Brian Greene, dans son ouvrage « L'Univers élégant » publié en 1999, a écrit que la théorie quantique « apporte le cadre théorique nécessaire pour comprendre l'Univers aux plus petites échelles ». La physique classique – c'est-à-dire toute théorie non quantique, donc les théories de la relativité aussi – décrirait l'Univers aux plus grandes échelles.
Et pourtant.. Ce n'est pas si évident que cela.
Ces propos de Brian Green reflètent une pensée assez répandue jusque récemment :
1) Que la Physique Quantique s’applique aux particules élémentaires, et donc à des échelles infinitésimales. Comme nous le verrons plus loin, dans ce monde-là, pour le profane, nous sommes dans le domaine de la science-fiction. Une particule peut être ici ou là, en même temps, "morte ou vivante".. Don d’ubiquité, retour vers le futur et tutti quanti.
2) Conséquences de 1) : Dés que l’on étudie des systèmes macroscopiques, les lois quantiques ne s’appliquent plus. Nous sommes alors soumis aux lois classiques de la Physique : Kepler, Newton etc... Monde où chacun occupe un point de l’espace à un instant t, subit la gravité et où le temps s’écoule inexorablement.
Cependant, en découvrant des phénomènes quantiques ayant un impact à l’échelle de systèmes macroscopiques, les scientifiques nous font entrevoir une réalité bien différente..
Que se passe-t-il dans le monde quantique ?
Le monde des particules élémentaires - quanta - a de drôles d’us et coutumes :
D’abord une particule est à la fois
une particule et une onde. L’exemple le plus parlant est celui de la lumière qui est composée de photons (petites particules de lumière) qu’on a pu observer et se trouve être en même temps une onde, qui se propage dans l’espace et répond aux lois de la « diffraction » notamment.
Dans la théorie quantique, la particule est soumise au
principe d’incertitude de Heisenberg qui dit en substance qu’on ne peut en connaître avec précision l’état.
Elle est décrite par une formule mathématique appelée « fonction d’onde ». Elle possède en quelque sorte une superposition d’états probables.
« Ainsi, si on oblige une particule à se déterminer dans un état précis pour répondre à la mesure que l’on cherche à effectuer, alors la superposition d’états disparaît. On oblige la particule à répondre à l’appareil de mesure. Mais pour cela, cette particule passe d’un régime ondulatoire à un régime corpusculaire, et la frange d’interférence disparaît. Dès qu’il intervient, l’appareil de mesure devient une nouvelle caractéristique de l’objet qu’il observe, et perd toute indépendance avec le donné. »
Le chat de Schrödinger
Le chat de Schrödinger est une expression désignant en Physique une expérience de pensée proposée en 1935 par le Prix Nobel Erwin Schrödinger. Elle devait permettre de "connecter" les concepts abstraits du monde quantique avec le monde "classique".
Un chat, objet macroscopique donc, se retrouve malgré tout soumis aux règles étranges du monde de la Physique Quantique.
Dans l’expérience du
chat de Schrödinger, le chat est à la fois mort et vivant et c’est l’observateur du chat qui détermine l’état du chat.
Exprimé autrement, si on transposait les concepts quantiques à notre monde :
Il n'existerait pas d'état prédéfini dans l'espace-temps. Tout serait possible, partout, nulle part, avant, après..Une superposition d'états probables : mort et vivant, ici et pas ici, avant et après..
Seule l'observation, opérée par un observateur, va pouvoir créer un état défini du système observé, appelée parfois « réduction quantique ». C'est ainsi que l'on peut donc voir le chat mort et vivant.
Dit autrement, en Physique Quantique, toute mesure affecte le système mesuré.
Notre monde macroscopique « classique » peut-il obéir aux lois quantiques ?
Posée autrement, la question est : Comment les lois quantiques se manifestent-elles dans notre monde ?
A ce stade, il faut être prudent car des non-scientifiques de tous bords ont souvent extrapolé de façon assez légère les théories quantiques pour tenter d’expliquer les phénomènes paranormaux, la « conscience », voire Dieu. Après tout, pourquoi pas, ne soyons pas sectaires.
Cependant, il est admis aujourd'hui que des recherches scientifiques ont mis en évidence des "effets quantiques" dans des systèmes macroscopiques.
« En 2010, une équipe de l’université de Californie a réussi à mettre en vibration une micro planche de 40 micromètres de long (presque visible à l’œil nu) à 2 fréquences en même temps. C’est à dire, en conséquence, que la planche se trouve à deux endroits différents, en même temps ! Cela paraît impossible, et ça l’est selon la théorie classique, mais voilà qui est tout à fait normal dans un monde quantique. »
On l’a compris : la planche est un objet classique, et non quantique.
Selon les scientifiques, cela serait lié au phénomène de l’intrication quantique (les scientifiques ont l’art de trouver des mots qui collent si bien à la réalité..). Il faut bien expliquer ce que c’est pour comprendre, la vulgarisation ne dispensant pas d’une certaine rigueur, quoique toute relative.
Qu’est ce que l’intrication quantique ?
Phénomène découvert dés les années 30 par Albert Einstein et Erwin Schrödinger, et survenant lorsque deux systèmes physiques se retrouvent dans un état quantique dans lequel ils ne forment plus qu'un seul système.
L'ont sait maintenant que la mesure d'un système physique affecte le système lui-même.
Dans le cas où les systèmes sont en intrication, toute mesure sur l’un des systèmes affecte l’autre, et ce, quelle que soit la distance les séparant. C’est comme un couple fusionnel..
"Avant l’intrication, deux systèmes physiques sans interactions sont dans des états quantiques indépendants mais après l’intrication ces deux états sont en quelque sorte « emmêlés » et il n’est plus possible de décrire ces deux systèmes de façon indépendante. »
L’intrication se dit aussi principe de non localité.
Donc, pour reprendre notre histoire de la planche, "dès lors que l’on peut conférer un état intriqué à des solides grands et chauds, on peut s’interroger sur la possibilité de constater l’intrication quantique chez un être vivant."
Et ce n’est pas le chat qui va permettre d’observer ce phénomène, mais..le rouge-gorge.
Le rouge-gorge quantique
Le rouge-gorge est un oiseau migrateur qui n'est pas sensible aux inversions du champ magnétique. Ces oiseaux, qui parcourent chaque année 13000 kms, ne distinguent donc pas le nord du sud. Cependant, des expériences menées dans les années 70 ont montré qu'ils perçoivent l’inclinaison du champ magnétique et qu'ils perdent tout sens de l'orientation si on leur bande les yeux.
On peut apprendre
ici que ;
"En 2000, Thorsen Ritz, chercheur à l’université de Floride et passionné des oiseaux migrateurs, propose une explication : L’intrication quantique. Selon lui, la rétine d’un oiseau contiendrait une molécule contenant une paire d’électrons intriqués de spin total nul. Les photons de lumière, absorbés par la molécule, séparent les deux électrons qui deviennent alors sensibles au champ magnétique terrestre.
L’inclinaison du champ magnétique affecte différemment les deux électrons et déséquilibre le système intriqué. Ce déséquilibre se traduit par une réaction chimique, transmise par influx nerveux au cerveau, que ce dernier transforme en une image du champ magnétique.
Ainsi, l’oiseau serait doté d’un dispositif macroscopique ayant un fonctionnement quantique"
Un rouge-gorge est donc un être « classique » et pourtant il se comporte de façon quantique, un peu comme le chat hypothétique de Schrödinger.
A ce stade, il n’existe que des preuves indirectes de ces hypothèses.
Cependant, la recherche du phénomène d’intrication dans la nature devrait se développer, et donner lieu à de nombreuses découvertes reculant sans cesse les barrières de notre modèle du monde
Références :