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Le choix secret d’un photon : son comportement peut-il réellement être déterminé seulement après le montage expérimental ?
Les profondeurs de la physique quantique remettent souvent en question notre compréhension fondamentale de la réalité, comme l’illustrent les expériences de choix différé de John Archibald Wheeler en 1978 et 1984. Ces expériences de pensée mettent en évidence une idée fondamentale de la théorie quantique, suggérant que les photons ne devraient recevoir aucune substance concrète pendant leur vol depuis leur point d’entrée jusqu’à leurs instants finaux.
Ces expériences ont comblé une lacune dans l’expérience traditionnelle à double fente, montrant que le comportement quantique dépend de la configuration expérimentale.
Le concept de choix différé perturbe notre compréhension de la causalité, en particulier lorsqu'il s'agit de la façon dont un photon de lumière « décide » de voyager sous forme de particule ou d'onde. Les premiers chercheurs ont affirmé que les photons semblaient « détecter » l’appareil expérimental qu’ils traversaient et ajuster leur comportement en conséquence.
Le concept de Wheeler d'expérience de choix différé
L’expérience de choix différé de Wheeler a démontré que le modèle de propagation ne pouvait pas expliquer de manière cohérente la théorie quantique. Dans cette expérience, les photons ont deux chemins égaux de la source au détecteur. La clé de cette expérience est que le choix entre les deux chemins est retardé jusqu’à juste avant le test.
L’objectif est de s’assurer que toute particule ou onde voyageant dans un système quantique a traversé deux chemins distincts avant de choisir une manière de procéder dans une expérience.
Ou du point de vue d'un « interféromètre cosmique », Wheeler a imaginé un quasar à des milliards d'années-lumière de distance, courbant et interférant la lumière à travers une galaxie massive. Lorsque les photons voyagent en direction de la Terre, ils doivent « décider » de faire le tour de cette immense galaxie sous forme de particules ou d’ondes, empruntant les deux chemins à la fois.
Version universelle de l'expérience
Lorsque ces photons atteindront la Terre, les observations astronomiques verront l’image de deux quasars séparés par l’effet de lentille gravitationnelle. Certains chercheurs soulignent que si un photon est émis sous forme de particule, il ne devrait être détectable que dans un seul télescope. Le choix des photons semble avoir été fixé il y a des centaines de millions d’années. Cependant, les chercheurs ont commencé à remettre en question cette configuration en acheminant la sortie de deux télescopes vers un séparateur de faisceau.
Les résultats des observations de ce système ont été surprenants : une sortie présentait une forte interférence, tandis que l’autre était presque nulle, indiquant que les photons subissaient des effets quantiques auto-annulables au cours du processus.
Wheeler a poussé sa réflexion encore plus loin et a commencé à se demander si tout cela signifiait que le comportement des photons était traçable et auto-sélectionné. En d’autres termes, lorsque les astronomes placent ou retirent un séparateur de faisceau à un moment donné, ces photons d’il y a des millions d’années pourraient rétroactivement faire des choix différents, ce qui a captivé l’imagination des gens.
Discussion et réflexion sur l'expérience à double fente
L’idée du choix différé se retrouve également dans l’expérience classique de la double fente. Une fois configuré sur la base du comportement des photons, comment la lumière passerait-elle à travers les doubles fentes différemment selon l'équipement de détection ? Cette question déroute-t-elle de nombreux scientifiques ? L'expérience de la double fente révèle la dualité onde-particule et incite les gens à réfléchir : comment un photon devient-il une onde ou une particule au moment de la « décision » ?
Les résultats prévisibles de l’expérience n’ont pas été affectés quel que soit le moment où l’écran de détection a été inséré ou retiré, ce qui remet en cause notre compréhension fondamentale des phénomènes quantiques.
Dans ce défi, les scientifiques ont également commencé à explorer l'interprétation de Bohm, selon laquelle les photons ou les électrons suivent les lois de la physique classique et sont influencés par le potentiel quantique sur cette base. Cette théorie offre une perspective différente sur le lien entre le comportement quantique et l’histoire, mais cette vision est également confrontée au défi d’être incompatible avec la relativité.
Expériences et réflexions futures
Les chercheurs qui s’orientent vers la conception d’expériences de choix différé basées sur les effets quantiques ont finalement révélé la structure profonde de la dualité onde-particule. Ces explorations expérimentales non seulement élargissent notre compréhension du monde quantique, mais incitent également à repenser le rôle des observateurs. En tant qu’expériences de choix différé les plus récentes, leurs frontières avec la physique classique deviennent de plus en plus floues et elles présentent de nouveaux phénomènes de coexistence onde-particule.
À mesure que les expériences progressent, la communauté scientifique se penche sur une question clé : le comportement des photons est-il réellement déterminé par nos choix ? Peut-être qu’à un niveau plus profond, tout cela fait simplement partie du fonctionnement complexe de la nature ?
