La conscience change-t-elle les règles de la mécanique quantique ?

Peut-être notre compréhension de l’intrication quantique est-elle incomplète, ou peut-être la conscience a-t-elle quelque chose de fondamentalement unique.

Nous sommes tous d’accord pour dire que l’intrication quantique est étrange. Pourtant, nous ne nous en préoccupons pas trop, au-delà de certaines de ses applications les plus pratiques. Après tout, le phénomène se produit à des échelles bien plus petites que nos expériences quotidiennes. Mais peut-être la mécanique quantique et l’intrication ne se limitent-elles pas à l’ultra-petit. Les scientifiques ont montré que des objets macroscopiques (bien que petits) peuvent être mis en intrication. Cela soulève la question : Existe-t-il une limite de taille pour l’intrication quantique ? En poussant l’idée plus loin, une personne pourrait-elle être enchevêtrée, avec sa conscience ?

Poser ces questions nous permet non seulement de sonder les limites de la mécanique quantique, mais pourrait également nous conduire à une théorie unifiée de la physique – une théorie qui fonctionne aussi bien pour les électrons que pour les planètes.

Des tambours enchevêtrés

Depuis environ cinq ans, les physiciens tentent de mettre des objets plus grands dans des états intriqués. Il ne s’agit pas de simples particules, mais plutôt de collections de milliers, voire de milliards d’atomes.

En 2021, deux groupes indépendants de physiciens, l’un à l’université Aalto en Finlande et l’autre à l’université de New South Wales en Australie, ont réussi à mettre deux petits “tambours” en intrication. Ces tambours ne mesuraient que 10 microns de diamètre – petits, mais néanmoins macroscopiques. Pour leurs efforts, les équipes ont remporté le prix “Physics World Breakthrough of the Year”.

Les scientifiques du National Institute of Standards and Technology ont pu observer directement l’intrication entre des systèmes de tambours macroscopiques. Un groupe de l’Institut Niels Bohr de l’université de Copenhague a quant à lui placé deux objets macroscopiques différents en intrication quantique l’un avec l’autre : Un tambour de quelques millimètres de long était enchevêtré avec un nuage contenant un milliard d’atomes de césium.

Bien que ces objets soient encore très petits, ils contiennent de grandes collections d’atomes. Les systèmes comportant un grand nombre de particules entraînent une intrication plus compliquée. Ils illustrent également comment l’intrication peut passer au monde macroscopique et, ce faisant, ils nous poussent à nous demander : y a-t-il une limite à la taille d’un objet placé en intrication ?

Il n’y a peut-être pas de limite théorique, bien qu’à mesure que les objets deviennent plus grands, le rôle de la gravité, qui affecte leur fonction d’onde, augmente. Il s’agit en tout cas d’une question intéressante, qui nous conduit dans le domaine de la métaphysique. Par exemple, les gens – la conscience et tout le reste – peuvent-ils s’enchevêtrer ?

Personnes enchevêtrées

Au début des années 1960, le physicien Eugene Wigner, lauréat du prix Nobel, s’est interrogé sur le rôle de la conscience en physique quantique. À l’époque, de nombreux physiciens ne pensaient pas que la conscience ou l’esprit humain avaient quelque chose de spécial. Mais Wigner n’était pas d’accord. Il s’est penché sur la mécanique quantique et a soutenu que la conscience était nécessaire pour qu’une fonction d’onde s’effondre, c’est-à-dire pour que quelque chose se trouve dans un état spécifique.

Pour illustrer son propos, il a imaginé l’expérience de pensée suivante, souvent appelée “l’ami de Wigner”.

Supposons que nous ayons une scientifique, nommée Debbie, dans un laboratoire isolé. Debbie mesure un système dans lequel, par exemple, le spin d’un électron peut être positif ou négatif.

À l’extérieur de son laboratoire isolé, un autre scientifique, Bob, ne connaît pas la mesure effectuée par Debbie. De son point de vue, la fonction d’onde de l’électron ne s’est pas effondrée – elle est toujours dans une superposition de haut et de bas. Comme pour le chat de Schrödinger, du point de vue de Bob, Debbie a observé à la fois le spin haut et le spin bas. Ce n’est que lorsqu’il ouvre la porte du laboratoire et que Debbie lui indique la mesure qu’elle a effectuée qu’il voit la fonction d’onde s’effondrer.

Alors, quand la fonction d’onde s’effondre-t-elle : quand Debbie fait son observation, ou quand Bob la fait ? Existe-t-il une vérité objective en science ? Si oui, les observations de Debbie et de Bob devraient concorder. Mais si deux observateurs voient des choses différentes, les fondements de notre science sont remis en question.

Si tout cela semble ridicule, c’est précisément le point de vue de Wigner. Selon lui, la conscience change les choses. Elle est spéciale. Certains affirment que la résolution du paradoxe de Wigner est essentielle pour une compréhension complète de la mécanique quantique, notamment pour savoir si elle peut être réconciliée avec le monde macroscopique.

La mécanique quantique et la nature de la réalité

En 2020, des scientifiques de l’université de Brisbane, en Australie, ont élargi le paradoxe de Wigner pour y inclure l’intrication quantique. En plus, ils l’ont mis à l’épreuve. Leur expérience a posé la question suivante : Les observateurs peuvent-ils s’accorder sur une seule “vérité” ?

Leur expérience se déroule comme suit : Deux scientifiques dans deux laboratoires fermés – appelons-les Charlie et Debbie – mesurent une paire de photons intriqués. Personne d’autre que Charlie et Debbie ne connaît le résultat de cette expérience. À l’extérieur du laboratoire, il existe une autre paire de “super-observateurs”, Alice et Bob. De leur point de vue, les photons sont toujours dans une superposition d’états. Plus que cela, Charlie et Debbie sont eux-mêmes enchevêtrés. Cela signifie, en substance, que Charlie et Debbie sont intriqués avec leurs particules, et donc intriqués l’un avec l’autre. Par conséquent, chaque fois que Charlie fait une observation, Debbie fera la même observation, et vice versa.

Maintenant, Alice et Bob choisissent au hasard d’ouvrir la porte du laboratoire de leurs amis et de leur demander ce qu’ils ont vu, ou de réaliser une autre expérience.

Faisons une pause et réfléchissons à ce que nous savons, ou du moins à ce que nous pensons savoir, sur le monde réel. Tout d’abord, si Charlie et Debbie font une observation, nous supposons qu’elle pointe vers une seule vérité. En d’autres termes, ce qu’ils ont vu s’est réellement produit. Ensuite, Alice et Bob ont la liberté de choisir d’ouvrir la porte et de demander à Charlie et Debbie ce qu’ils ont vu ou de réaliser une autre expérience. Et enfin, le choix qu’ils font ne doit pas affecter les résultats que Charlie et Debbie ont déjà vus. Dans le monde macroscopique, toutes ces affirmations semblent devoir être vraies.

Lorsqu’ils ont réalisé cette expérience, les chercheurs n’ont pas utilisé des personnes, mais des “observateurs simples” – des photons intriqués qui présentent une polarisation vers le haut et vers le bas jusqu’à ce qu’ils soient observés. L’observation dans cette expérience a lieu lorsque le photon choisit l’un des deux chemins, en fonction de sa polarisation. Lorsque ce choix est fait, le photon est, par essence, observé. Ce choix de chemin joue le rôle de l’observation de Charlie et Debbie dans l’expérience. Les mesures du détecteur de photons jouent le rôle des “super-observateurs”, Alice et Bob. Ils choisissent de détecter le photon (l’équivalent de demander à Charlie et Debbie ce qu’ils ont vu) ou non. De cette façon, l’expérience effectue ses propres mesures.

Si ce que nous croyons être juste (sur la base de nos expériences dans le monde macroscopique) est effectivement vrai, l’expérience devrait montrer un certain nombre de corrélations entre les trajectoires. Si la mécanique quantique est correcte, nous verrions en fait davantage de corrélations entre les résultats. En d’autres termes, notre idée de la réalité – à savoir qu’il existe une vérité universelle dans les observations, que nous avons la liberté de choisir et que ce choix ne peut pas affecter ce qui se passe dans le passé ou à distance – n’est pas compatible avec la mécanique quantique.

Qu’a donc montré leur expérience ? Le nombre de corrélations qu’ils ont observées était conforme à ce que la mécanique quantique aurait prédit.

On pourrait objecter que cette expérience n’a utilisé que des “observateurs simples”. Les choses pourraient changer si nous pouvions réaliser une expérience où les observateurs seraient des personnes réelles et conscientes. Mais alors, demandez-vous : Pourquoi ? Pourquoi la conscience changerait-elle les résultats de l’expérience ? Qu’est-ce que la conscience a de si spécial ?

Vous êtes déjà époustouflé ? Ça devrait être le cas.

Nous n’atteindrons peut-être jamais le stade où nous pourrions réaliser une telle expérience, mais le fait d’y penser soulève plusieurs questions intéressantes. Pourquoi ce que nous croyons sur le fonctionnement du monde est-il incompatible avec la mécanique quantique ? Existe-t-il une réalité objective, même à l’échelle macroscopique ? Ou bien ce que vous voyez est-il différent de ce que je vois ? Avons-nous le choix de ce que nous faisons ?

Une chose au moins est sûre : nous ne voyons pas l’ensemble du tableau. Peut-être notre compréhension de la mécanique quantique est-elle incomplète, ou peut-être quelque chose change-t-il lorsque nous la transposons à l’échelle macroscopique. Mais peut-être que notre rôle d’observateur conscient du monde qui nous entoure est, en effet, unique.

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Source : Big Think – Traduit par Anguille sous roche