Erwin Schrodinger a été l'une des figures clés de la physique quantique, avant même son fameux "Le chat de Schrödinger"expérience de pensée. Il avait créé la fonction d'onde quantique, qui était maintenant l'équation qui définit le mouvement dans l'univers, mais le problème est qu'elle exprimait tout mouvement sous la forme d'un série de probabilités - quelque chose qui va directement à l'encontre de la façon dont la plupart des scientifiques de l'époque (et peut-être même aujourd'hui) aiment croire à la façon dont la réalité physique fonctionne.
Schrodinger lui-même était l'un de ces scientifiques et il a proposé le concept du chat de Schrodinger pour illustrer les problèmes de la physique quantique. Examinons donc les problèmes et voyons comment Schrodinger a cherché à les illustrer par analogie.
Indétermination quantique
La fonction d'onde quantique représente toutes les grandeurs physiques sous la forme d'une série d'états quantiques ainsi que la probabilité qu'un système se trouve dans un état donné. Considérons un seul atome radioactif avec une demi-vie d'une heure.
Selon la fonction d'onde de la physique quantique, après une heure, l'atome radioactif sera dans un état où il est à la fois pourri et non pourri. Une fois la mesure de l'atome effectuée, la fonction d'onde s'effondrera dans un état, mais jusque-là, elle restera comme une superposition des deux états quantiques.
Ceci est un aspect clé de l'interprétation de Copenhague de la physique quantique - ce n'est pas seulement que le scientifique ne sait pas dans quel état il se trouve, mais c'est plutôt que la réalité physique n'est déterminée que lorsque l'acte de mesure prend endroit. D'une manière inconnue, l'acte même d'observation est ce qui solidifie la situation dans un état ou un autre. Jusqu'à ce que cette observation ait lieu, la réalité physique est partagée entre toutes les possibilités.
Sur le chat
Schrodinger a étendu cela en proposant qu'un chat hypothétique soit placé dans une boîte hypothétique. Dans la boîte avec le chat, nous placerions une fiole de gaz toxique, qui tuerait instantanément le chat. Le flacon est raccordé à un appareil qui est câblé dans un compteur Geiger, un appareil utilisé pour détecter le rayonnement. L'atome radioactif susmentionné est placé près du compteur Geiger et y est laissé pendant exactement une heure.
Si l'atome se désintègre, le compteur Geiger détectera le rayonnement, brisera la fiole et tuera le chat. Si l'atome ne se désintègre pas, le flacon sera intact et le chat sera vivant.
Après la période d'une heure, l'atome est dans un état où il est à la fois pourri et non pourri. Cependant, compte tenu de la façon dont nous avons construit la situation, cela signifie que le flacon est à la fois cassé et non cassé et, finalement, selon l'interprétation de Copenhague de la physique quantique le chat est à la fois mort et vivant.
Interprétations du chat de Schrodinger
Stephen Hawking est célèbre: "Quand j'entends parler du chat de Schrodinger, je cherche mon arme." Cela représente la pensées de nombreux physiciens, car il y a plusieurs aspects de l'expérience de pensée qui soulèvent problèmes. Le plus gros problème de l'analogie est que la physique quantique ne fonctionne généralement qu'à l'échelle microscopique des atomes et des particules subatomiques, pas à l'échelle macroscopique des chats et des flacons empoisonnés.
L'interprétation de Copenhague déclare que l'acte de mesurer quelque chose provoque l'effondrement de la fonction d'onde quantique. Dans cette analogie, vraiment, l'acte de mesure a lieu par le compteur Geiger. Il y a des dizaines d'interactions le long de la chaîne des événements - il est impossible d'isoler le chat ou les parties distinctes du système de sorte qu'il soit vraiment de nature mécanique quantique.
Au moment où le chat lui-même entre dans l'équation, la mesure a déjà été faite... des milliers de fois, des mesures ont été prises - par les atomes du compteur Geiger, l'appareil de broyage des flacons, le flacon, le gaz toxique et le chat lui-même. Même les atomes de la boîte font des "mesures" lorsque vous considérez que si le chat tombe mort, il entrera en contact avec différents atomes que s'il arpente avec anxiété autour de la boîte.
Que le scientifique ouvre ou non la boîte n'a pas d'importance, le chat est vivant ou mort, pas une superposition des deux états.
Pourtant, dans certaines vues strictes de l'interprétation de Copenhague, c'est en fait une observation d'une entité consciente qui est requise. Cette forme stricte d'interprétation est généralement l'opinion minoritaire des physiciens d'aujourd'hui, bien qu'il reste un argument intrigant selon lequel l'effondrement des fonctions d'onde quantique peut être lié à la conscience. (Pour une discussion plus approfondie du rôle de la conscience en physique quantique, je suggère Énigme quantique: la physique rencontre la conscience par Bruce Rosenblum et Fred Kuttner.)
Une autre interprétation encore est la Interprétation de nombreux mondes (MWI) de la physique quantique, qui propose que la situation se ramifie en fait dans de nombreux mondes. Dans certains de ces mondes, le chat sera mort à l'ouverture de la boîte, dans d'autres, le chat sera vivant. Bien que fascinant pour le public, et certainement pour les auteurs de science-fiction, les nombreux mondes L'interprétation est également une opinion minoritaire parmi les physiciens, bien qu'il n'y ait aucune preuve spécifique encontre.
Édité par Anne Marie Helmenstine, Ph. D.