"Quiconque n'est pas choqué par la théorie quantique ne la comprend pas." Niels Bohr
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Aujourd'hui : "Minou, minou…"

Où l’on apprend qu’un chat peut être à la fois mort et vivant.

Portrait d'Erwin Schrödinger, 1933, photo: Nobel foundation
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1935, Autriche. Le physicien Erwin Schrödinger se frotte les mains : il vient de concevoir une expérience inédite et ce à la seule force de son imagination…

Il s’agit d’une expérience de pensée. Schrödinger imagine une boîte dans laquelle se trouve son chat. Dans cette même boîte se trouve un mécanisme composé d’un atome et d’une fiole de poison…

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Schrödinger sait qu’au bout d'un temps donné, un atome radioactif a une chance sur deux de se désintégrer et de libérer dans la boîte un poison mortel.

Une fois le temps écoulé, le chat est donc soit mort empoisonné, soit bien vivant et impatient de sortir. C’est en ouvrant la boîte qu’on peut voir si le chat est mort ou vivant.

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Néanmoins, avant de regarder dans la boîte, la mécanique quantique (une branche de la physique étudiant l’infiniment petit) nous dit que le chat est à la fois mort et vivant ! On dit qu’il est dans une "superposition d’états quantiques". Seule l’ouverture de la boîte pourra déterminer son état : mort ou vivant.

Le problème est que le chat, contrairement à l’atome radioactif, n’obéit pas aux lois de la physique quantique, mais à celles du monde des chats : la physique classique. Or selon cette dernière, le chat est soit mort soit vivant, sinon c’est un zombie et ça, ça n’existe pas.

Pour l’atome d’hydrogène, probabilités de trouver l’électron autour du proton (particule qui constitue le noyau des atomes avec le neutron) selon son niveau d’énergie. Plus la couleur est claire, plus il est probable de trouver l’électron à cet endroit. Photo: © PoorLeno
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Avec cette expérience, Schrödinger illustre donc la difficulté de concilier la physique classique et la physique quantique ! Il faut dire que la mécanique quantique est bien étrange… Un électron peut mathématiquement être à plusieurs endroits à la fois.

En fait, tant qu’on ne l’a pas observé, la position de l’électron est calculée grâce à des probabilités. On illustre donc un atome par un nuage de points, qui représente les trajectoires possibles des électrons.

NOVA, Portrait de Richard Feynman, 1974, photo : Floyd Clark, © Rue des Archives/Everett
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Vous avez tout compris ? Reconsidérez…

Car, comme le disait le physicien Richard Feynman, "si vous croyez comprendre la mécanique quantique, c’est que vous ne la comprenez pas."

Couverture du magazine les Savanturiers,
Illustration © CEA

Pour en savoir plus :

Un chat et de la physique quantique… quelle drôle d’idée tout de même ! Et pourtant, l’expérience de Schrödinger a permis de populariser une théorie complexe qui tente de percer les secrets de l’infiniment petit comme l’atome.

Mais à quoi la physique quantique sert-elle et quelles sont ses applications ? Quels outils utilise-t-elle ? Réponse avec le magazine les Savanturiers.

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