10 vérités quantiques sur notre univers

A partir du moment où il a été découvert que les règles macroscopiques et classiques qui dictaient l’électricité, le magnétisme et la lumière ne s’appliquaient pas nécessairement aux échelles subatomiques, une toute nouvelle vision de l’Univers s’est ouverte à l’humanité. Cette image quantique est beaucoup plus large et englobante que la plupart des gens ne le comprennent, y compris de nombreux spécialistes. Voici dix principes de base de la mécanique quantique qui peuvent vous amener à réexaminer votre vision de notre Univers, aux plus petites échelles et au-delà. Découvrez ces vérités quantiques intéressantes sur notre univers:

Dix Le chat de Schrödinger est soit mort, soit vivant, pas les deux

Pour commencer cette liste de vérités quantiques sur notre Univers, commençons par vous informer qu’elle n’était pas bien comprise aux débuts de la mécanique quantique, mais que la fonction quantique des objets macroscopiques se désintègre très rapidement. Cette «décohérence» est due à des interactions répétées avec l’environnement qui sont, dans des lieux modérément chauds et compacts comme ceux nécessaires à la vie, impossibles à éviter. Cela démontre que ce que nous considérons comme une mesure ne nécessite pas un être humain; le simple fait d’interagir avec l’environnement compte. Elle démontre également pourquoi il est donc très difficile d’amener de gros objets en superposition de deux états distincts et que la superposition s’estompe rapidement.

L’objet lourd qui a jusqu’à présent été amené dans une superposition d’emplacements est une molécule de carbone 60 alors que les plus prétentieux ont proposé de faire ce test pour des virus ou même des créatures plus lourdes comme des bactéries. Ainsi, le paradoxe que le chat de Schrödinger a jadis soulevé – le transfert d’une superposition quantique (l’atome en décomposition) à un grand objet (le chat) – a été résolu. Nous comprenons maintenant que si de petites choses comme les atomes peuvent exister en superposition pendant de longues périodes de temps, un gros objet se fixerait très rapidement dans un état particulier. C’est pourquoi nous n’observons jamais de chats à la fois morts et vivants.

9 Mais ils contrôlent les petites échelles

En mécanique quantique, chaque particule est aussi une onde et chaque onde est aussi une particule. Les conclusions de la mécanique quantique deviennent très évidentes une fois que l’on observe une particule sur des distances similaires à la longueur d’onde associée. C’est pourquoi la physique atomique et subatomique ne peut pas être expliquée sans la mécanique quantique, alors que les orbites planétaires sont définitivement inchangées par l’action quantique.

8 Les impacts quantiques ne sont pas forcément faibles

On ne voit généralement pas d’effets quantiques sur les longues distances car les corrélations nécessaires sont très fragiles. Cependant, traitez-les assez soigneusement et les effets quantiques peuvent se poursuivre sur de longues distances. Les photons ont par exemple été enchevêtrés sur des divisions jusqu’à quelques centaines de kilomètres. Dans les condensats de Bose-Einstein, un état dégénéré de la matière atteint des températures froides, jusqu’à quelques millions d’atomes ont été induits dans un état quantique cohérent. Et enfin, certains chercheurs acceptent même que la matière noire puisse avoir des impacts quantiques qui s’étendent sur des galaxies entières.

7 Tout est question d’incertitude

Le postulat fondamental de la mécanique quantique est qu’il existe des paires de visibles qui ne peuvent pas être mesurées simultanément, comme par exemple la position et l’élan d’une particule. Les vérités quantiques sur notre Univers sont que les paires sont appelées «variables conjuguées», et l’impossibilité de mesurer exactement leurs deux valeurs est ce qui fait toute la distinction entre une théorie quantifiée et non quantifiée. En mécanique quantique, cette théorie est fondamentale, non due à des lacunes expérimentales. L’une des manifestations les plus étranges de ceci est l’incertitude de l’énergie et du temps, qui suggère que les particules instables ont des masses naturellement incertaines, grâce à Einstein’s E = mc2.

6 Einstein ne l’a pas réfuté

Contrairement à l’opinion populaire, Einstein n’était pas un négateur de la mécanique quantique. Il ne pouvait probablement pas l’être – la théorie était si réussie d’abord qu’aucun spécialiste sérieux ne pouvait la rejeter. En fait, c’était sa découverte, lauréate du prix Nobel, de l’impact photoélectrique, prouvant que les photons se comportaient comme des particules ainsi que des ondes qui étaient l’une des révélations fondamentales de la mécanique quantique. Einstein a plutôt contesté que la théorie était incomplète et a estimé que le caractère aléatoire naturel des processus quantiques devait avoir une explication profonde. Ce n’était pas qu’il croyait que le hasard était mauvais, il croyait juste que ce n’était pas la fin de l’histoire. Pour un excellent exposé des vues d’Einstein sur la mécanique quantique, je conseille l’article de George Musser «Ce qu’Einstein pensait vraiment de la mécanique quantique».

5 Physique quantique Un champ de recherche intense

La théorie a commencé il y a plus d’un siècle. Mais de nombreux points de vue ne sont devenus testables qu’avec la technologie contemporaine. L’optique quantique, l’informatique quantique, la thermodynamique quantique, la cryptographie quantique, l’information quantique et la métrologie quantique sont des domaines de recherche récemment formés et immédiatement très intenses. Avec les nouvelles capacités acquises grâce à ces technologies, l’investissement dans les fondements de la mécanique quantique a été relancé.

4 Il n’y a pas d’action étrange à distance

Nulle part en mécanique quantique les données ne sont envoyées de manière non locale, de sorte qu’elles sautent sur une étendue d’espace sans avoir à passer par toutes les positions intermédiaires. L’enchevêtrement est lui-même non local, mais il n’effectue aucune action – c’est une association qui n’est pas liée au changement non local d’informations ou à tout autre visible. Lorsque vous comprenez une recherche où deux photons intriqués sont séparés par une grande distance, puis le spin de chacun est mesuré, il n’y a pas de données transférées plus rapidement que la vitesse de la lumière. En fait, si vous essayez de réunir les résultats de deux observations, ces données ne peuvent voyager qu’à la vitesse de la lumière, pas plus vite! Ce qui forme «l’information» était une grande source d’incertitude aux débuts de la mécanique quantique, mais nous savons aujourd’hui que la théorie peut être parfaitement adaptée àLa théorie d’Einstein de la relativité spéciale dans laquelle les données ne peuvent pas être déplacées plus rapidement que la vitesse de la lumière. C’est l’une des vérités quantiques les plus importantes sur notre Univers.

3 L’enchevêtrement n’est pas identique à la superposition

Une superposition quantique est la capacité d’un système à être dans deux états distincts en même temps, et pourtant, lorsqu’elle est mesurée, on trouve constamment un état particulier et jamais une superposition. L’enchevêtrement, en revanche, est une association entre deux ou plusieurs parties d’un système – quelque chose de complètement différent. La superposition n’est pas fondamentale: si un état est ou non une superposition dépend de ce que vous devez mesurer. Un état peut, par exemple, être dans une superposition de positions et non dans une superposition de moments – donc le concept dans son ensemble est vague. L’intrication, en revanche, est sans ambiguïté: c’est une propriété fondamentale de chaque système et la mesure la plus connue de la quanticité d’un système.

2 La quantification n’implique pas sûrement de la discrétion

Les «Quanta» sont des particules discrètes, par définition, mais tout ne devient pas volumineux ou inséparable sur de courtes échelles. Les vérités quantiques sur notre Univers sont que les ondes électromagnétiques sont composées de quanta appelés «photons», de sorte que les ondes peuvent être considérées comme discrétisées. Et les couches d’électrons autour du noyau atomique peuvent simplement avoir des rayons discrets clairs. Mais les autres caractéristiques des particules ne deviennent pas discrètes, même dans une théorie quantique. L’état des électrons dans la bande conductrice d’un métal, par exemple, n’est pas discret – l’électron peut occuper n’importe quelle position continue dans la bande.

1 Tout est quantique

Maintenant, nous savons que certaines choses sont de la mécanique quantique et d’autres pas. Tout suit les mêmes lois de la mécanique quantique – c’est juste que les effets quantiques des grands objets sont très difficiles à voir. C’est pourquoi la mécanique quantique a été un retardataire de l’évolution de la physique théorique: ce n’est que lorsque les physiciens ont dû justifier pourquoi les électrons sont assis sur des coquilles autour du noyau atomique que la mécanique quantique est devenue essentielle pour faire des prédictions précises.

10 vérités quantiques sur notre univers

1. Tout est quantique
2. La quantification n’implique certainement pas de la discrétion
3. L’enchevêtrement n’est pas identique à la superposition
4. Il n’y a pas d’action étrange à distance
5. Physique quantique Un domaine de recherche intense
6. Einstein ne l’a pas réfuté
7. Tout est question d’incertitude
8. Les impacts quantiques ne sont pas nécessairement faibles
9. Mais ils contrôlent les petites échelles
10. Le chat de Schrödinger est soit mort, soit vivant, pas les deux

Écrit par: AC Claudia