minuscule échantillon de substance radioactive, si petit que, durant une heure, il se peut qu’un seul des atomes se désintègre, mais il se peut également, et avec une égale probabilité, qu’aucun ne se désintègre ; en cas de désintégration, le compteur crépite et actionne, par l’intermédiaire d’un relais, un marteau qui brise une ampoule contenant de l’acide cyanhydrique. Si on abandonne ce dispositif à lui-même durant une heure, on pourra prédire que le chat est vivant à condition que, pendant ce temps, aucune désintégration ne se soit produite. La première désintégration l’aurait empoisonné. La fonction d’onde de l’ensemble exprimerait cela de la façon suivante : en elle, le chat vivant et le chat mort sont (si j’ose dire) mélangés ou brouillés en proportions égales. » (Erwin Schrödinger, Physique quantique et représentation du monde).
On est bien face à un paradoxe, parce qu’on n’a jamais vu un chat mort et vivant au même temps,un traitement plus approfondi peut révéler des énigmes plus surprenantes. Face à ce paradoxe, les physiciens ont suivi deux voies : la résolution et la dissolution.
1_ Dissolution du problème :
Il s’agit de dire que le problème ne se pose même pas. La particularité de la physique quantique c’est que les systèmes n’y sont pas définis avec des coordonnées dans l’espace-temps mais avec une fonction d’onde qui ne donne que la probabilité qu’une grandeur ait une valeur donnée. On relie à une grandeur o (énergie, vitesse, position,…) un observable Ô (opérateur). Si cet opérateur a au moins une fonction propre f, alors la grandeur étudiée est dite exactement mesurable, et sa valeur est égale à la valeur propre associée (valeur m qui vérifie Ô(f) = m.f ).
Or la plupart des opérateurs n’ont pas de fonctions propres, on n’obtient donc qu’une valeur moyenne de la grandeur.
Revenons à notre chat, la fonction d’onde qui lui est associée prédit les deux cas simultanément (mort et vif), il n’y a donc aucun paradoxe.D’autre part, si on considère la théorie quantique comme une expression des limites de l’information expérimentale tout paradoxe est levé (le chat est dans un état de superposition (mort et vivant) parce que la boîte est fermée). En résumé, la théorie quantique se situe aux limites de ce que la science peut actuellement nous donner.
Le problème c’est que ce principe de l’ignorance affronte les principes fondamentaux de la mécanique quantique. Par exemple, les inégalité d’Heisenberg interdisent la connaissance de certaines grandeurs comme l’énergie et la position avec certitude (autrement dit, on ne les connaîtra jamais).
L’énoncé original du problème :
« Un chat est enfermé dans une enceinte d’acier avec le dispositif infernal suivant (qu’il faut soigneusement protéger de tout contact direct avec le chat) : un compteur Geiger est placé à proximité d’un minuscule échantillon de substance radioactive, si petit que, durant une heure, il se peut qu’un seul des atomes se désintègre, mais il se peut également, et avec une égale probabilité, qu’aucun ne se désintègre ; en cas de désintégration, le compteur crépite et actionne, par l’intermédiaire d’un relais, un marteau qui brise une ampoule contenant de l’acide cyanhydrique. Si on abandonne ce dispositif à lui-même durant une heure, on pourra prédire que le chat est vivant à condition que, pendant ce temps, aucune désintégration ne se soit produite. La première désintégration l’aurait empoisonné. La fonction d’onde de l’ensemble exprimerait cela de la façon suivante : en elle, le chat vivant et le chat mort sont (si j’ose dire) mélangés ou brouillés en proportions égales. » (Erwin Schrödinger, Physique quantique et représentation du monde).
On est bien face à un paradoxe, parce qu’on n’a jamais vu un chat mort et vivant au même temps,un traitement plus approfondi peut révéler des énigmes plus surprenantes. Face à ce paradoxe, les physiciens ont suivi deux voies : la résolution et la dissolution.
1_ Dissolution du problème :
Il s’agit de dire que le problème ne se pose même pas. La particularité de la physique quantique c’est que les systèmes n’y sont pas définis avec des coordonnées dans l’espace-temps mais avec une fonction d’onde qui ne donne que la probabilité qu’une grandeur ait une valeur donnée. On relie à une grandeur o (énergie, vitesse, position,…) un observable Ô (opérateur). Si cet opérateur a au moins une fonction propre f, alors la grandeur étudiée est dite exactement mesurable, et sa valeur est égale à la valeur propre associée (valeur m qui vérifie Ô(f) = m.f ).
Or la plupart des opérateurs n’ont pas de fonctions propres, on n’obtient donc qu’une valeur moyenne de la grandeur.
Revenons à notre chat, la fonction d’onde qui lui est associée prédit les deux cas simultanément (mort et vif), il n’y a donc aucun paradoxe.D’autre part, si on considère la théorie quantique comme une expression des limites de l’information expérimentale tout paradoxe est levé (le chat est dans un état de superposition (mort et vivant) parce que la boîte est fermée). En résumé, la théorie quantique se situe aux limites de ce que la science peut actuellement nous donner.
Le problème c’est que ce principe de l’ignorance affronte les principes fondamentaux de la mécanique quantique. Par exemple, les inégalité d’Heisenberg interdisent la connaissance de certaines grandeurs comme l’énergie et la position avec certitude (autrement dit, on ne les connaîtra jamais).
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