En 1961, le physicien et lauréat du prix Nobel Eugene Wigner a décrit une expérience de pensée qui a démontré l'un des paradoxes les moins connus de la mécanique quantique. L'expérience montre comment la nature étrange de l'univers permet à deux observateurs - disent Wigner et l'ami de Wigner - de vivre des réalités différentes. Depuis lors, les physiciens ont utilisé l'expérience de pensée «l'ami de Wigner» pour étudier la nature des mesures et débattre de l'existence de faits objectifs.
Tout d'abord, parlons de l'expérience de pensée de Wigner:
Supposons que deux personnes ouvrent la boîte avec le chat de Schrödinger en même temps. Si le résultat (de l'effondrement de la fonction d'onde) est choisi par l'observateur, comme l'implique la solution idéaliste, alors si les deux observateurs font des choix différents, un problème se pose. Si nous nommons l'un des deux résultats, alors un seul des observateurs peut faire un choix, et les partisans du réalisme considèrent à juste titre cette décision comme insatisfaisante.
Le paradoxe est devenu important parce que les scientifiques mènent des expériences pour établir des faits objectifs. Mais s'ils sont confrontés à des réalités différentes, comment peuvent-ils s'entendre sur ce que pourraient être ces faits? L'expérience de pensée de Wigner n'a jamais été qu'une expérience de pensée.
Mais l'année dernière, les physiciens ont remarqué que les progrès récents de la technologie quantique ont permis de reproduire le test de l'ami de Wigner dans une expérience réelle, c'est-à-dire qu'il est devenu possible de créer différentes réalités et de les comparer en laboratoire afin de savoir si elles peuvent être réconciliées.
Y a-t-il une réalité objective?
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Et aujourd'hui, Massimiliano Proietti de l'Université Heriot-Watt d'Édimbourg et plusieurs de ses collègues ont déclaré avoir mené cette expérience pour la première fois: ils ont créé des réalités différentes et les ont comparées. Et ils sont arrivés à la conclusion que Wigner avait raison: ces réalités peuvent être inconciliables dans la mesure où il est impossible de parvenir à un consensus sur des faits objectifs dans une expérience.
L'expérience de pensée originale de Wigner a commencé avec un seul photon polarisé qui, lorsqu'il est mesuré, peut être polarisé horizontalement ou verticalement. Mais avant la mesure, selon les lois de la mécanique quantique, le photon existe simultanément dans les deux états de polarisation - ce que l'on appelle la superposition.
Wigner a imaginé un ami dans un autre laboratoire qui mesure l'état de ce photon et stocke le résultat, tandis que Wigner observe de loin. Wigner n'a pas d'informations sur les mesures de son ami et doit donc supposer que le photon et sa mesure sont dans une superposition de tous les résultats expérimentaux possibles.
Wigner peut même mener une expérience pour déterminer si cette superposition existe ou non. Une sorte d'expérience d'interférence qui montrera que le photon et la mesure sont bien en superposition.
Du point de vue de Wigner, c'est un «fait» - la superposition existe. Et ce fait suggère que la mesure n'a pas pu être effectuée.
Mais son ami ne sera pas d'accord avec cela, car il a mesuré la polarisation du photon et l'a enregistrée. L'ami peut même appeler Wigner et lui dire que la mesure a été prise (à condition que le résultat ne soit pas divulgué).
Deux réalités se contredisent. «Cela jette un doute sur le statut objectif des faits établis par les deux observateurs», déclare Proietti.
C'est la théorie, mais l'année dernière, Caslav Bruckner de l'Université de Vienne en Australie a trouvé un moyen de recréer l'ami Wigner dans le laboratoire en utilisant des techniques qui impliquent l'enchevêtrement de nombreuses particules à la fois.
La percée de Proietti est qu'ils l'ont fait. Ils ont mis en œuvre un scénario étendu «ami de Wigner» dans une expérience moderne à six photons.
Six photons ont été enchevêtrés pour créer deux réalités alternatives - l'une représentant Wigner et l'autre représentant l'ami de Wigner. L'ami de Wigner mesure la polarisation du photon et stocke le résultat. Wigner effectue ensuite une mesure d'interférence pour voir si la mesure et le photon sont en superposition.
L'expérience a donné un résultat ambigu. Il s'avère que les deux réalités peuvent coexister, même si elles produisent des résultats inconciliables, comme l'a prédit Wigner. Cela soulève un certain nombre de questions intéressantes qui poussent les physiciens à repenser la nature de la réalité.
L'idée que les observateurs peuvent finalement réconcilier leurs mesures dans une réalité fondamentale repose sur plusieurs hypothèses. Premièrement, les faits universels existent et les observateurs peuvent s'entendre sur eux.
Mais il y a aussi d'autres hypothèses. La première est que les observateurs sont libres de faire les observations qu'ils souhaitent. Et encore une chose: le choix que fait un observateur n'affecte pas le choix des autres observateurs. Cette hypothèse de la physique est appelée localité.
S'il existe une réalité objective avec laquelle tout le monde peut être d'accord, toutes ces hypothèses seront correctes.
Mais le résultat de Proietti et de ses collègues suggère que la réalité objective n'existe pas. En d'autres termes, une expérience suppose qu'une ou plusieurs hypothèses sont qu'il existe une réalité avec laquelle nous sommes d'accord; qu'est-ce que la liberté de choix; ou localité - devrait être faux.
Il y a bien sûr une autre option. La possibilité qu'il y ait une faille que les expérimentateurs ont manquée. En fait, les physiciens ont essayé de combler les lacunes de ces expériences pendant de nombreuses années, mais ils admettent qu'ils ne pourront peut-être jamais les combler tous.
Cependant, le travail a des implications importantes pour la science. La prochaine étape est d'aller plus loin: créer des expériences qui créent des réalités alternatives toujours plus bizarres et impossibles à concilier. Où cela nous mènera, personne ne le sait.
Ilya Khel
