La mécanique quantique est difficile à comprendre dans le meilleur des cas, mais de nouvelles données suggèrent que la vision standard actuelle du comportement des particules à l’échelle quantique pourrait être très, très erronée.
En fait, l’expérience laisse entendre qu’une autre vision, prédite il y a près d’un siècle, pourrait avoir eu raison pendant tout ce temps. Et avant que vous ne soyez trop déçu, la bonne nouvelle est que, si elle est confirmée, cette découverte rendrait la mécanique quantique beaucoup plus simple à comprendre.
Prenons un peu de recul et analysons la situation. Tout d’abord, il ne s’agit que d’une étude, et il faudrait BEAUCOUP plus de réplications et de vérifications avant que la vision standard ne s’effondre. Alors ne brûlez pas encore de livres de cours, d’accord ? Bien.
Maintenant que nous avons compris, voici ce qui se passe. Actuellement, l’un des aspects les plus déroutants (mais aussi les plus importants) de la mécanique quantique est l’idée que les particules n’ont pas de localisation tant qu’elles ne sont pas observées.
Nous en avons parlé à plusieurs reprises, mais cela signifie essentiellement que lorsque les physiciens quantiques parlent d’une particule, il y a un nuage de possibilités pour sa localisation, et cela est décrit par une structure mathématique appelée fonction d’onde.
Dès qu’une particule est observée, sa fonction d’onde s’effondre. Et ce n’est qu’à ce moment-là qu’elle a une position spécifique.
Les mathématiques derrière tout cela sont assez claires et les scientifiques peuvent les utiliser pour travailler avec des particules à l’échelle quantique. Mais pour le reste d’entre nous, c’est un peu étrange.
Même Albert Einstein avait un problème avec cette partie de la vision standard, que nous avons souvent appelée l’interprétation de Copenhague. Abraham Pais, biographe d’Einstein, se souvient de cette conversation, comme le rapporte Dan Falk pour Quanta Magazine :
“Nous discutions souvent de ses notions sur la réalité objective. Je me souviens qu’au cours d’une promenade, Einstein s’est soudainement arrêté, s’est tourné vers moi et m’a demandé si je croyais vraiment que la Lune n’existe que lorsque je la regarde.”
Alors pourquoi l’interprétation de Copenhague est-elle devenue notre point de vue standard ? Eh bien, nous avions une alternative, connue sous le nom de théorie des ondes pilotes, ou mécanique bohmienne, qui stipule que les particules ont réellement des positions précises, que nous les observions ou non.
Mais elle n’a jamais vraiment décollé, en partie parce qu’elle signifierait que le monde doit être “étrange à d’autres égards”, comme l’explique Falk.
Pour simplifier grandement, la partie la plus étrange de la vision bohmienne est qu’elle insiste sur la non-localité, ce qui signifie essentiellement que tout objet dans l’Univers peut affecter tout autre objet, quelle que soit la distance qui les sépare.
C’est la même idée qui sous-tend l’intrication quantique – ou “action étrange à distance ” – mais la mécanique bohmienne va encore plus loin et suggère que l’Univers tout entier dépend d’actions qui se produisent dans des particules individuelles.
L’un des derniers coups portés à cette vision bohmienne a été donné en 1992, lorsqu’une étude a affirmé qu’une particule suivant ces lois finirait par prendre une trajectoire si bizarre qu’elle serait qualifiée de “surréaliste ” – ce qui n’est pas peu dire de la part de physiciens quantiques.
Mais aujourd’hui, près de 25 ans plus tard, des chercheurs canadiens ont mené une expérience qui, selon eux, invalide l’article de 1992 et suggère que la mécanique bohmienne pourrait encore avoir un certain potentiel.
L’expérience en question est l’expérience des doubles fentes. Elle fonctionne comme suit : vous envoyez un faisceau de photons sur deux fentes parallèles devant un écran de détection et, au lieu de voir deux bandes de lumière, ou photons, de l’autre côté, vous voyez un “motif d’interférence” rayé.
Vous pouvez voir ce motif dans le diagramme ci-dessous :
En 1992, elle a également réfuté la mécanique de Bohmian. À l’époque, les scientifiques affirmaient que si un photon avait réellement une position, comme l’affirme la vision bohmienne, il ne passerait que par une seule fente. Mais il finit toujours par être enregistré comme étant passé par les deux fentes, de sorte que le photon aurait une trajectoire “surréaliste “. Il n’y a donc plus de vision bohmienne.
Aujourd’hui, un groupe de chercheurs dirigé par Aephraim Steinberg, de l’université de Toronto, au Canada, a réalisé cette expérience IRL et montré qu’elle était compatible avec la mécanique bohmienne, pour autant que l’on n’oublie pas de prendre en compte la non-localité, c’est-à-dire l’idée que les particules peuvent affecter d’autres particules n’importe où dans l’Univers.
Dans leur expérience, l’équipe a utilisé des paires de photons intriqués – qui sont inextricablement liés, de sorte que tout ce qui arrive à l’un affecte automatiquement l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare (c’est encore l’action étrange ). Les chercheurs ont ainsi pu “interroger” l’un des photons pour obtenir des informations sur le chemin suivi par l’autre.
Cette interrogation a donné des résultats “surréalistes “, comme l’avait prédit l’étude de 1992. Mais Steinberg et son équipe affirment que ce n’est un problème qu’en l’absence de non-localité. Comme l’explique Falk pour Quanta :
“Plus le premier photon voyage loin, moins le rapport du second photon est fiable. La raison en est la non-localité. Comme les deux photons sont enchevêtrés, le chemin que prend le premier photon affecte la polarisation du second….
Le problème n’est pas que les trajectoires de Bohm sont surréalistes, dit Steinberg. Le problème est que le second photon dit que les trajectoires de Bohm sont surréalistes – et, grâce à la non-localité, son rapport n’est pas digne de confiance.”
Les résultats ont été publiés dans Science Advances, et s’ils sont vérifiés, cela pourrait très bien bouleverser notre vision de la mécanique quantique – la rendant potentiellement plus facile à comprendre.
“Tout ce que vous avez à faire pour donner un sens à la mécanique quantique est de vous dire : Quand on parle de particules, on parle vraiment de particules. Alors tous les problèmes disparaissent”, a déclaré Goldstein à Falk. “Les choses ont des positions. Elles sont quelque part.”
“C’est une version beaucoup plus simple de la mécanique quantique que celle que l’on trouve dans les manuels”, a-t-il ajouté.
Pour mémoire, Einstein ne pensait pas grand-chose de la mécanique bohmienne, et trouvait l’ensemble trop simpliste. Seul le temps nous dira s’il avait raison.