[Physique] Le chat de Schrödinger

Salutations nobles amateurs(trices) de science!

Je tiens à vous parler ici d'en certain Monsieur Schrödinger, qui a longtemps lutté contre certaines lois estimées comme vraies, en physique quantique en démontrant l'absurdité de certains raisonnements, en passant par des expériences pratiques, ou du moins, autant que possible.
Cette expérience dont je veux vous parler sera, pour information, reprise plus tard par Einstein dans le même but.
Bon, je ne philosopherai pas plus que ça, je vous laisse découvrir cette expérience comme la décrit wikipedia ^^

Edit : lien non-wikipedia : http://molaire1.perso.sfr.fr/chat.html

Citation :

L'expérience du chat de Schrödinger fut imaginée en 1935 par le physicien Erwin Schrödinger, afin de mettre en évidence des lacunes supposées de l'interprétation de Copenhague de la physique quantique, et particulièrement mettre en évidence le problème de la mesure.

La mécanique quantique est relativement difficile à concevoir car sa description du monde repose sur des amplitudes de probabilité (fonctions d'onde). Ces fonctions d'ondes peuvent se trouver en combinaison linéaire, donnant lieu à des « états superposés ». Cependant, lors d'une opération dite de « mesure » l'objet quantique sera trouvé dans un état déterminé ; la fonction d'onde donne les probabilités de trouver l'objet dans tel ou tel état.

C'est la mesure qui perturbe le système et le fait bifurquer d'un état quantique superposé (atome à la fois intact et désintégré par exemple… mais avec une probabilité de désintégration dans un intervalle de temps donné qui, elle, est parfaitement déterminée) vers un état mesuré. Cet état ne préexiste pas à la mesure : c'est la mesure qui semble le faire advenir.

Toutefois, la notion de mesure ou de bifurcation n'apparaît pas explicitement ni même indirectement dans le formalisme quantique, et les tentatives d'en faire surgir cette notion se heurtent à d'extrêmes difficultés. En conséquence, certains physiciens n'accordent aucune réalité physique au concept de mesure ou d'observation. Pour eux, les états superposés ne s'effondrent (ou ne « bifurquent ») pas, et l'état mesuré n'existe pas réellement (voir par exemple : Hugh Everett).

C'est pour faire apparaître le caractère paradoxal de cette position et pour poser de manière frappante le problème, que Schrödinger a imaginé cette expérience de pensée.


« L'expérience »
Erwin Schrödinger a imaginé une expérience dans laquelle un chat est enfermé dans une boîte fermée avec un dispositif qui tue l'animal dès qu'il détecte la désintégration d'un atome d'un corps radioactif ; par exemple : un détecteur de radioactivité type Geiger, relié à un interrupteur provoquant la chute d'un marteau cassant une fiole de poison — Schrödinger proposait de l'acide cyanhydrique, qui peut être enfermé sous forme liquide dans un flacon sous pression et se vaporiser, devenant un gaz mortel, une fois le flacon brisé.

Si les probabilités indiquent qu'une désintégration a une chance sur deux d'avoir eu lieu au bout d'une minute, la mécanique quantique indique que, tant que l'observation n'est pas faite, l'atome est simultanément dans deux états (intact/désintégré). Or le mécanisme imaginé par Erwin Schrödinger lie l'état du chat (mort ou vivant) à l'état des particules radioactives, de sorte que le chat serait simultanément dans deux états (l'état mort et l'état vivant), jusqu'à ce que l'ouverture de la boîte (l'observation) déclenche le choix entre les deux états. Du coup, on ne peut absolument pas dire si le chat est mort ou non au bout d'une minute.

La difficulté principale tient donc dans le fait que si l'on est généralement prêt à accepter ce genre de situation pour une particule, l'esprit refuse d'accepter facilement une situation qui semble aussi peu naturelle quand il s'agit d'un sujet plus familier comme un chat.

Pourquoi le chat de Schrödinger ?
Cette expérience n'a jamais été réalisée, car :

* les conditions techniques pour préserver l'état superposé du chat sont très difficiles, tout à fait irréalisables pour plus de quelques molécules ;

* en fait, le passage à l'échelle macroscopique que représente le chat par rapport aux quelques molécules est le principal intérêt de l'expérience de pensée (ce n'est pas une question sur le vivant) ; le rôle du chat serait parfaitement réalisé par un interrupteur ;

* et même si ces conditions sont atteintes, il s'agit d'une pure expérience de pensée, apparemment non réalisable même en principe. En effet, on ne pourra jamais mettre en évidence directement, ou mesurer, que le chat est à la fois mort et vivant car le fait d'essayer de connaître son état provoquera nécessairement l'effondrement de la fonction d'onde[1].

En fait, le but est surtout de marquer les esprits : si la théorie quantique autorise à un chat d'être à la fois mort et vivant, c'est ou bien qu'elle est erronée, ou bien qu'il va falloir reconsidérer tous les préjugés.

Erwin Schrödinger lui-même a imaginé cette expérience pour réfuter l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, qui conduisait à un chat à la fois mort et vivant. Albert Einstein avait fait la même expérience de pensée avec un baril de poudre. Schrödinger exposa alors à Einstein l'expérience de pensée (un chat et un flacon de poison) qu'il avait l'intention de soumettre sous peu à une revue, et dès lors Einstein employa un baril de poudre avec un chat à proximité[2]. Schrödinger et Einstein pensaient que la possibilité du chat mort-vivant démontrait que l'interprétation de la fonction d'onde par Max Born était incomplète. La partie « quelle solution ? » montre que cette situation souligne bien l'étrangeté de la mécanique quantique, mais ne la réfute pas.

Il est évident que le fait que l'interprétation orthodoxe de la physique quantique mène à un chat à la fois mort et vivant montre que la mécanique quantique obéit à des lois souvent contraires à notre intuition. Pire, on se rend compte que la question n'est pas « comment est-ce possible dans le monde quantique ? » mais « comment est-ce impossible dans le monde réel ? ».

Anecdotiquement, on peut aussi se demander (c'est ce que fait Étienne Klein dans Il était sept fois la révolution) d'où vient le choix du chat pour cette expérience de pensée. Sciences et Avenir, dans un numéro hors-série consacré au chat de Schrödinger, propose l'hypothèse d'une référence de la part de Schrödinger au chat du Cheshire.

Est-il exact de dire que le chat est mort et vivant ?
Note d'Eitachi : c'est là que l'on explique pourquoi son expérience ne peut s'adapter à la physique quantique

L'affirmation « Le chat est mort et vivant » est effectivement déroutante, et provoque souvent des blagues sur le « chat mort-vivant ». Notre intuition nous dit que les phrases « le chat est mort » et « le chat est vivant » sont chacune la négation de l'autre. En fait, il existe une troisième possibilité : le chat peut être dans un état de superposition, dans lequel il cumule plusieurs états classiques incompatibles. Il n'y a pas de problème logique (le principe du tiers exclu n'est pas remis en cause), c'est juste qu'un objet quantique peut avoir des propriétés contredisant notre expérience quotidienne.

Pour éviter les abus de langage sur le « chat mort-vivant », on peut préférer dire que le chat est dans un état où les catégorisations habituelles (ici la vie ou la mort) perdent leur sens.

Mais on peut, comme Einstein, refuser d'admettre que le chat n'ait pas d'état défini tant qu'on n'opère pas d'observation, et supposer que si on voit le chat vivant, il l'a été depuis son enfermement. Einstein anticipa sur l'objection de Niels Bohr « Le mystique positiviste va rétorquer qu'on ne peut spéculer sur l'état du chat tant qu'on ne regarde pas sous prétexte que cela ne serait pas scientifique ».

Même en admettant que l'état du chat découle directement de celui de la particule, d'un point de vue sémantique, dire que le chat est mort et vivant n'est pas tout à fait légitime : il est plus précisément \frac{1}{\sqrt[]{2}} \cdot (\left| mort \right\rangle + \left| vivant \right\rangle), si on emploie la notation bra-ket de Paul Dirac. Et encore, les coefficients devant les vecteurs « mort » et « vivant » pourraient être des nombres complexes. Le « et » du langage courant n'a pas vraiment de sens dans cette situation, le « et » logique serait à redéfinir. La question n'est pas exclusive à la physique quantique : dans le cas du coefficient \frac{1}{\sqrt[]{2}}, demander si le chat est vivant ou s'il est mort est équivalent à demander si à 1 h 30 la petite aiguille d'une horloge est horizontale ou si elle est verticale.

Si cette expérience vous intéresse, et que vous souhaitez en lire plus (ce que je vous conseille) c'est ici

En espérant que cet article vous aura plu, je vous dis à bientôt!

humm comme je l'ai expliqué dans les règles wikipédia ne forme pas une source fiable sur le net, pourrais-tu t'en procurer une autre stp ? merci

T'inquiète, je l'ai lu le texte, y a pas de conneries dedans, promis!! ^^
C'est le document le plus complet que j'aie trouvé pour l'instant...
Bon après s'il faut absolument le changer ... bah je le ferai ^^

ben au moins un autre lien qui confirme quoi... ca serait cool

sinon je l'ai un peu parcouru mais ca m'a l'ait méga casse tête à approfondir XD

Voilà!
C'est fait, je l'ai édité tout en haut de l'article!!

Et oui, ça fait un peu casse-tête, mais c'était le but de Schrödinger à l'origine, vu qu'il voulait démontrer l'absurdité de certaines conclusions tirées à la va-vite
Prends ton temps, et lis-le à tête reposée, enfin.. si ça t'intéresse quoi XD
Le nouveau lien mène vers un site illustré, tu visualiseras peut-être un peu mieux comme ça!

Ah, le fameux chat de Schrödinger (quel nom compliqué à écrire aussi)
Ça peut paraître un peu compliqué, mais ce n’est que l’illustration de ce qu’est la physique quantique. Une sorte d’exemple et d’introduction en fait… Mais il présente bien le problème.
C’est juste notre perception qui est erroné en fait, on est, a priori, pas capable de concevoir cet état de superposition.
C’est comme un tirage a pile ou face, dans notre monde macroscopique c’est, justement pile OU face. Pendant le lancé, on peut à la rigueur concevoir qu’on a 50% de chance que la pièce retombe du coté pile ou du coté face, mais il nous paraît logique et inévitable qu’elle se « stabilisera » dans un des 2 états. En physique quantique, la pièce est considéré comme du coté pile ET du coté face. Ce corps unique à 2 états superposés. Et une fois qu’on l’accepte, ca devient bien plus simple.
Bon, il reste bien d’autre principe quantique, mais c’est quand même la base.
Et il est intéressant de noter que ce principe disparaît si on essaye de l’observer, car l’observateur va alors créer des interférences, qui feront perdre, a la pièce par exemple, son statut de superposition, l’obligeant ainsi a se stabiliser dans un état ou un autre. Mais de toute façon, ce principe n’est pas applicable a notre monde macroscopique, bien que ces applications théorique serait très prometteuse (téléportation entre autre)

Au fait, il ne s'agit pas vraiment d'états superposés, mais d'états intermédiaires entre 2 états définis

Si je ne me trompe pas, c'est bien des deux états en même temps qu'il s'agit, et non pas d'un état intermédiaire.
C'est justement ça l'intérêt, c'est que l'atome, ou le photon, ce comporte de 2 manière différentes, en même temps, alors qu'il n'est qu'un. Il peut, par exemple, être a 2 endroit en même temps, ou plutôt ce comporter comme si c'était le cas. Il n'est pourtant pas entre les 2, il y a bien superposition des états possibles.

Justement, Schrödinger a essayé de montrer que cette superposition de deux états était une bêtise, seulement, quelques années plus tard, une réponse à son "énigme" a été trouvée : il ne s'agit pas de superposition, mais d'une différence au niveau de l'espace-temps.
Selon l'échelle considérée, l'espace-temps se retrouve complètement changé, par exemple, à l'échelle astrale, on ne peut étudier un événement sur des secondes, ni même des minutes, ni des heures (bien que pour l'heure, on peut quand même aborder des mouvements comme la rotation d'une planète sur elle-même, ou d'un satellite autour de sa planète, bien que ce ne soit pas forcément intéressant) la majorité des études réalisées se font sur des années, voire des décennies, voire des siècles!
Alors qu'à l'échelle humaine, on peut parler même de fractions de secondes, donc, forcément, au niveau atomique, l'échelle de temps à utiliser est encore plus réduite.
On a donc pensé qu'à ce niveau-là, il peut exister un passage intermédiaire entre le moment où le noyau est intact, et le moment où celui-ci est désintégré.
Ce passage intermédiaire ne peut être appréhendé par l'homme, car sa durée est infiniment courte. Son expérience a néanmoins démontré qu'il ne pouvait y avoir superposition de deux états, ce qui a servi de base aux scientifiques pour déterminer cette période de latence ENTRE deux états différents, vu que la superposition relève réellement de l'absurde, et causerait une remise en question de toutes les découvertes humaines dans le domaine de la physique

T'es bien sur de toi la ? Parce que tous ce que j'ai pu lire sur la physique quantique parlait clairement d'un état de superposition, du fait que les 2 états s'exprimaient en même temps, même si c'était dur a concevoir pour nous. Comme une pièce qui serait à la fois sur pile et sur face.
J'ai pas entendu parler d'un état intermédiaire, ou en tout cas, pas d'un état intermédiaire au lieu d'un état de superposition.

Oui oui, j'en suis sûr, parce que s'il s'agissait bien de superposition, le nom de Schrödinger serait aux oubliettes ^^
Tout comme Einstein qui a défendu sa pensée :p

Ouais mais il s'est trouvé qu'Einstein avait tord a propos de la mécanique quantique...

Il s'est trouvé aussi que ceux qui l'avaient contredit avaient des lacunes au niveau de leur démonstration, et que celle-ci n'a pas été retenue ^^
Faut lire les articles jusqu'au bout très cher

Bon, j'étais à peu près sur de moi, mais pour le cas où, j'ai revérifié.
Et je peux à présent t'assurer que la notion de superposition présente bien des aspects SIMULTANÉS d'un même corps, comme s'il se trouvait à 2 endroit en même temps, et ceux, de par ca dualité corpusculaire/onde.
Il s'agit bien d'état, de position, exprimé en même temps par un même corps, et pas d'un position intermédiaire.

Pas du tout ce que j'ai vu...
M'enfin bon, le jour où les scientifiques seront tous d'accord sur ne serait-ce qu'un seul point, l'humanité aura fait un grand pas vers l'avant :p

(En écrivant ça, je me suis souvenu d'un prof de physique nous annonçant qu'on n'étudierait pas certaines lois présentes au programme, pour la simple raison qu'il n'était pas d'accord XD )

Et pourtant moi c'est ce que j'ai lu partout (entre autre dans les magazine science et vie)
Et ils sont quand même relativement d'accord sur de nombreuses théorie (même s'il en reste beaucoup qui ne font pas l'unanimité !)

Ah oui quand même, j'ai jamais eu ça moi.

Bon, et dans ce que tu a lu, qu'en est il de l'effet tunnel, ou, plus intéressant (pour moi) de l'intrication ?

Hein? Quoi? Mais qu'est-ce tu viens parler de trique par ici toi? XD
Plus sérieusement, chais pas ce que c'est, en tout cas, ça te donne deux idées d'articles à créer ça non? :p

Je conforte Khanos dans son idée des états superposés.

Pour vous donner matière à réfléchir, et aussi une approche plus vulgaire de la physique quantique, je vous propose de lire le dossier suivant :
http://www.astrosurf.com/luxorion/menu-quantique.htm

Merci.

Et pour les sujets, je vais les créer, mais pas immédiatement.

Merci Shadounet

Et pis prends ton temps khanos, on n'est pas pressés non plus :p