Des physiciens-théoriciens ont proposé une version du paradoxe du chat de Schrödinger qui pourrait permettre d’unifier la relativité générale et la mécanique quantique. En introduisant de nouveaux paramètres à l’équation initiale, il serait possible de provoquer un mécanisme d’effondrement spontané, quelle que soit la taille du système. Cela permettrait d’expliquer à la fois pourquoi les particules subatomiques obéissent aux lois de la mécanique quantique, tandis que les objets cosmiques semblent obéir aux lois de la physique classique.
D’après la physique quantique,les objets de taille atomique et en dessous peuvent exister selon plusieurs combinaisons d’états à la fois, ainsi que se trouver dans deux endroits différents en même temps. C’est ce que l’on nomme l’état de superposition. Le système conserve cet état de superposition jusqu’au moment où on le mesure. Il acquiert alors une valeur bien définie. Cette modification soudaine de l’état de superposition est appelée « effondrement » ou « collapse ».
Dans les années 1935, Erwin Schrödinger a illustré ce phénomène par son célèbre paradoxe du chat placé dans une boîte scellée contenant une fiole de poison mortel pouvant être brisée selon un détecteur quantique sensible à la mesure. Tant que la boîte reste scellée, on peut considérer que le chat est à la fois mort et vivant, par analogie à l’état de superposition quantique. Cependant, l’ouverture de la boîte implique une mesure par le détecteur quantique conduisant ainsi à l’effondrement du système et révélant l’état définitif du chat.
Mais l’application de ces lois à des scénarios réels comporte des défis les rendant inutilisables a. C’est le cas en ce qui concerne les objets cosmiques. Alors que la superposition quantique s’applique aux particules subatomiques, elle n’a jamais été observée au niveau d’étoiles ou d’amas d’étoiles, pourtant elles-mêmes composées de ces mêmes particules. Au lieu de cela, les objets cosmiques semblent se comporter conformément aux lois de la relativité d’Einstein
Par ailleurs l’application des lois de la mécanique quantique à l’échelle de l’Univers se heurte à un obstacle majeur, étant donné qu’il n’existe pas d’observateur extérieur capables de mesurer son état, à l’instar de celui qui ouvre la boîte pour vérifier l’état du chat.
« La question est de savoir si l’Univers, qui n’a pas d’environnement extérieur, peut se trouver dans une telle superposition », explique Matteo Carlesso, physicien-théoricien à l’Université de Trieste en Italie. Carlesso et ses collègues ont tenté de répondre à cette question en proposant une nouvelle version du paradoxe du chat de Schrödinger. Cette version consiste notamment à introduire de nouveaux paramètres pouvant concilier la mécanique quantique et la relativité pour les objets cosmiques. La nouvelle équation est présentée dans le Journal of High Energy Physics, référencé ci-dessous. Nous y renvoyons le lecteur
D’autre part, les chercheurs ont également supprimé la distinction entre les objets mesurés et les appareils de mesure (ou l’action de mesurer). Cela équivaudrait, dans l’expérience de pensée du chat de Schrödinger, à éliminer l’observateur extérieur ainsi que son action de vérification de l’état du chat.
De cette manière, sans action de la part d’un observateur extérieur, tout système s’effondrerait spontanément dans un état bien défini. Plutôt que d’avoir un chat à la fois mort et vivant, il serait ainsi mort ou vivant (état classique).
Restera à démontrer l’intérêt pratique de telles manipulations. Si elles aboutissaient à la réconciliation de la physique einsténienne et de la mécanique quantique, elles vaudraient plusieurs prix Nobel à leurs auteurs.
Référence
Spontaneous collapse models lead to the emergence of classicality of the Universe
Vol 2924, art number 193
José Luis Gaona-Reyes, Lucía Menéndez-Pidal, Mir Faizal & Matteo Carlesso
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.
Europe Solidaire 