En quoi la mécanique quantique est-elle étrange ?

« Quiconque n’est pas choqué par la théorie quantique n’en a pas compris un seul mot »

Cette phrase prononcée par le physicien danois Niels Bohr résume tout à fait la mécanique quantique, cet univers étrange et absurde du point de vue des réalistes. Lorsque l’on s’intéresse à cette science, nous sommes obligé de remettre en question une série de chose que l’on tenait pour absolument vrai et immuable. En effet, la mécanique quantique prend un point de vue totalement différent, sans être opposé, à celui de la science dite classique. C’est pour cette raison que de nombreux physiciens préconisent de prendre une attitude anti réaliste face à cette science si l’on veut éviter une révision profonde de notre réalité. Or, la mécanique quantique est indispensable pour la compréhension de notre monde à très petite échelle, elle permet d’expliquer le comportement de la matière au niveau macroscopique. Sans elle, les atomes et même nous, en tant qu’Homme n’existeraient pas. Dans cet essai, nous parlerons de la mécanique quantique « de base », non relativiste et ignorant les effets de gravitations. Une fois ce cadre établi, nous pouvons nous pencher sur la question qui nous intéresse ici, à savoir en quoi la mécanique quantique est-elle étrange ? On entend par étrange quelque chose qui sort de l’ordinaire, qui surprend l’esprit ou les sens par un ou des caractères inhabituels^[1]. En ce sens, la mécanique quantique est bel et bien étrange puisque ces implications métaphysiques nous force à réviser notre vision classique du monde et est souvent qualifiée de contre intuitive, elle est alors étrange mais seulement par rapport à la physique classique^[2]. Mais au-delà de ce rapport, la mécanique quantique est également intrinsèquement étrange, et il est difficile de trouver un consensus même au sein des experts. Nous allons aborder ces différents angles au cours de notre essai.

Au premier abord, la mécanique quantique peut être vue comme étant complétement opposée à la physique classique. Evidemment, l’objet d’étude est différent, puisque l’on décrit des systèmes à très petites échelles et non plus le monde physique à notre échelle, toutefois, nous aurions très bien pût étudier des objets différents sans compromettre pour autant la logique utilisée. En mécanique quantique ce n’est pas le cas.

Plusieurs théories (si ce n’est pas l’ensemble des théories) viennent bouleverser la logique classique. Dans un premier temps, le fait que les lois de la mécanique quantique soient probabilistes, tandis que celles de la physique classique sont déterministes représente une première différence, or, notre monde étant régit principalement par la physique classique, chaque différence observé entre les deux sciences est considérée comme quelque chose d’étrange voir incompréhensible. Ce que l’on va observer dans la physique classique est immuable, les lois dynamiques servent à prédire l’état d’un système grâce à la connaissance que l’on va avoir sur l’état présent ou passé de ce système. On entend par état d’un système son état physique, soit ses propriétés (cela peut être sa vitesse et son poids par exemple). Or en mécanique quantique, ce que l’on décrit n’est plus l’état physique mais l’état quantique d’un système, dans cet état, il nous est impossible de connaître avec certitude les propriétés physiques de ce système à l’avance, nous ne pouvons faire que des prédictions. L’outil qui nous permet de décrire le comportement de l’état quantique d’une particule est la fonction d’onde. Celle-ci ne peut donner qu’une probabilité de la valeur d’un état quantique.

La deuxième grande différence de la mécanique quantique vis-à-vis de la physique classique est le non-respect du principe de localité des interactions. Dans la physique classique, un phénomène s’explique par une interaction locale. Deux objets éloignés ne peuvent pas s’influencer instantanément, il existe toujours une chaîne de cause à effet continue dans l’espace-temps qui va expliquer le phénomène, et si ce n’est pas le cas il est expliqué par une médiation (dans le cas où on observe un phénomène entre deux aimants, les deux aimants n’interagissent pas à distance mais créé un champ magnétique qui va interagir localement avec un des aimants). Or, dans le cadre de la mécanique quantique ce principe n’existe plus. Les états vont être interdépendant les uns des autres, ainsi, même avec une distance importante, la modification d’un électron par exemple implique la modification de l’autre. Ce phénomène est appelé l’intrication quantique, il est d’autant plus étrange qu’il implique que les particules communiquent entre elle plus vite que la vitesse de la lumière.

Le principe de superposition pose également problème pour les physiciens classiques. Alors qu’un objet ne peut être que dans un seul état, une particule microscopique peut être dans un mélange de plusieurs états. Ainsi, si l’on prend un électron, il peut avoir deux vitesses ou être à deux endroits différents, voire plus. La particule n’aura donc pas une valeur réelle mais une superposition.

Enfin, nous avons pour habitude (puisque c’est ainsi que la physique classique raisonne) de considéré une partie avec son tout. Lorsque l’on considère que l’on décrit parfaitement un objet constitué de sous objet, la description parfaite de l’objet global inclut la description parfaite en sous ensemble. En mécanique quantique, la description optimale d’un système dans l’ensemble ne comprend pas la description des sous-systèmes, tel est le cas dans le phénomène de l’intrication.

Ainsi, la mécanique quantique observée par un physicien classique paraît déconcertante, il faut être prêt à accepter des faits qui défient toute logique, et qui nous poussent à revoir notre vision du monde. Mais elle n’est pas étrange qu’en comparaison, elle l’est aussi intrinsèquement.

Plus on étudie la mécanique quantique, plus l’on se rend compte du mal qu’on a à la saisir, cela vient du fait qu’elle est différente de ce qu’on a l’habitude de concevoir, mais pas seulement. La mécanique quantique constitue un casse-tête à elle-même, tant  elle est remplie de paradoxes.

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