Wigner's Friend Paradox Revisited
Cet article propose une interprétation de Copenhague modifiée de la mécanique quantique qui résout les paradoxes de l'ami de Wigner en distinguant un état quantique universel indépendant de l'observateur de la connaissance des observateurs conscients, générant ainsi des prédictions testables qui diffèrent des analyses précédentes.
Article original sous licence CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète
Imaginez l'univers comme la scène ultime et invisible où les particules jouent leurs rôles. Dans le monde de la mécanique quantique, les règles de cette scène sont notoirement étranges. Contrairement à une balle de baseball qui se trouve soit au champ gauche, soit au champ droit, une particule quantique peut être en « superposition », ce qui revient à être dans les deux champs à la fois jusqu'à ce que quelqu'un regarde. Ce « regard » est appelé une mesure, et selon les règles classiques du jeu, l'acte de regarder force la particule à choisir un emplacement unique, un processus souvent appelé « effondrement de la fonction d'onde ». Mais voici la partie délicate : que se passe-t-il si la personne qui regarde est à l'intérieur d'une pièce scellée, et qu'une autre personne observe depuis l'extérieur ? La particule choisit-elle un emplacement quand la personne à l'intérieur regarde, ou seulement quand la personne à l'extérieur regarde ? Ce casse-tête, connu sous le nom de « l'ami de Wigner », est une source de maux de tête pour les physiciens depuis des décennies car il semble suggérer que deux personnes peuvent observer la même réalité et voir deux vérités complètement différentes et contradictoires. Si la science est censée décrire une réalité unique et partagée, c'est un problème majeur.
Un nouvel article de Peter Reichert et Markus Enz suggère un moyen de démêler ce nœud. Ils proposent une version modifiée des règles standards qui maintient l'univers comme une scène objective et unique pour tout le monde, tout en admettant que ce que nous savons sur la scène peut varier d'une personne à l'autre. Au lieu que l'univers change d'avis en fonction de qui regarde, ils suggèrent que l'univers fait un choix dès qu'une mesure est effectuée, même si aucun humain n'est présent pour le voir. L'« ami » à l'intérieur de la pièce voit un résultat défini, et le « Wigner » à l'extérieur, qui n'a pas encore jeté un coup d'œil, possède simplement une information incomplète sur ce résultat, et non une réalité différente. En traitant l'effondrement de la fonction d'onde comme un événement réel qui arrive au système lui-même, plutôt que comme une simple mise à jour de notre connaissance, les auteurs suggèrent que nous pouvons mettre fin aux contradictions. Ils démontrent que si l'on suit ces règles modifiées, les mathématiques fonctionnent sans les paradoxes, et ils prédisent même que les probabilités de certains résultats seraient légèrement différentes de celles d'autres théories, offrant ainsi un moyen de tester qui a raison à l'avenir.
L'histoire de l'ami et du spectateur
Pour comprendre ce que font Reichert et Enz, jouons à un jeu de « cache-cache quantique ».
Dans la version classique de ce jeu, imaginez qu'une amie (appelons-la F) est enfermée dans un laboratoire isolé et insonorisé. À l'intérieur, elle possède une pièce de monnaie tournante qui est dans un état magique d'être à la fois Pile et Face en même temps. Elle lance la pièce et regarde le résultat. Dans son esprit, la pièce est définitivement tombée sur Pile (ou Face). Elle connaît la vérité.
Maintenant, imaginez Wigner (appelons-le W) debout à l'extérieur du laboratoire. Il n'a pas ouvert la porte ni regardé à l'intérieur. Selon certaines anciennes règles quantiques, parce que Wigner n'a pas regardé, l'ensemble du laboratoire — y compris son amie et la pièce — est encore dans une superposition magique de « l'amie voit Pile » et « l'amie voit Face » simultanément. Pour Wigner, l'amie est indécise. Pour l'amie, l'amie est décidée. C'est le paradoxe : deux personnes observant la même situation voient deux réalités différentes.
Reichert et Enz disent : « Attendez. Changeons les règles juste un peu. »
Ils proposent trois idées principales pour corriger le jeu :
- L'univers est un grand film : Il n'existe qu'un seul véritable état de l'univers, et il ne change pas en fonction de celui qui regarde. C'est comme un film projeté sur un écran ; le film ne change pas simplement parce que vous portez des lunettes 3D ou que vous êtes assis au dernier rang.
- Le « déclic » se produit partout : Lorsqu'une mesure est effectuée (comme l'amie regardant la pièce), l'univers « s'installe » instantanément dans un état défini. Cela se produit même si l'amie est dans une pièce scellée et que personne d'autre n'est encore au courant. L'observation de l'amie provoque l'effondrement de la fonction d'onde, tout comme un événement réel.
- La connaissance est différente de la réalité : C'est la partie la plus importante. Les auteurs établissent une distinction nette entre ce qui se passe réellement (l'état objectif) et ce que nous savons de cela (notre connaissance). L'amie à l'intérieur sait que la pièce est sur Pile. Wigner à l'extérieur ne le sait pas encore. Mais le manque de connaissance de Wigner ne signifie pas que la pièce est encore en train de tourner en l'air. Cela signifie simplement que Wigner devine. Il a une chance sur deux de deviner juste, mais la pièce est déjà posée sur la table.
Le jeu étendu : Deux amis, deux spectateurs
L'article devient encore plus intéressant lorsqu'ils examinent une version plus complexe de ce jeu, proposée par d'autres scientifiques (Frauchiger et Renner). Dans cette version, il y a deux laboratoires, deux amis (F et F') et deux spectateurs (W et W'). C'est comme un double jeu de cache-cache où les amis se passent une note secrète.
Dans l'ancienne version paradoxale de ce jeu, les mathématiques suggéraient que si tout le monde suivait les règles de la mécanique quantique, ils arriveraient finalement à un point où ils seraient tous d'accord sur la configuration, mais en désaccord sur le résultat d'une manière qui brise la logique. C'était comme un puzzle où les pièces s'emboîtent parfaitement pour tout le monde, sauf que l'image qu'ils voient est impossible.
Reichert et Enz font passer ce scénario complexe à travers leurs nouvelles règles. Ils suivent l'« état réel » des laboratoires et la « connaissance » des observateurs étape par étape.
- Étape 1 : Le premier ami lance une pièce quantique. L'univers se fige sur un résultat (Pile ou Face). L'ami connaît le résultat. Les autres observateurs ne le savent pas, ils détiennent donc une distribution de probabilité (une supposition) basée sur ce qu'ils savent.
- Étape 2 : Le résultat de la pièce détermine comment une seconde particule est préparée. Le second ami mesure cette particule. À nouveau, l'univers se fige. Le second ami connaît le résultat. Les autres mettent à jour leurs suppositions.
- ** Étape 3 :** Les spectateurs extérieurs (W et W') effectuent une mesure spéciale sur l'ensemble des laboratoires.
Voici le tour de magie : Parce que les auteurs supposent que la fonction d'onde s'est effondrée plus tôt (lorsque les amis à l'intérieur ont effectué leurs mesures), les mathématiques fonctionnent différemment de la version paradoxale. Dans la version paradoxale, les spectateurs extérieurs supposent que les laboratoires sont encore dans une superposition floue, ce qui mène à une contradiction. Mais dans cette nouvelle version, les laboratoires sont déjà dans un état défini (même si les spectateurs ne savent pas lequel).
Lorsqu'ils calculent les chiffres, ils découvrent que la probabilité d'obtenir une combinaison spécifique de résultats « impossibles » est de 1/4 (soit 25 %). Dans l'ancienne analyse paradoxale, cette probabilité était calculée à 1/12 (environ 8,3 %).
Pourquoi cela importe
Les auteurs ne prétendent pas avoir résolu le mystère de l'univers pour toujours. Ils admettent que nous ne savons pas encore exactement comment ou pourquoi la fonction d'onde s'effondre. Ils traitent l'« effondrement » comme une règle pour l'instant, un substitut en attendant de trouver une théorie plus profonde. Mais en utilisant cette règle, ils montrent que les terribles contradictions du paradoxe de l'ami de Wigner disparaissent.
Ils soutiennent que l'univers n'a pas besoin d'un observateur conscient pour « s'éveiller » et décider de ce qui est réel. La mesure a lieu, l'état devient défini, et la seule chose qui change pour l'observateur extérieur est sa connaissance de cet état.
Le meilleur dans tout cela ? Ce n'est pas seulement un débat philosophique. Parce que leurs nouvelles règles prédisent une probabilité différente (1/4 au lieu de 1/12) pour certains résultats, cette idée est en fait testable. Si les expériences futures peuvent mesurer ces résultats spécifiques avec suffisamment de précision, nous pourrons peut-être prouver si l'univers s'effondre quand l'ami regarde, ou s'il attend le spectateur extérieur.
Ainsi, la prochaine fois que vous vous demanderez si un arbre fait du bruit lorsqu'il tombe dans une forêt déserte, souvenez-vous de cet article : l'arbre fait probablement du bruit (l'univers se fige), mais si vous n'êtes pas là pour l'entendre, vous devez simplement deviner quel était le son. Et grâce à Reichert et Enz, nous pourrons bientôt vérifier si notre supposition était la bonne.
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