Annexe B. Les griffes du chat de Schrödinger

ANNEXE B

 

LES GRIFFES DU CHAT DE SCHRÖDINGER

 

(Cette annexe complète un passage du chapitre 2.)

 

Le dispositif expérimental de la Gedankenexperiment (expérience de

pensée) imaginée pour le chat de Schrödinger est tel que le chat reste en vie

tant que l’atome reste entier. Il meurt au contraire dès que l’atome se

désintègre. (Voir au chapitre 2.)

En bref, le dispositif crée un couplage entre l’état de l’atome et celui du

chat, qui forment à présent un tout aux destinées indissociables. L’atome

radioactif est infiniment petit. C’est par lui que tout arrive. C’est lui qui

entraîne le chat, enfermé dans sa boîte opaque, vers un état superposé

farfelu tel qu’il serait bien incapable de nous donner de vrais coups de

griffe.

Voici, d’abord, l’analyse habituelle qui est faite de cette expérience

imaginée par Schrödinger.

L’atome étant instable, il finira tôt ou tard par se désintégrer. Tant qu’on

n’observe pas son état et qu’on l’ignore donc, il évolue dans une

superposition qui en bonne logique quantique mélange les états « atome

entier » et « atome désintégré ».

En parallèle, et toujours d’après la théorie quantique, affirment les experts,

le chat dans sa boîte fermée évoluera spontanément vers un état qui

mélange ou superpose l’état « chat vivant » et l’état « chat mort ».261

En fait, c’est l’état superposé du système global de l’atome et du chat qu’il

faut considérer. Il force à conclure que le chat dans sa boîte évolue vers un

état bizarre et flou qui mélange deux termes, l’un où il est en vie et l’autre

où il est mort.

Ce mélange décrit le petit félin suspendu entre vie et trépas, sans qu’il soit

ni réellement vivant ni tout à fait mort. Son état ne ressemble à rien de

connu. Aucun chat réel n’a jamais été surpris étant ainsi ni mort ni vivant,

mais mi-mort mi-vivant.

Cet état, affirment encore les experts, durera tant que personne n’observe le

chat. Cependant, si quelqu’un ouvre la boîte pour examiner le chat, il ne

trouvera que deux possibilités bien tranchées : soit le chat sera bien vivant

soit, hélas, il sera vraiment mort.

Cet ouvreur de boîte pourra d’ailleurs en conclure correctement que l’atome

est respectivement entier ou désintégré.

La question posée par ce scénario est la suivante : Comment comprendre

l’évolution brutale de l’état du chat, qui quitte immédiatement son état flou

dès qu’un laborantin, ou qui que ce soit d’autre, pose son regard sur lui ?

Un simple regard, et tout bascule… Le pouvoir de ce regard paraît bien

mystérieux : relève-t-il de la magie pure et simple ?

Pourquoi l’état superposé, en vigueur jusqu’ici, disparaît-il dès qu’on

observe ? Par une timidité maladive ?

Ceci pose le problème de la mesure quantique. Il est en fait une autre façon

de considérer la question, qui n’a plus de secret pour nous, de la dualité

onde-particule.

L’analyse conventionnelle donne la réponse suivante. L’acte d’observation

du laborantin est assimilable à une mesure, qui relève des postulats de la

mécanique quantique. Ces postulats stipulent qu’en cet instant, le chat

quitte brutalement l’état superposé qu’il avait jusqu’ici. Il redevient un chat

normal – que nous imaginerons de préférence vivant et ronronnant.

Ainsi, quand quelqu’un observe le chat, son état superposé s’évanouit

aussitôt.

Certains physiciens, dont le prix Nobel Eugene Wigner, se sont

légitimement demandé si cette curieuse disparition de l’état « mort-vivant »

ne serait pas due à l’influence de la conscience – présumée non physique –

du laborantin, ou en l’occurrence celle de n’importe quel observateur

humain. 262

À présent, voici l’analyse que l’holomatière permet de faire de cette même

expérience.

Pour elle, le chat de Schrödinger a un intérêt largement surfait, car il n’a

rien à voir avec l’interprétation qui en est donnée.

Je formulerai deux objections à l’analyse conventionnelle précédente, pour

conclure finalement qu’elle repose sur une double erreur, à savoir : (a) elle

confond mesure quantique et simple observation ; (b) elle confond

probabilité quantique et probabilité par ignorance.

Voyons cela.

Ma première objection à l’analyse officielle est que le couplage entre

l’atome instable et le chat n’est pas de nature quantique. Il est dû à un

dispositif macroscopique, mécanique ou électrique par exemple, qui n’a

rien à voir avec un vrai couplage quantique (qui lui serait de nature

suprale).

La preuve ? Cette preuve est double : si ce couplage était vraiment

quantique – donc supral – ses effets seraient réversibles (dans les deux sens)

et instantanés. Or, aucune de ces qualités ne se vérifie.263

Il est donc fallacieux d’écrire l’état du système global formé de l’atome et

du chat comme s’il s’agissait d’un ensemble supral indissociable (ensemble

non séparable, ou non factorisable).

En clair, la théorie quantique ne nous autorise pas à écrire l’état du système

global, avant l’ouverture de la boîte par le laborantin, comme une

combinaison linéaire des états « atome entier, chat vivant » et « atome

désintégré, chat mort ».

Ma deuxième objection, plus fondamentale encore, repose sur une analyse

de l’état initial de l’atome instable.

L’instabilité même de l’atome prouve qu’il est, dès le départ –  et

contrairement à ce qui est généralement affirmé – dans un état superposé de

son énergie. 264

Dans cette nouvelle compréhension, cela n’a aucun sens d’écrire son état

avant observation comme un état superposé qui mélange l’état « atome

entier » et l’état « atome désintégré ». (J’oublie son couplage avec le chat, à

la lumière de la première objection.)

En effet, sa désintégration étant assimilable à une mesure spontanée de son

énergie, le seul état superposé acceptable doit réunir les divers produits

parals potentiels, qui tous sont états propres de l’énergie ; et sont

mutuellement orthogonaux.265

Cette condition ne pouvant être satisfaite, l’état superposé que

l’interprétation conventionnelle utilise pour son raisonnement est aberrant.

Il est inacceptable, ce qui réduit à néant la validité du raisonnement sur

lequel elle repose.

Au total, l’état du chat dans la boîte fermée n’est pas du tout contaminé par

l’état superposé initial de l’atome. Le flou ou l’incertitude sur l’état du chat

dans la boîte, avant qu’elle soit ouverte par le laborantin, est par conséquent

toute simple : il s’agit d’une banale incertitude par ignorance.

C’est notre ignorance qui nous contraint, faute de mieux, à représenter le

chat dans la boîte fermée par un état superposé. Autrement dit, l’état du chat

est à chaque instant précisément défini, que la boîte ait été ouverte ou

non. 266

Ceci est à rattacher au fait que l’atome radioactif lui-même se désintègre

spontanément, indépendamment du fait qu’on l’observe ou non. Si à un

instant donné il s’est désintégré, alors le chat est mort. S’il est encore entier,

alors le chat reste en vie. Ceci est valable que la boîte soit ouverte ou non.

Au final, l’expérience de pensée proposée par Schrödinger repose sur une

confusion. Cette confusion, d’ailleurs est assez courante, assimile mesure

quantique et simple observation.

Or, mesure et observation sont deux choses très différentes. Une mesure

quantique, proactive, est une opération très spécifique. Contrairement à une

observation, beaucoup plus passive, elle ne peut pas se ramener à un simple

regard. 267

Cette confusion en entraîne une autre, qui consiste à confondre probabilité

quantique et probabilité par ignorance.

En final, tout ceci diminue considérablement l’intérêt de la

Gedankenexperiment imaginée par Schrödinger.

 

261. Cet état paradoxal est dû à deux facteurs. Il y a d’une part le fait que l’atome radioactif, en tant qu’objet quantique, évolue lui-même vers un état superposé qui mélange l’état « atome intact » et l’état « atome désintégré ». Il y a d’autre part le fait que le chat, soit reste en vie, soit meurt ; selon respectivement que l’atome demeure intact ou qu’il se désintègre. (En fait, la théorie, nous dit-on, empêche de considérer le chat et l’atome séparément. Ils sont à présent couplés et sont chacun une sous-partie d’un système global indissociable.) Ce serait en vérité le système global constitué de

l’atome et du chat, soit S, qui en notation de Dirac évolue de l’état antérieur │S〉 d’avant le avant

couplage, qui est factorisable, vers l’état inital │S〉 créé par le couplage, puis enfin vers l’état initial

final │S〉 , obtenu lors de l’observation du chat par le laborantin (qui ouvre la boîte pour examiner final

son contenu). En notant {│entier〉 │désintégré〉} les deux états (normés) possibles de l’atome, et

{ │vivant〉, │mort〉} ceux du chat, on a les expressions respectives : │S〉 = (a │entier〉+ avant 1

b │désintégré〉) (a │vivant〉+ b │mort〉) ; │S〉 = g │entier〉 │vivant〉 + g │désintégré〉│mort〉 ; 1 2 2 initial 1 2

│S〉 = │entier〉 │vivant〉 ou, alternativement, │désintégré〉 │mort〉, avec les probabilités final

respectives données par 2 2 │ g │ et │ g │. (Il y a en plus des conditions supplémentaires, telles que :

1 2

│ 2 2 2 2 2 a │ + │ b │ = │ a │ = │ g │ + │ g │ = 1, a .b ≠ 0, b = 0, (entier │désintégré) = 0 = (vivant

1 1 2 1 2 1 1 2

│mort〉.) Cette expérience est décrite en théorie par la succession des états {│S〉 , │S〉 , │S〉 avant initial

final }. L’expression de │S〉 montre que le système formé par l’atome et le chat évolue initial

globalement vers une superposition qui mélange deux composantes. La première joint les états « atome entier » et « chat vivant ». La seconde, plus sinistre, joint les états « atome désintégré » et « chat mort ». (Pour un traitement théorique plus détaillé de l’expérience du chat de Schrödinger, je renvoie à nouveau à La Nouvelle Physique de l’esprit (Ransford, 2007), en particulier à son annexe.)

262. Si le chat est conscient et capable de s’observer lui-même, ne devrait-il pas, d’après ce qui précède, « autosupprimer » son propre état superposé alors qu’il est encore enfermé dans la boîte ? Wigner a d’ailleurs proposé un raffinement de l’expérience de Schrödinger, connu en tant qu’expérience de l’ami de Wigner. Dans cette variante, un ami volontaire et courageux est enfermé dans la grande boîte métallique avec le chat. Il peut à tout moment connaître l’état du chat. et le sien (sauf s’il meurt, évidemment). Supposons que tout se passe bien, et que le chat soit trouvé vivant (l’atome sera donc trouvé intact) quand le laborantin ouvre enfin la boîte, au bout d’une heure. Je laisse au lecteur que cela amuse le soin de répondre à la question : Si l’ami de Wigner décrivait par écrit l’état du chat (et le sien) juste avant l’ouverture de la boîte, quel serait son témoignage ? On peut évidemment généraliser la situation, en considérant une série de boîtes fermées les unes dans les autres comme autant de matriochkas. Dans chacune de ces poupées russes, on placerait un ami de l’ami de l’ami… de l’ami de Wigner. Bref, il y a là de belles possibilités offertes à qui veut réfléchir et surtout, à qui veut mettre ses amis en boîte !

263. Les effets de ce couplage s’exercent seulement de l’atome instable vers le chat. Il ne s’exerce pas dans le sens inverse : le chat peut mourir, pour une raison quelconque, sans que cela n’affecte en rien l’atome. (Il n’y a donc pas réversibilité de l’influence, qui est à sens unique.) Par ailleurs, on peut parfaitement fabriquer un dispositif expérimental tel que l’éventuelle désintégration (spontanée !…) de l’atome ne fasse sentir ses effets pour le chat qu’après un certain décalage temporel. (Ce décalage temporel est techniquement facile à créer.) Influence non réversible (à sens unique) et potentiellement décalée : cela montre indubitablement que le couplage que la Gedankenexperiment de Schrödinger met en scène n’est pas de nature suprale – contrairement à ce que postule l’analyse conventionnelle de cette expérience de pensée. (La supralité, je le rappelle, s’exprime par la non-séparabilité ou l’intrication. Voir le chapitre 2.)

264. Ce flou en énergie, je l’ai déjà signalé dans une note, crée pour l’atome une menace quantique. (Cette menace qui pèse sur la quantition – voir le chapitre 2 – s’exercera sur l’un de ses électrons périphériques par exemple. En effet, chacune des orbitales avec lesquelles cet électron a une amplitude de recouvrement non nulle tendrait spontanément à en absorber un morceau, en proportion de cette intensité de recouvrement.)

265. L’état « atome désintégré » (noté désintégré)) est un état propre de l’opérateur énergie (nommé

l’hamiltonien) de l’atome instable. Ceci implique que l’expression │atome〉 = g │entier〉 + initial 1

g │désintégré〉 n’a aucun sens quantique et aucune validité théorique. En effet, pour être valable (en 2

tant que représentant l’état initial d’une phase parale qui aurait pour produits parals possibles │entier〉 et │désintégré〉), il faudrait que │entier〉 soit état propre de l’énergie (ce qu’il n’est pas, contrairement

à │désintégré〉). Il faudrait aussi, de façon plus formelle, que la condition d’orthogonalité suivante, requise par la théorie, soit satisfaite : 〈désintégré │entier〉 = 0. Cette condition ne peut justement pas

être vérifiée, puisque l’état précis désintégré 〉 est l’un des états dont l’état flou │entier〉 est la combinaison linéaire : 〈désintégré │entier〉 = A〈entier │entier〉 ≠ 0. (A est un paramètre non nul.)

266. L’ami de Wigner nous le confirmerait… ainsi d’ailleurs que le chat lui-même, s’il était encore en vie et que la nature l’avait doté du don de parole !

267. Une mesure quantique, je l’ai déjà suggéré, consiste à menacer la quantition dans l’objet mesuré. C’est d’ailleurs pour cette raison qu’elle donne toujours un résultat de mesure précis. (« La légende du défi de glace » du chapitre 2 explique cela de façon imagée.)

 

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