Selon la physique quantique, certaines particules s'influencent instantanément, indépendamment de la distance qui les sépare. Or, la relativité restreinte interdit aux informations de voyager plus vite que la lumière. Après des décennies de débats, la physique quantique l'emporte sur la relativité dans cette controverse.
« Je pense que je peux dire en toute sécurité que personne ne comprend la mécanique quantique. » Cette phrase du lauréat du Nobel Richard Feynman, écrite il y a plus d'un demi-siècle, reste d'actualité. Dans ce blog en deux parties, la partie 1 explore le monde étrange de la physique quantique. La partie 2 présentera les preuves expérimentales.
La physique quantique s'est développée entre 1900 et 1930. Elle décrit le comportement de la nature à l'échelle atomique et subatomique, où atomes et particules élémentaires défient notre intuition quotidienne. L'attraction la plus célèbre reste le chat de Schrödinger, à la fois mort et vivant.
L'intrication quantique, que nous examinons ici, rivalise en fascination. Les équations quantiques prédisent des particules liées de manière indissociable : leurs propriétés physiques, comme l'énergie ou la charge, ne peuvent être définies indépendamment. Ces particules intriquées existent naturellement et peuvent être produites en laboratoire.
Imaginons un cas simple : un électron et un positron (l'antiparticule de l'électron, de charge positive opposée). Nous nous concentrons sur leur spin, une propriété quantique analogue à un moment angulaire, qui ne prend que deux valeurs : +1/2 ou -1/2. La paire intriquée a un spin total nul : si l'électron est à +1/2, le positron est à -1/2, et vice versa.
L'image ci-dessous illustre cette paire intriquée.
Rien d'étrange jusqu'ici : on pourrait penser que les spins sont prédéfinis à la création de la paire. Mais la mécanique quantique, via l'interprétation de Copenhague dominante, stipule que la valeur du spin reste indéterminée tant qu'aucune mesure n'est effectuée. Cette incertitude est inhérente à la nature quantique : on ne décrit que des probabilités, l'état étant une superposition de possibilités.
La mesure force la particule à adopter une valeur définie, effaçant les autres probabilités. Avant mesure, chaque particule a 50 % de chances pour +1/2 ou -1/2. Mesurer l'électron à +1/2 fixe instantanément le positron à -1/2, sans le mesurer, grâce à l'intrication.
Comment le positron « sait-il » le résultat de la mesure sur l'électron ? En physique classique, un signal voyageant à vitesse finie serait requis, mais l'intrication agit instantanément, même à des distances cosmiques, violant la limite de la vitesse de la lumière selon Einstein.
Mesurer le positron en premier donnerait un résultat cohérent à 100 %, impossible sans « action fantomatique à distance » (spukhafte Fernwirkung), comme le railla Einstein. Cela heurte le réalisme local : localité (pas d'effet instantané à distance) et réalisme (propriétés objectives indépendantes de la mesure).
Faut-il rejeter la physique quantique ? Certainement pas, pionnière d'Einstein lui-même, avec ses succès indéniables. Son camp la juge incomplète, menant à une théorie plus profonde, peut-être via des « variables cachées » prédéfinissant les résultats sans probabilités.
La partie 2 abordera l'expérience de pensée EPR d'Einstein, Podolsky et Rosen (1935).
À la fin de cette plongée quantique, deux voies : accepter les bizarreries quantiques, validées expérimentalement comme la relativité ; ou suivre Einstein, exigeant une théorie complète intégrant la quantique.
La partie 2 révèle ce que disent les expériences.
