Qu’en est-il des fondements de la réalité quantique?

La physique quantique est à l’origine de nombreux débats au sein des communautés scientifiques, ayant poussé celles-ci à choisi des « camps » parmi les différentes interprétations des théories existantes. Au centre de ces débats se trouve la fonction d’onde. Késako?

Grossièrement simplifié, la fonction d’onde sert à décrire l’état quantique d’un système physique. Elle a été mise en évidence dans l’expérience des fentes de Young, où il a été démontré la complémentarité onde-particule. En physique classique, un système est constant, et l’on peut le décrire dans sa globalité, c’est à dire connaître à la fois sa position et sa vitesse. Mais avec la physique quantique, tout ce que l’on peut faire, c’est calculer des probabilités. La fonction d’onde sert à décrire cette amplitude de probabilité. Ce qu’elle apporte est donc un regard très étrange sur la réalité, dans laquelle un système peut exister simultanément dans plusieurs états, avec des positions et vitesses différentes, et ne devient « réel », corpusculaire, qu’une fois qu’il est observé. Le photon des fentes de Young n’est qu’une onde se trouvant partout à la fois jusqu’à ce qu’on décide de le mesurer, et à ce moment là, redevient une particule dont la position peut être connu, à travers le phénomène de réduction du paquet d’onde (effondrement des probabilités en une seule réalité).

Chronologie cosmique vue d'après la théorie du Big Bang

Publication d’un article se référant à l’attaque publique d’Einstein sur la théorie quantique

D’après Niels Bohr et Werner Heisenberg, deux pères de la physique quantique, l’on ne peut rien connaître d’un objet avant de l’avoir observé, car tant qu’il n’est pas mesuré, il n’est pas vraiment là (Partisans de l’interprétation de Copenhague de la physique quantique). Ceci nous conduit au bien connu chat de Schrödinger. Cette expérience de pensée servait à pousser cette idée jusqu’au bout, afin de monter que les superpositions d’états et les interprétations de la physique quantique peuvent avoir des implications sur le monde macroscopique, à l’image du chat, à la fois mort et vivant, ce qui nous semble absurde et contre-intuitif. Effectivement, comme le photon, tant que l’on a pas ouvert la boite (et donc effectuer notre observation), le chat n’est ni mort ni vivant, mais les deux à la fois.

Einstein a peut-être été le premier à se révolter devant une telle interprétation (celle de Copenhague). Pour lui, « Dieu ne joue pas aux dés », et demandait « Pensez vous vraiment que la Lune n’existe que quand vous la regardez? ». D’après Einstein, donc, la fonction d’onde ne devait être vu que comme le seul manque d’information sur l’état d’un système physique, ou nos limites à pouvoir mesurer un objet quantique. Cette interprétation voyant la fonction d’onde comme un outil mathématique et non comme une réalité des lois de l’univers, est ce qui a été appelé l’interprétation épistémique. Sa forte volonté de contrer les vues de la physique quantique, et de démontrer son incomplétude, l’a poussé à réaliser l’expérience EPR (pour Einstein Podolsky Rosen).

Malheureusement pour lui, en 1964, John Bell réfuta ses vues en démontrant que certaines corrélations quantiques (sur les particules intriquées) peuvent avoir des causes non-locales. La démonstration que deux systèmes distants peuvent avoir une connexion non-locale et immédiate violait directement la relativité général d’Einstein. Et en 1982, Alain Aspect mit fin aux souhaits du physicien en prouvant expérimentalement les théorèmes de Bell.

Cependant, cela n’a pas résolu les débats d’interprétation, même si depuis le temps, les théories objectives donnant à la fonction d’onde toute sa réalité se multiplient : la théorie de Broglie-Bohm, la théorie d’Everett (la théorie des mondes multiples), ou encore la théorie QSLM.

Dernièrement, une nouvelle expérience est venue renforcer la réalité de la fonction d’onde, en réussissant à mettre au point une expérience permettant d’isoler deux états, et donc de déterminer la réalité ou non de la fonction d’onde. Les résultats étant positifs, cela devrait une fois pour toute prouver l’erreur d’Einstein.

Malgré les avancées, le débat philosophique est loin d’être clos, car cette question de l’interprétation est fondamentale. Le fait que la fonction d’onde est désormais attesté devrait pourtant faire avancer le débat, et possiblement rapporter plus de partisans aux théories d’esprits quantiques.

Source : Phys.org

Plus d’information sur l’intrication quantique :

« Un lien entre intrication quantique et trou de ver? » Pour la Science

« Des photons qui défient le réel » La Recherche

« L’intrication quantique persiste entre deux photons si l’un disparaît » Futura-science

« How Quantum Entanglement Works (Infographic) » et « Einstein’s ‘Spooky Physics’ Gets More Entangled » Live science

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