Le XXe siècle a été riche en événements pour les sciences physiques : La découverte de la structure de l'atome et la mécanique quantique ont permis une meilleure compréhension de la matière et l'essor de l'électronique. De nombreuses particules ont été identifiées, et une nouvelle représentation des forces et des champs a vu le jour. La théorie du chaos et l'étude des systèmes dynamiques ont connu leur apogée. A partir d'une révision de la mécanique de Newton, la relativité d'Einstein a débouché sur une représentation de l'espace et du temps en une seule entité, l'espace-temps. La compréhension des étoiles et du cosmos s'en est trouvé changée : le concept de « Big bang » en particulier a renouvelé notre vision des origines de l'Univers. Enfin, la physique de la Terre, avec la confirmation de l'hypothèse de la dérive des continents, et l'exploration du Système solaire ont littéralement explosé. Erwin Schrödinger : Il est né en 1887 à Erdber. Schrödinger est le fils de Rudolf Schrödinger (botaniste et fabricant de suaires) et de Georgine Emilia Brenda (fille du professeur de Chimie Alexander Bauer). Il obtient son doctorat en physique théorique, à l'Université de Vienne en 1910. Il fut également l'auteur de « Qu'est-ce que la vie ? ». Mais mobilisé comme officier d'artillerie, il ne commence véritablement sa carrière qu'après la guerre. Le 6 avril 1920, il épouse Anne-Marie. En 1933, Il entre à l'université d'Oxford, y reçoit son prix Nobel avec Paul Dirac, mais n'y reste pas longtemps : sa vie privée, peu conventionnelle (il vivait avec deux femmes) ne fait pas l'unanimité. En 1940 il devient directeur de l'école de Physique Théorique où il restera en poste pendant 17 ans et se verra attribuer la nationalité irlandaise. Il publie à peu près 50 nouveaux articles sur des sujets variés, dont son exploration de la théorie unifiée des champs. Il meurt le 4 janvier 1961 dans sa ville natale La physique quantique : En mécanique classique, un système tel que par exemple une balle que l'on lance en l'air est dans un état bien défini, caractérisé (dans le cas de l'exemple de la balle) par sa position x ou encore sa vitesse v. Cette physique, initiée par Galilée, développée par Newton et affinée par Einstein, permet de décrire très correctement les systèmes macroscopiques, mais ne suffit plus dès que l'on s'intéresse aux petites échelles : en particulier, elle prévoit que l'atome devrait être très instable et que son rayonnement devrait être continu alors que c'est exactement l'inverse que l'on observe. Pour de telles échelles, il existe une description spécifique des phénomènes physiques : c'est la mécanique quantique. En mécanique quantique, les systèmes étudiés ne sont plus dans un état unique, mais dans une superposition d'états différents décrits par ce que l'on appelle la fonction d'onde y. Par exemple, un photon solitaire que l'on envoie sur une plaque percée de deux trous crée des franges d'interférences en interagissant avec lui-même, exactement comme s'il était passé par les deux trous à la fois, tout simplement parce que sa trajectoire n'est pas définie : elle est la superposition de deux trajectoires distinctes correspondant à chacun des deux trous. Par contre, de la même façon qu'en mécanique classique, l'évolution de cette superposition d'états est décrite par une équation différentielle on ne peut plus déterministe, l'équation de Schrödinger. L'un des aspects les plus fascinants de la mécanique quantique est que le passage de cette superposition d'états, qui évolue selon l'équation de schrödinger, à l'état unique et bien défini du système après sa mesure n'est plus du tout déterministe. Il est en effet bien évident que la mesure de l'état du système ne peut conduire qu'à un seul et unique état : dans l'expérience décrite plus haut, si l'on place un détecteur derrière chacun des deux trous pour savoir par lequel est passé le photon, on obtiendra un résultat unique (et imprévisible !), à savoir le trou de droite ou le trou de gauche, mais pas les deux. D'un ensemble d'états superposés, le système, par le seul fait de la mesure qui en est faite, " choisit " un état particulier. On appelle cela la réduction de la fonction d'onde. Bien évidemment, puisque après sa mesure le photon est dans un état bien défini (trajectoire de droite ou trajectoire de gauche), il ne peut plus passer par les deux trous à la fois et interagir avec lui-même comme précédemment. Et de fait, le simple fait de placer un capteur pour savoir par quel trou est passé le photon fait disparaître les franges d'interférences ! Cela peut paraître complètement fou : si le système s'avère être dans un état donné après la mesure, on est en droit de penser qu'il était dans le même état juste avant et que toute cette histoire de superposition d'états n'est que de la poudre aux yeux. Et pourtant. En mécanique quantique, le monde microscopique est décrit en termes de probabilités et le déterminisme classique n'existe plus. On ne peut plus parler de la position d'une particule, mais seulement de sa probabilité de se trouver en un endroit donné. Ce concept est plutôt étrange, en tout cas très éloigné de notre expérience de la vie quotidienne. Mais comme la mécanique quantique a passé avec succès tous les tests expérimentaux inventés à ce jour, nous sommes bien obligés de l'accepter comme description de la réalité. Cependant, s'il est possible d'admettre que le monde microscopique est régi par les lois quantiques, cela devient plus difficile lorsque l'on parle de la vie de tous les jours. L’expérience du chat: Un pauvre chat est enfermé dans une boîte. Dans un coin de la boîte, on place un atome d'uranium radioactif et un détecteur conçu pour ne fonctionner qu'une minute (très important). Pendant cette minute, il y a 50% de chance pour que l'atome U se désintègre en éjectant un électron; lequel électron ira frapper le détecteur; lequel détecteur actionnera alors un marteau qui brisera une fiole de poison mortel placée dans la boîte du pauvre matou... Si nous fermons la boîte et déclenchons l'expérience, soit : L’atome ne se désintègre pas ; il n’éjecte pas d’électron ; le détecteur n’actionnera alors pas le marteau qui ne brisera pas la fiole de poison mortel = CHAT VIVANT ! L’atome se désintègre ; il éjecte un électron qui déclenche le détecteur ; celui-ci actionne alors le marteau qui brise la fiole de poison mortel =CHAT MORT Après expérience, demandons-nous AVANT d’y regarder si le chat est vivant ou mort... Évident me direz-vous, il a 50% de chance d'être vivant et autant d'être mort. Eh bien figurez-vous que la physique quantique a un doute : elle vous dira que le chat, AVANT observation, est vivant ET mort à la fois! Absurde! Et pourquoi ?????????? Rapidement, l'état (vivant / mort) du chat ne dépend en fait que de l'état (émission d'un électron / non) de l'atome d'Uranium. Or la physique quantique affirme que l'atome U est un être quantique auquel est applicable le principe de superposition: les particules atomiques peuvent exister dans plusieurs états superposés et simultanés. Interprétation de l’expérience : Plus profondément, Le nœud de l'affaire, c'est l'atome d'uranium. Vous l'aurez bien compris, c'est lui qui tue ou laisse en vie le chat. Un atome radioactif d'uranium peut exister dans deux états superposés: intact et désintégré. Le problème, c'est qu'aucun physicien ne pourra vous dire QUAND l'atome va se fissurer. La seule chose que l'on peut faire est de calculer la probabilité pour que cela arrive. Et cette probabilité vaut 50 %. Il y a donc autant de chances que le chat soit mort ou vivant. Cette situation paradoxale vient du fait que l'atome d'uranium est un être quantique. De ce fait, il se trouve dans les deux états (fissuré et intact) en même temps, donc le chat aussi. Les deux probabilités se chevauchent réellement. Ni l'un ni l'autre, mais les deux à la fois. L'interprétation traditionnelle de la mécanique quantique pose donc un problème. Il est possible d'imaginer qu'une particule se trouve dans une superposition d'états, chacun affecté d'une certaine probabilité. Cela devient en revanche très difficile lorsque l'on considère un objet macroscopique comme le chat en question. L'idée d'un animal ni mort, ni vivant, mais dans une superposition de ces états est plutôt difficile à accepter. C'est à ce problème que la théorie des univers parallèles vient apporter une solution élégante. Jusque là, on n’a pas regardé le chat à travers le hublot, le fait de regarder étant l'acte important. L’état de superposition cesse immédiatement dès qu'il y a observation, et donc interaction, de la particule; on dit alors qu'il y a décohérence lorsqu'un système A et B devient un système A ou B. Mais alors que devient le chat ? Il existe plusieurs solutions : Une première évoquée par quelques scientifiques propose ceci : puisque rien d'autre que la vue ne peut influencer le chat et déterminer s'il est mort OU vivant, c'est notre curiosité qui l'aurait tué. On comprend mieux alors le paradoxe du chat: L'état "superposé" de l'atome U devrait se transmettre à notre félin macroscopique et le transformer en une sorte de mort-vivant! Evidemment, lorsque l'on observe le chat à travers le hublot, il y aurait décohérence de son état et choix d'un seul état. Une telle explication n'est bien sûr que difficilement acceptable pour notre monde macroscopique et elle montre les difficultés d'interprétation que soulève le formalisme mathématique quantique (car ces états superposés sont faciles à concevoir lorsque ces systèmes sont définis par des fonctions d'onde; les ondes s'additionnent sans problèmes). La superposition d'état concerne en fait des particules totalement isolées. A l'échelle quantique, les particules évoluent dans un grand vide et les rencontres sont assez rares. A notre échelle, c'est très différent: notre chat respire les milliards de molécules d'air qui sont dans la boîte, sans compter tout ce qui inonde notre univers: les ondes radio, infrarouges ou les rayons cosmiques...Ces milliards d'êtres quantiques incontrôlables percutent notre matou et interagissent des milliards de fois par seconde avec lui. L'état superposé "vivant ET mort" dans lequel se trouve le chat est détruit à la moindre interaction. (Optionnel) Mais les scientifiques proposent une autre interprétation, plus métaphysique, en disant que le nerf optique qui achemine l'image vers le cerveau est parcouru par un flux électrique, lequel est un flux de particules quantiques. De là, qu'est-ce qui prouve que le flux n'a pas les deux états lui aussi ? Explication : le flux transporte l'état "chat mort" ET l'état "chat vivant" ! Mais alors qui décide ? Les scientifiques proposent la conscience. Notre conscience fonctionne toujours sur un mode binaire : oui / non, ou j'aime / je n'aime pas,... Le fait est qu'on ne peut pas avoir les deux états superposés. Notre conscience opte donc pour l'un ou pour l'autre. Elle force le réel à adopter une tournure. Mais attention, on ne sait toujours pas qui choisit ! En fait, cela est assez inquiétant car cela signifie que rien n'existe en dehors de notre conscience. Le problème se corse si on ne croit pas au choix de la conscience, car c'est dire que les deux états sont bien séparés lors de la mesure. Comme rien ne vient trancher, le chat se trouve dans deux univers parallèles. Dans l'un il est mort, dans l'autre vivant. En fait, chaque fois que vous faites un choix, le choix opposé est aussi fait dans un univers parallèle. Et vu que nous faisons des milliards de choix tous les jours, nous nous dupliquons autant de milliards de fois que nous faisons de choix dans des univers parallèles. Une telle vision du monde est non seulement peu économique (imaginez un peu le nombre d'univers qui existeraient à l'heure actuelle, chacun représentant un chemin particulier parmi toutes les bifurcations qui se sont présentées depuis le big bang !) Plus scientifiquement des chercheurs français ont déterminé que la période d'incertitude est inversement proportionnelle à la complexité d'un objet. Ce qui pour le chat, qui est un objet "complexe", revient à une période tellement courte qu'elle est négligeable. Ce que l’expérience cherche à montrer : L'expérience du chat de Schrödinger fut imaginée en 1935 par le physicien Erwin Schrödinger, afin de mettre en évidence des lacunes supposées de la physique quantique, et particulièrement mettre en évidence le problème de la mesure. Rappel : La physique quantique permet de décrire très correctement les systèmes macroscopiques, mais ne suffit plus dès que l'on s'intéresse aux petites échelles Pour de telles échelles, il existe une description spécifique des phénomènes physiques : c'est la mécanique quantique. Un chat, un objet macroscopique en fait, se retrouvait malgré tout soumis aux règles étranges du monde microscopique de la mécanique quantique, ceci afin d'illustrer les difficultés à connecter le monde quantique avec le monde classique.