Le bœuf d’Einstein avec la physique quantique, expliqué

JIM AL-KHALILI : Einstein est célèbre pour nous avoir donné la théorie spéciale de la relativité. Le fait que rien ne va plus vite que la lumière, le temps est la quatrième dimension, mais il n’a pas trouvé les équations. C’était l’interprétation, le récit des équations, et c’est la même chose avec n’importe quelle autre théorie en physique. Avec la mécanique quantique, c’est différent. Nous avons les équations de la mécanique quantique, mais nous ne pouvons pas nous mettre d’accord sur ce que signifie cette équation.

L’équation de Schrodinger étant la plus célèbre, nous pouvons tourner la manivelle et produire des nombres à partir de l’équation, mais le récit, l’histoire, l’explication est toujours quelque chose dont nous discutons. Et ça m’embête. À la fin du 19ème siècle, on savait déjà que nous avions besoin d’une nouvelle physique pour expliquer des phénomènes mystérieux – l’activité radio semblable aux rayons X, que l’énergie semblait sortir de nulle part, pour comprendre le comportement ou la structure de la atome, et donc quand la mécanique quantique est apparue, ce n’était pas parce que les physiciens étaient assis, se grattant la tête en pensant : « Il doit y avoir une compréhension plus profonde de la nature de la réalité.

Je sais, inventons la mécanique quantique. “Elle a été imposée aux physiciens à cause de résultats expérimentaux qui étaient inexplicables. C’est un monde flou et probabiliste. Les choses ne se comportent jamais d’une manière certaine, les atomes peuvent avoir deux énergies en même temps.” , les électrons peuvent être à deux endroits en même temps, les particules ne sont pas discrètes, de petits grumeaux, elles peuvent parfois se comporter comme des ondes de probabilité étalées, c’est vraiment à un niveau bien au-delà de tout ce que nous pouvons visualiser ou imaginer. Si l’on pense aux objets du quotidien, une balle de tennis, par exemple, est soumise aux lois de la mécanique newtonienne ; vous descendez, des ordres de grandeur, jusqu’à un millimètre, jusqu’à un micromètre, jusqu’à l’échelle de cellules individuelles ou de bactéries, finalement, quand vous descendez à quelque chose comme un milliardième de mètre, alors vous commencez à rencontrer le flou du monde quantique.

Les pères fondateurs de la mécanique quantique dans les années 1920, des gens comme le physicien danois, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli – et ils ont réalisé qu’ils pouvaient faire des prédictions pour les résultats de mesures, mais vous ne faites le lien avec le monde réel que si vous regarder. C’est ainsi qu’ils s’en sont sortis sans avoir besoin d’un récit, le «tais-toi et calcule l’interprétation», plus correctement, c’est ce qu’on appelle le «récit de Copenhague». Mais maintenant, de nombreux physiciens, dont moi-même, affirment que ce n’est pas du tout un récit, c’est une approche d’enfouir la tête dans le sable.

Einstein était très mécontent de cela, d’ailleurs, il a dit : “Non, écoutez, le travail de la physique est de savoir et de comprendre comment est le monde, pas seulement de faire des prédictions sur les résultats des expériences et ce genre de vision opérationnaliste. Bon, d’accord, c’est utile mais ça ne nous donne pas une vraie compréhension.” C’est pourquoi nous avons encore besoin d’un récit. La connaissance de la mécanique quantique ainsi que les théories de la relativité d’Einstein nous ont vraiment donné le monde moderne. Nous n’aurions pas développé de compréhension des matériaux et de la façon dont ils conduisent l’électricité, donc nous n’aurions pas compris les semi-conducteurs, nous n’aurions pas développé de puces en silicium, donc nous n’aurions pas d’ordinateurs. Je ne parlerais pas ici dans ce médium aujourd’hui sans notre compréhension quantique. Mais il y a des aspects du monde quantique qui sont plus mystérieux.

L’intrication quantique, par exemple, l’idée que, disons, deux électrons séparés dans l’espace peuvent néanmoins se comporter d’une manière ou d’une autre de manière coordonnée. Il y a des idées spéculatives sur la question de savoir si l’espace lui-même est connecté via l’intrication quantique. Nous n’avons pas tous besoin d’être des experts en mécanique quantique, même les physiciens quantiques les plus intelligents ne savent pas comment les choses se passent à l’intérieur de leur smartphone, mais nous allons développer des idées comme la cryptographie quantique, l’informatique quantique, les capteurs quantiques – ce sont des idées et technologies qui vont nous affecter dans notre vie quotidienne, nous avons donc besoin d’avoir suffisamment d’appréciation de la science simplement pour savoir à quoi faire confiance, à qui faire confiance.

Alors que nous épluchons des couches d’oignon sur la nature de la réalité, nous découvrons des mystères plus profonds à l’intérieur. Mais il est également vrai que nous apprenons davantage, nous devenons plus éclairés, nous en savons beaucoup sur la façon dont le monde fonctionne maintenant, mais cela ne signifie pas que nous sommes arrivés au bout du chemin. Non, je pense qu’il va y avoir plus de bizarreries à venir et c’est super. J’en suis impatiente.

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