Chat de Schrödinger

Erwin Schrödinger, physicien à l'origine de l'expérience du chat de Schrödinger.

L'expérience du chat de Schrödinger est une expérience de pensée imaginée en 1935 par le physicien Erwin Schrödinger, destinée à montrer que la théorie de la mécanique quantique est illogique et insensée, par rapport à notre expérience de tous les jours à l'échelle macroscopique.

En Mécanique quantique on peut être à la fois mort et vivant délocalisé en onde sur ces 2 états, qui possibles au moins au niveau microscopique, sont incompatibles à notre échelle macroscopique. A notre échelle de vie macroscopique on est soit vivant, soit mort, mais jamais dans un mélange superposé à la fois des deux. Au niveau microscopique décrit par la mécanique quantique des atomes, des molécules, des particules, cet effet surnaturel est possible. Erwin Schrödinger a pris ce cas extrême incroyable à la fois vivant et mort pour bien mettre en évidence les difficultés quasi surnaturelles de la Mécanique quantique.

Elle reste toujours réellement aussi surprenante, voire, bizarre, mystérieuse, folle, après quelques prix Nobel, comme Serge Haroche en 2012 avec vie et mort d'un photon ( mis à la place du chat ) et le dernier Alain Aspect en 2022 en France, pour essayer de résoudre et comprendre la réalité et l'intrication quantique .

L'expérience sur des pseudo chats microscopiques a été réalisée et vérifiée sans cesse, preuve de la folie mystérieuse de la mécanique quantique, par rapport à notre vie usuelle.

Protocole

Schrödinger prit une boîte où il enferma un chat, une fiole de gaz mortel et une très petite source radioactive. Si le compteur détectait la désintégration radioactive au hasard très rare d'un seul atome dans la boîte, la fiole se brisait et le chat mourait.

Selon la mécanique quantique, on ne peut pas prévoir du tout, si un atome radioactif en un temps donné va se désintégrer ou s'il reste intact : on doit donc le décrire dans un état quantique avec une fonction d'onde superposée (intrication) comme à la fois intact et désintégré, jusqu'à ce qu'on l'ait vérifié par une observation appelée mesure.

Puisque le chat est composé lui aussi d'atomes (certes en bien plus grand nombre), il obéit lui aussi à cette théorie de la mécanique quantique. Par conséquent, si on suit cette logique, on ne peut déterminer si le chat est mort ou vivant avant d'avoir ouvert la boîte, et le chat jusqu'à ce moment est à la fois mort et vivant, ce qui est impossible et stupide à notre échelle.

Schéma de l'expérience du chat de Schrödinger : en bleu la source radioactive, en jaune le compteur Geiger, en vert la fiole de gaz mortel, en gris le chat mort ou bien vivant.

Histoire de l'expérience

Selon la mécanique quantique, deux réalités contradictoires peuvent exister en même temps : un chat mort et vivant à la fois. C'est comme si l'univers se divisait en deux.

En vérité, cette expérience n'a jamais été réalisée car elle était trop dangereuse, et trop cruelle pour le chat : c'est une « expérience de pensée », « ou une expérience de réflexion ». Schrödinger l'a utilisée au cours d'une discussion avec Albert Einstein.

Ce que fait Schrödinger, c'est élargir la situation : si l'esprit humain accepte l'idée qu'un atome puisse être à la fois intact et désintégré, car cela n'est pas très concret à ses yeux, il trouve en revanche absurde l'idée qu'un chat puisse être à la fois mort et vivant. Ainsi l'absurdité de la mécanique quantique est mise en évidence.

Selon la mécanique quantique, deux réalités contradictoires peuvent exister en même temps : un atome intact et désintégré à la fois, un chat mort et vivant à la fois.

C'est comme si l'univers se divisait en deux lorsque l'on ouvre la boîte : d'un côté, le chat est vivant, et de l'autre son sosie est mort.

Conséquences :

Cette division ou multiplication de l'univers en deux univers avec deux chats sosies en double chacun avec son destin, vivant ou mort, correspond à la fonction d'onde de tout l'univers théorique évoluant selon les équations d'évolution quantiques ( Équation de Schrödinger par exemple ). Ces équations sont utilisées actuellement pour comprendre et décrire avec une grande précision tout ce qu'on utilise sans cesse, téléphones, métaux, atomes chimie, nucléaire, etc..

Pour simplifier on a proposé le collapse de la fonction d'onde quantique qui supprime ou coupe toute cette folie de division, qui n'est pas observée après une mesure, dans la fonction d'onde divisée, de façon arbitraire, sans aucune équation d'évolution pour décrire ce collapse.

L'ordinateur quantique ou Informatique quantique, qui commence à exister, est une application de ce mystère quantique, encore plus folle que le chat vivant ou mort, car pas que division sur que deux états vivant ou mort, mais division sur une armada gigantesque d'états superposés, intriqués évoluant ensemble, reliés par leur évolution en parallèle selon les équations quantiques.

C'est comme faire plein d'activités en parallèle, travailler, être en vacances au bord de la mer, aussi en skiant aux sports d'hiver en montagne, en bateau sur la mer, etc.. de plus intriqué, vivant, mort, c'est à dire avec interaction complexe quantique entre ces activités, en résumé fou bien plus que tout ce qu'on peut imaginer dans un roman. On aimerait pouvoir faire tout en parallèle à notre échelle.

Un cas simple : trouver le chemin dans un labyrinthe demande d'explorer tous les chemins possibles les uns après les autres jusqu'à celui vers la sortie pour nous macroscopique.

Si on est une onde de fonction d'onde quantique on se propage dans tous les chemins à la fois en onde délocalisée qui en une fois parvient à la sortie, résultat observé au hasard dans la mesure finale ( comme pour la radioactivité ), bien plus rapide que essayer sans cesse tous les chemins les un après les autres.

L'ordinateur quantique ou Informatique quantique, qui existe déjà avec cette suprématie de vitesse de calcul, réalisé par exemple par Google, faisant tout à la fois en parallèle, a donc une suprématie quantique permettant en quelques heures de réaliser ce qui n'est pas possible avec un ordinateur classique actuel sur des milliards d'années.

Voir aussi

• Mécanique quantique
• Erwin Schrödinger, Albert Einstein