Les physiciens théoriciens ont proposé une nouvelle solution pour Le paradoxe du chat de Schrödingerce qui pourrait permettre aux théories de la mécanique quantique et à la théorie de la relativité d’Einstein de vivre en meilleure harmonie.
Les lois bizarres la physique quantique postulent que les objets physiques peuvent exister dans une combinaison de plusieurs états, par exemple être à deux endroits à la fois ou avoir des vitesses différentes simultanément. Selon cette théorie, un système reste dans une telle « superposition » jusqu’à ce qu’il interagisse avec un appareil de mesure et n’obtienne que certaines valeurs à la suite de la mesure. Un changement aussi soudain dans l’état du système est appelé un effondrement.
Le physicien Erwin Schrödinger a résumé cette théorie en 1935 avec son célèbre paradoxe du chat, en utilisant la métaphore d’un chat dans une boîte scellée, à la fois mort et vivant jusqu’à ce que la boîte soit ouverte, effondrant ainsi l’état du chat et révélant son sort.
L’application de ces règles à des scénarios du monde réel se heurte à des difficultés – et c’est là que surgit le véritable paradoxe. Alors que les lois quantiques s’appliquent au domaine des particules élémentaires, les objets plus grands se comportent selon la physique classique, comme le prédit la théorie d’Einstein. relativité générale, et n’est jamais observé dans une superposition d’états. Décrire l’univers entier à l’aide de principes quantiques présente des obstacles encore plus grands, puisque le cosmos semble entièrement classique et ne dispose d’aucun observateur extérieur pour mesurer son état.
“La question est : l’univers, qui n’a pas d’environnement, peut-il se trouver dans une telle superposition ?” auteur principal Matteo Carlesso, physicien théoricien à l’Université de Trieste en Italie, a déclaré à LiveScience dans un e-mail. “Les observations disent non : tout suit les prédictions classiques de la relativité générale. Alors, qu’est-ce qui brise une telle superposition ?”
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Pour répondre à cette question, Carlesso et ses collègues ont proposé des modifications à l’équation de Schrödinger, qui régit la façon dont tous les états, y compris ceux en superposition, évoluent au fil du temps.
“Des modifications spécifiques de l’équation de Schrödinger peuvent résoudre le problème”, a déclaré Carlesso. En particulier, l’équipe a ajouté des termes à l’équation qui capturaient la manière dont le système interagit avec lui-même, ainsi que d’autres termes spécifiques. Cela provoque à son tour la rupture de la superposition.
“Ces effets sont d’autant plus forts que le système est grand”, a ajouté Carlesso.
Surtout, ces modifications ont peu d’effet sur les systèmes quantiques microscopiques tels que les atomes et les molécules, mais permettent à des systèmes plus vastes – comme l’univers lui-même – de s’effondrer à intervalles fréquents, leur donnant des valeurs particulières qui correspondent à nos observations du cosmos. L’équipe a décrit son équation de Schrödinger modifiée en février 1 Journal de physique des hautes énergies.
Sortir le chat du purgatoire
Dans leur version peaufinée de la physique quantique, les chercheurs ont éliminé la distinction entre les objets soumis à mesure et les équipements de mesure. Au lieu de cela, ils ont proposé que l’état de chaque système subisse une panne spontanée à intervalles réguliers, conduisant à l’acquisition de certaines valeurs pour certaines de leurs propriétés.
Pour les grands systèmes, un effondrement spontané se produit souvent, ce qui les rend d’apparence classique. Les objets subatomiques qui interagissent avec ces systèmes en font partie, ce qui conduit à l’effondrement rapide de leur état et à l’acquisition de certaines coordonnées, s’apparentant à des mesures.
“Sans action d’entités externes, tout système se localise (ou s’effondre) spontanément dans un certain état. Au lieu d’avoir un chat mort ET vivant, vous le trouvez mort OU vivant”, a déclaré Carlesso.
Le nouveau modèle peut expliquer pourquoi notre univers est espace-temps la géométrie n’existe pas dans une superposition d’états et obéit aux équations classiques de la théorie de la relativité d’Einstein.
“Notre modèle décrit un univers quantique qui s’est finalement effondré et est devenu effectivement classique”, a déclaré Carlesso. “Nous montrons que les modèles d’effondrement spontané peuvent expliquer l’émergence d’un univers classique à partir d’une superposition quantique d’univers, où chacun de ces univers a une géométrie espace-temps différente.”
Bien que cette théorie puisse expliquer pourquoi l’univers semble être régi par les lois classiques de la physique, elle ne fait pas de nouvelles prédictions sur les processus physiques à grande échelle.
Il permet cependant de prédire le comportement des atomes et des molécules, bien qu’avec des écarts minimes par rapport à la mécanique quantique conventionnelle.
En conséquence, tester leur modèle quantique modifié ne sera pas si simple. Les travaux futurs viseront à proposer de tels tests.
“En collaboration avec des collaborateurs expérimentaux, nous essayons de tester les effets des modifications d’effondrement ou de déduire des limites sur leurs paramètres. Cela équivaut tout à fait à tester les limites de la théorie quantique.”
