Ces deux représentations de l’univers paraissent incompatibles. Cependant, chacune dans son domaine ont été vérifiées un grand nombre de fois, notamment dans la cadre d’applications pratiques indiscutables. L’ambition des physiciens théoriciens est de trouver une formulation qui en soit la synthèse et qui soit vérifiée expérimentalement. Selon l’article cité ci-dessous, il semble aujourd’hui que cet objectif soit à portée.
Rappelons que la relativité générale et la mécanique quantique semblent être en désaccord sur plusieurs points fondamentaux. Par exemple, la mécanique quantique prédit l’existence d’états superposés, tandis que la relativité générale décrit un univers où les objets ont des positions et des vitesses bien définies. De plus, la mécanique quantique utilise un cadre probabiliste pour décrire le comportement des particules, tandis que la relativité s’appuie sur des équations déterministes pour décrire la dynamique de l’espace-temps.
Le paradoxe du chat de Schrödinger illustre cette incompatibilité. Dans ce scénario, un chat se trouve dans une boîte avec un dispositif qui peut déclencher la libération d’un poison, tuant ainsi le chat. Selon la mécanique quantique, tant que la boîte est fermée, le chat est dans un état de superposition, à la fois vivant et mort. Ce n’est que lorsque la boîte est ouverte et que le chat est observé que son état est déterminé. Cependant, cela contredit l’intuition classique selon laquelle le chat ne peut être ni vivant ni mort, mais qu’il doive être dans un seul état bien défini, soit vivant soit mort, qu’il soit observé ou qu’il ne le soit pas.
Pour tenter de concilier ces deux perspectives apparemment contradictoires, des physiciens ont proposé une modification de l’équation de Schrödinger, qui est le fondement de la mécanique quantique. Cette modification suggère que les systèmes quantiques s’effondrent spontanément à intervalles réguliers, acquérant ainsi des valeurs définies pour leurs parties observables.
En d’autres termes, au lieu de rester dans un état superposé indéfiniment, les particules quantiques finissent par « choisir » un état spécifique de manière aléatoire et spontanée.
Rappelons que la mécanique quantique décrit le monde des particules subatomiques qui peuvent être dans plusieurs états à la fois. Par ailleurs la relativité générale d’Einstein donne une image de l’univers à grande échelle, où les objets suivent des trajectoires déterministes bien définies, comme le font des planètes en orbite autour d’une étoile.
Ces deux visions du monde semblent donc se contredire. La mécanique quantique ssuppose que les choses peuvent être floues et incertaines, tandis que la relativité générale affirme que tout est précis et défini.
Dans le cadre de leur nouvelle approche, les physiciens ont proposé de voir les choses, non pas comme étant soit floues soit précises selon l’échelle à laquelle on les observe, mais qu’elles sont les deux en même temps, mais à des échelles différentes ? C’est là que la modification de l’équation de Schrödinger entre en jeu.
Les auteurs de cette modification suggèrent que les systèmes quantiques, comme les particules subatomiques, peuvent s’effondrer spontanément à intervalles réguliers, choisissant ainsi un état spécifique parmi une multitude de possibilités. Cela leur donne une impulsion vers un état déterminé et les rend plus cohérents avec la vision classique du monde à grande échelle régi par la relativité générale.
En d’autres termes, cette modification de l’équation de Schrödinger permet aux particules quantiques de passer d’un état flou et incertain à un état précis et défini au fil du temps, sans avoir besoin d’une observation externe pour le provoquer. Cela expliquerait pourquoi nous ne voyons pas d’objets macroscopiques, comme des chats,dans des états superposés mais dans des états définis et observables.
On reprochera à cette approche de modifier la réalité observée pour la rendre cohérente avec les représentations que nous en avons, alors qu’une approche scientifique devrait prende un chemin différent, c’est-à-dire modifier les représentations que nous nous faisons de la réalité afin de les rendre cohérentes avec la réalité que nous observons.
Pourquoi les particules quantiques s’effondreraient-elles spontanément à intervalles régulier?. Pourquoi n’a-t-on pas observé cet effondrement depuis longtemps?
Les détails de l’étude, dont on trouvera ci-dessous l’abstract sont publiés dans le Journal of High Energy Physics
Article
Spontaneous collapse models lead to the emergence of classicality of the Universe
https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP02(2024)193
- Abstract
- Assuming that Quantum Mechanics is universal and that it can be applied over all scales, then the Universe is allowed to be in a quantum superposition of states, where each of them can correspond to a different space-time geometry. How can one then describe the emergence of the classical, well-defined geometry that we observe? Considering that the decoherence-driven quantum-to-classical transition relies on external physical entities, this process cannot account for the emergence of the classical behaviour of the Universe. Here, we show how models of spontaneous collapse of the wavefunction can offer a viable mechanism for explaining such an emergence. We apply it to a simple General Relativity dynamical model for gravity and a perfect fluid. We show that, by starting from a general quantum superposition of different geometries, the collapse dynamics leads to a single geometry, thus providing a possible mechanism for the quantum-to-classical transition of the Universe. Similarly, when applying our dynamics to the physically-equivalent Parametrised Unimodular gravity model, we obtain a collapse on the basis of the cosmological constant, where eventually one precise value is selected, thus providing also a viable explanation for the cosmological constant problem. Our formalism can be easily applied to other quantum cosmological models where we can choose a well-defined clock variable.
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