Deux versions de la réalité peuvent-elles exister en même temps? Les physiciens disent qu'ils le peuvent - au niveau quantique, bien sûr.
Les chercheurs ont récemment mené des expériences pour répondre à une question de physique théorique vieille de plusieurs décennies sur les réalités duel. Cette expérience de pensée délicate a proposé que deux individus observant le même photon puissent arriver à des conclusions différentes sur l'état de ce photon - et pourtant leurs deux observations seraient correctes.
Pour la première fois, les scientifiques ont reproduit les conditions décrites dans l'expérience de pensée. Leurs résultats, publiés le 13 février dans le journal de préimpression arXiv, ont confirmé que même lorsque les observateurs décrivaient différents états dans le même photon, les deux réalités contradictoires pouvaient toutes deux être vraies.
"Vous pouvez vérifier les deux", a déclaré à Live Science Martin Ringbauer, co-auteur de l'étude, chercheur postdoctoral au Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbrück en Autriche.
L'ami de Wigner
Cette idée déroutante a été inventée par Eugene Wigner, lauréat du prix Nobel de physique en 1963. En 1961, Wigner avait introduit une expérience de pensée qui est devenue connue sous le nom d '"ami de Wigner". Cela commence par un photon - une particule de lumière. Lorsqu'un observateur dans un laboratoire isolé mesure le photon, il constate que la polarisation de la particule - l'axe sur lequel elle tourne - est verticale ou horizontale.
Cependant, avant de mesurer le photon, le photon affiche les deux polarisations à la fois, comme dicté par les lois de la mécanique quantique; il existe dans une "superposition" de deux états possibles.
Une fois que la personne dans le laboratoire a mesuré le photon, la particule assume une polarisation fixe. Mais pour quelqu'un en dehors de ce laboratoire fermé qui ne connaît pas le résultat des mesures, le photon non mesuré est toujours dans un état de superposition.
L'observation de cet étranger - leur réalité - s'écarte donc de la réalité de la personne du laboratoire qui a mesuré le photon. Pourtant, aucune de ces observations contradictoires n'est considérée comme fausse, selon la mécanique quantique.
États modifiés
Pendant des décennies, la proposition hallucinante de Wigner n'était qu'une expérience de pensée intéressante. Mais ces dernières années, d'importants progrès en physique ont finalement permis aux experts de mettre la proposition de Wigner à l'épreuve, a déclaré Ringbauer.
"Des avancées théoriques étaient nécessaires pour formuler le problème d'une manière qui soit testable. Ensuite, le côté expérimental avait besoin de développements sur le contrôle des systèmes quantiques pour implémenter quelque chose comme ça", a-t-il expliqué.
Ringbauer et ses collègues ont testé l'idée originale de Wigner avec une expérience encore plus rigoureuse qui a doublé le scénario. Ils ont désigné deux «laboratoires» où les expériences auraient lieu et introduit deux paires de photons intriqués, ce qui signifie que leurs destins étaient liés, de sorte que connaître l'état de l'un vous indique automatiquement l'état de l'autre. (Les photons dans la configuration étaient réels. Quatre "personnes" dans le scénario - "Alice", "Bob" et un "ami" de chacun - n'étaient pas réelles, mais représentaient plutôt des observateurs de l'expérience).
Les deux amis d'Alice et Bob, qui étaient situés "à l'intérieur" de chacun des laboratoires, ont chacun mesuré un photon dans une paire enchevêtrée. Cela a brisé l'intrication et effondré la superposition, ce qui signifie que le photon qu'ils ont mesuré existait dans un état de polarisation défini. Ils ont enregistré les résultats en mémoire quantique - copiés dans la polarisation du deuxième photon.
Alice et Bob, qui étaient «à l'extérieur» des laboratoires fermés, ont ensuite eu deux choix pour effectuer leurs propres observations. Ils pouvaient mesurer les résultats de leurs amis qui étaient stockés dans la mémoire quantique, et arriver ainsi aux mêmes conclusions sur les photons polarisés.
Mais ils pourraient également mener leur propre expérience entre les photons intriqués. Dans cette expérience, connue sous le nom d'expérience d'interférence, si les photons agissent comme des ondes et existent toujours dans une superposition d'états, alors Alice et Bob verraient un motif caractéristique de franges claires et sombres, où les pics et les vallées des ondes lumineuses s'ajoutent. ou annuler les uns les autres. Si les particules ont "choisi" leur état, vous verriez un schéma différent de celui qu'elles n'avaient pas. Wigner avait précédemment proposé que cela révèle que les photons étaient encore dans un état intriqué.
Les auteurs de la nouvelle étude ont constaté que même dans leur scénario doublé, les résultats décrits par Wigner étaient valables. Alice et Bob ont pu arriver à des conclusions sur les photons qui étaient correctes et prouvables et qui différaient encore des observations de leurs amis - qui étaient également correctes et prouvables, selon l'étude.
La mécanique quantique décrit comment le monde fonctionne à une échelle si petite que les règles normales de la physique ne s'appliquent plus; au cours des dernières décennies, les experts qui étudient le domaine ont proposé de nombreuses interprétations de ce que cela signifie, a déclaré Ringbauer.
Cependant, si les mesures elles-mêmes ne sont pas absolues - comme le suggèrent ces nouvelles découvertes - cela remet en question le sens même de la mécanique quantique.
"Il semble que, contrairement à la physique classique, les résultats de mesure ne peuvent pas être considérés comme une vérité absolue, mais doivent être compris par rapport à l'observateur qui a effectué la mesure", a déclaré Ringbauer.
"Les histoires que nous racontons sur la mécanique quantique doivent s'adapter à cela", a-t-il déclaré.
