Qu'est-ce que le chat de Schrödinger ?

« Le chat de Schrödinger » est l'une de ces phrases qui revient de temps en temps dans la conversation. Pourtant, pour ceux qui n'ont jamais été étudiants en physique, ou au moins entendu l'explication de Sheldon sur la théorie du Big Bang, ce que cela signifie n'est peut-être pas clair. La réponse courte est que le chat de Schrödinger est le nom d'une célèbre expérience de pensée proposée pour la première fois par le physicien Erwin Schrödinger. La longue réponse et la source de l'un des débats les plus importants de la physique nous invitent à entrer dans le domaine bizarre de la mécanique quantique pour peut-être reconsidérer nos hypothèses sur la réalité.

Qui était Erwin Schrödinger ?

Erwin Schrödinger est né le 12 août 1887 à Vienne, capitale de l'Autriche-Hongrie. Le père d'Erwin, Rudolph Schrödinger, était botaniste et propriétaire d'une usine de toile cirée. Sa mère, Georgine, était la fille du professeur de chimie de Rudolph. Enfant unique, Erwin a été élevé comme luthérien et a fait ses études privées à la maison jusqu'à l'âge de 11 ans. Erwin a excellé dès son plus jeune âge en langue, en mathématiques et en physique.

L'éducation de Schrödinger

Schrödinger s'est inscrit à l'Université de Vienne et a étudié la physique. Il a été fortement influencé par ses collègues physiciens Franz Exner, un pionnier du domaine, et Fritz Hasenohrl, plus tard directeur de la physique théorique. Schrödinger a obtenu son doctorat. en 1910. Il a été enrôlé et envoyé en Italie comme officier d'artillerie en 1914. Schrödinger a eu plus de chance que son collègue et mentor, Hasenohrl, qui a été tué par une grenade en 1915. Survivant à la guerre, il a occupé des postes de professeur dans plusieurs universités avant de se marier Annemarie Bertel en 1920.

L'équation de Schrödinger

En 1921, Schrödinger devint professeur à l'Université de Zurich, et il devint clair qu'il avait de nouvelles idées dans le domaine de la physique atomique. En réponse aux théories selon lesquelles le mouvement des électrons à l'intérieur d'un atome pourrait être décrit comme une onde, Schrödinger a fourni la preuve mathématique nécessaire avec son équation de la théorie des ondes de 1926. L'étincelle de la créativité aurait surgi lors d'une liaison torride avec un vieux Viennois. copine.

La naissance de la mécanique quantique

L'équation de Schrödinger a fourni une description robuste du comportement et du mouvement des atomes. En attribuant leur mouvement à une onde probabiliste, la position et l'état d'un atome pourraient être traités statistiquement. Jusqu'à ce qu'une mesure directe soit prise, l'atome était dit être dans un état de superposition. Selon l'interprétation de Copenhague, cela signifiait qu'il pouvait être considéré comme étant dans tous les endroits à la fois. La question clé pour les physiciens, la théorie des ondes était-elle simplement un outil mathématique pratique ou décrivait-elle quelque chose de physiquement réel ? Où était vraiment l'atome ?

Un pinceau avec Einstein et les nazis

En 1927, Schrödinger déménage avec sa femme à l'université Friedrich Wilhelm de Berlin. Ici, il côtoyait Albert Einstein. Tout en continuant à y faire des recherches importantes et innovantes, il est devenu de plus en plus alarmé par l'atmosphère antisémite croissante en Allemagne. Suivant l'exemple d'Einstein, en 1937, il quitte l'Allemagne et s'installe en Angleterre, occupant un poste à Oxford. Peu de temps après, il reçut le prix Nobel de physique en 1933.

Le chat de Schrödinger

Malgré son rôle central dans la création de la théorie des ondes, Shrödinger n'a jamais été à l'aise avec ses implications. Comme de nombreux physiciens, il ne pouvait pas concilier l'incertitude quantique au niveau atomique avec notre expérience quotidienne de la réalité. Dans le monde que nous voyons, les personnes et les objets ont une place et un état définis, que nous les observions ou non. Pour mettre en évidence cette contradiction, il a formulé une expérience de pensée qui impliquait un chat dans une boîte scellée, une substance radioactive et un compteur Geiger pour mesurer la désintégration de la substance.

Pendant une heure, il y aurait 50 % de chances que la matière radioactive se désintègre et émette un seul atome. Si cela se produisait, le compteur Geiger le détecterait et activerait un relais qui ferait en sorte qu'un marteau brise un flacon d'acide. L'acide serait libéré dans la boîte, tuant le chat. La question était : le chat est-il vivant ou mort ?

Le paradoxe du chat de Schrödinger

Du point de vue de la mécanique quantique, on dit que le chat est dans un état superposé, avec une probabilité égale d'être mort ou vivant. L'état du chat n'est déterminé que lorsqu'il est mesuré ou observé. Cela semblait absurde, a écrit Schrödinger, car le chat doit sûrement être l'un ou l'autre, qu'un observateur décide de jeter un coup d'œil ou non. Pourtant, c'est exactement ainsi que les atomes semblaient se comporter. En liant le destin du chat aux fluctuations des noyaux atomiques, Shrödinger démontrait le problème central de l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique.

Inquiétudes et regrets

Inutile de dire que lorsqu'on lui a demandé ce qu'il pensait de l'interprétation de Copenhague de sa théorie des ondes, Shrödinger a répondu : 'Je n'aime pas ça, et je suis désolé d'avoir jamais eu quelque chose à voir avec ça.' Schrödinger discutera pendant des années avec ses contemporains du sens de sa propre expérience.

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Schrödinger a-t-il déjà possédé un chat ?

La rumeur populaire est qu'à un moment donné au cours des années 1930, Schrödinger aurait pu posséder un chat nommé Milton dans sa maison d'Oxford. Heureusement, malgré une certaine inspiration pour son propriétaire, il n'y a aucune preuve que Schrîlele chat de Dinger n'a jamais été mis dans une boîte avec un flacon d'acide.

Héritage

Schrödinger est décédé le 4 janvier 1961 dans la même ville où il est né, Vienne. Au moment de sa mort, lui et son félin théorique avaient laissé une marque indélébile sur la science de la mécanique quantique. Alors que de nombreux grands esprits ont contribué au développement de la théorie des ondes et du concept d'indétermination, un seul sera à jamais connu comme le père de la mécanique quantique, et c'est Erwin Schrödinger.