science et conscience

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samedi 26 février 2005

Le chat de Schrödinger

Le physicien Erwin Schrödinger deviendra surtout célèbre pour avoir imaginé en 1935 le paradoxe du chat.

Un chat est enfermé dans une boîte avec un hublot. Dans la boîte, un atome d'uranium radioactif et un détecteur conçu pour ne fonctionner qu'une minute. Pendant cette minute, il y a 50% de chance pour que l'atome U se désintègre en émettant un électron, celui-ci ira frapper le détecteur, lequel actionnera alors un marteau qui brisera une fiole de poison mortel dans la boîte.

Eh bien figurez-vous que la physique quantique vous dira que le chat, AVANT observation, est vivant ET mort à la fois! La vie du chat ne dépend en fait que de l'état de l'atome d'uranium. Or la physique quantique affirme que le principe de superposition est applicable à l'atome, plusieurs états superposés et simultanés.

Un atome radioactif d'uranium peut exister dans deux états superposés: intact et désintégré. Cet état de superposition cesse immédiatement dès qu'il y a observation, et donc interaction, de la particule; on dit alors qu'il y a décohérence lorsqu'un système A et B devient un système A ou B.

On comprend mieux dès lors le paradoxe du chat: L'état "superposé" de l'atome U devrait se transmettre à notre félin macroscopique et le transformer en mort-vivant! Evidemment, lorsque l'on observe le chat à travers le hublot, il y aurait décohérence de son état (ou réduction du paquet d'ondes) et choix d'un seul état.

Une telle explication n'est bien sûr que difficilement acceptable pour notre monde macroscopique et elle montre les difficultés d'interprétation que soulève le formalisme mathématique quantique.

Le paradoxe du chat de Schrödinger a déchaîné les passions parmi les physiciens, Car il pose un vrai problème, celui de la mesure en physique quantique.

En gros, est-ce la mesure ou l'observation qui décide vraiment si le chat est mort ou vivant? En d'autres termes, sont-ce les mesures, les observations qui décident de la réalité des choses? Alors, si les humains n'existaient pas, le monde n'existerait pas non plus!

Certains physiciens (une petite minorité) ont répondu oui à cette question épineuse en suggérant des solutions «originales »:

La première hypothèse a été soutenue par un prix Nobel de physique, Eugène Wigner. En gros, ce ne serait pas l'appareil de mesure, mais la conscience de l'observateur qui "déciderait" finalement si le chat est mort ou vivant. En regardant par le hublot, l'oeil (dans ce cas, c'est lui l'appareil de mesure) se met dans une superposition d'états:

D'un côté, un état A: "uranium désintégré, détecteur excité, marteau baissé, fiole cassée, chat mort".

De l'autre, un état B: "uranium intact, détecteur non excité, marteau levé, fiole entière, chat vivant". Le nerf optique achemine au cerveau une onde qui est aussi dans une superposition des états A et B, et les cellules réceptrices du cerveau suivent le mouvement. C'est alors que la conscience, brutalement, fait cesser le double jeu, obligeant la situation à passer dans l'état A ou dans l'état B (mais attention: rien ne nous dit POURQUOI ce serait A ou B). Mais les conséquences de sa position sont hallucinantes: rien n'existe vraiment en dehors de ce que perçoit notre conscience! Affinons l'expérience. Une caméra filme l'intérieur de la boite, l'enregistrement est mis sous enveloppe et est observé un an plus tard par un homme X. La conscience de X interviendrait alors pour trancher entre A et B. Il faudrait alors imaginer qu'un mystérieux signal émis par la conscience remonte le temps et vienne provoquer, un an plus tôt, la mort ou la survie du minet!

Seconde hypothèse: la conscience n'intervient pas, les deux états A et B se séparent bien lors de la mesure mais rien ne vient trancher entre eux. Résultat: ils survivent dans deux univers parallèles! Le chat est mort dans un univers et vivant dans l'autre! Notre conscience existe dans l'état A dans le premier univers et dans l'état B dans le second. Comme nous réalisons sans cesse des actes d'observation, cela voudrait dire qu'à chaque fois, nous nous dupliquons. II y aurait ainsi une infinité d'univers parallèles, sans possibilités de communication entre eux, où nous existerions dans une multitude d'état différents!

Alors choisit-on entre la vie et la mort du chat par notre conscience?

En extrapolant, pas de réel si ce n'est celui que l'on crée?

Retrouvez cet article complet ici: dossier physique quantique

jeudi 24 février 2005

La non-séparabilité

La non-séparabilité encore appelé effet EPR (pour Einstein Podolski Rosen) est un phénomène quantique qui heurte le sens commun. Si ce phénomène est désormais solidement établi sur le plan expérimental, ses conséquences demeurent obscures. La non-séparabilité remet en cause l'idée de localité des objets, qui semble pourtant aller de soi. Expliquons nous:

Imaginons deux particules qui interagissent puis s'éloignent l'une de l'autre : Ces deux particules jumelles sont dites corrélée, comme par exemple deux photons de pôles opposés +1 et -1 émis par un seul et unique atome excité.

Ces deux photons, comme tous les photons, sont dotés d'une propriété particulière, la polarisation, qui est définie comme la direction du champ magnétique qui leur est associé: +1 pour l'un et -1 pour l'autre. Selon l'interprétation quantique, tant que personne n'a effectué de mesure, la polarisation de chaque photon reste indéterminée.

Ce n'est donc qu'au moment où la mesure est faite sur un photon que l'autre acquiert ses caractéristiques: si la polarisation d'un photon est +1, l'autre devient -1 et vice-versa. Les deux particules forment un ensemble inséparable, même si elles sont infiniment éloignées...

- Deux particules corrélées forment un tout quelque soit leur distance de séparation. - La connaissance de l'une influe sur l'autre instantanément, sans transmission d'information résultant d'une action physique.

L'interprétation de la non-séparabilité est très délicate pour le moment et les hypothèses les plus folles ont été émises par les physiciens:

- La première particule mesurée remonte-t-elle le temps pour prévenir sa jumelle de l'état qu'elle doit adopter ?

- Existe-t-il une sorte de télépathie instantanée entre particules ?

- Y a-t-il une "totalité indivisible" de l'Univers?

Retrouvez cet article complet ici: dossier physique quantique