L'aléatoire, l'insolite et le prévisible
Ligne du temps et univers
Point connaissances : La superposition quantique
La superposition quantique dit qu'une particule peut être dans tout ses états à la fois en même temps. Autrement dit il peut y avoir superposition de vitesse, de spin (rotation), de position...
Une particule peut donc par exemple tourner dans un sens et dans l'autre en même temps.
Mais, si une conscience est témoin de ce mélange d'état, la superposition s'annule et la particule se retrouve dans un état bien défini.
Chacune des possibilités représente une probabilité sur toutes les observables possibles, leur somme est appelée "fonction d'onde" et nous pouvons la calculer avec l'équation de Schrödinger.
Dans cet exemple, la particule pourrait donc sélectionner le deuxième sens.
Chacun des sens avaient la même probabilité d'être vérifié.
Les univers parallèles
L'expérience des fentes de Young montre très bien ce comportement à l'échelle subatomique :
Sauf qu'en fait ils touchent le mur du fond en bien plus de tranches, créant ainsi un patron d'interférence (comme le feraient 2 ondes se propageant dans l'eau).
Ce comportement est donc comparable à celui des ondes. En 1926, Max Born l'appelle "onde de probabilité" : en étudiant les creux et les pics de l'onde nous pouvons trouver les différentes possibilités pour les positions des particules. Et bien sûr, si nous essayons d'observer le comportement des électrons au moment de leur passage à travers les fentes, ils sélectionnent une position et créent deux tranches sur le mur du fond.
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Différentes théories ont été érigées à la suite de cette découverte. Nous allons d'abord découvrir les univers fourchus d'Hugh Everett, puis ce que nous avons nous mêmes imaginé.
Everett a voulu donner un devenir aux états que la particule perd : selon lui elle n'en perd aucun. Il a donc élaboré la théorie des univers à fourche qui dit en clair, qu'à chaque fois qu'une superposition s'effondre l'univers se fourche en autant de mondes que d'états. Aucune possibilité n'est donc sélectionnée car toutes se réalisent mais chacune dans un monde différent. D'un univers à la base où nous avons la particule on aboutit donc à plusieurs mondes (un par possibilité de la particule), mais sans gagner de la matière. En effet chacun de ces mondes est une "version" de l'univers. Il en résulte un seul univers mais avec un nombre incalculable de structures différentes pour celui-ci.
Maintenant essayons de trouver nous-même une application de la superposition quantique nous concernant directement :
Voici ce que cela pourrait donner à notre échelle :
Bien sûr, chaque monde peut aboutir à bien plus que 2 mondes. En prenant en compte le fait que tout ceci vaut pour chaque particule de notre univers le nombre de monde possible est donc inimaginable.
Si nous envoyons des électrons à travers un murs à deux fentes, ceux-ci devraient (comme le feraient des boules de ping-pong) toucher le mur du fond en faisant 2 tranches.
Comportement d'une onde qui se propage dans l'eau.
Nous pourrions nous demander comment ces autres états de la particule apparaissent : apparaissent-ils d’ailleurs vraiment ? Cette histoire d’apparition fait grandement penser aux créatures 2D de la première partie qui voyaient apparaître des coupes 2D de formes 3D qui passaient dans leur plan. Nous tenons-là une bonne idée : un « hyper-univers » (univers en quatre dimension) qui cacherait les autres états de chaque particule, lorsqu'elles ne sont pas en superposition, de notre univers autour de celui-ci.
Autres états des particules défnis
Il est cependant difficile de concevoir des particules en 3D flottantes dans un hyper-univers. Nous pourrions admettre qu'elle soient en réalité en 4D et que nous en voyons qu'une tranche 3D dans notre univers, mais il serait étrange que les autres états de particules 3D dans notre univers soient en fait en 4D. A moins que les particules dans un état défini dans notre univers soient elles aussi une tranche d'une sorte "d'hyper-particule" (en 4D), mais nous nous égarons.
Une autre solution serait que les autres états que nous cherchons soient en fait dans des univers parallèles. Tous les univers parallèles (dont le nôtre) seraient en fait constituées des mêmes particules mais chacun dans un état différent. Cette idée semble déjà plus probable car ici nous avons bien chaque état de la particule qui constitue un univers et donc aucun n'est "supérieur". Nous nous rapprochons en fait des univers fourchus d'Hugh Everett.
Nous avons ci-contre deux plans parallèles.
Ces deux plans pourraient se courber et se toucher en une surface où nous aurions les 2 états différents (1 état par univers) de la particule superposée. En d'autres termes, une créature en 2D sur le plan bleu pourrait voir la particule du plan vert, et inversement.
Il faut donc maintenant imaginer cela avec plein d'univers parallèles qui s'attirent à des endroits précis. Ces endroits précis représentent les endroits où une particule se superpose (c'est le cas pour tous les états de la particule pour chaque univers). Ils vont se croiser sur une petite surface et sur cette surface nous aurons une superposition quantique vue de chaque univers, comme ceci :
Nous avons donc ici la surface commune à tous les univers avec tous les états de la particule.
Le multivers est à notre avis intéressant car, si nous pouvons passer de l'échelle d'une planète à son système solaire, de l'échelle du système solaire à sa galaxie, de l'échelle de la galaxie à notre univers, rien ne nous empêche d'imaginer que nous pouvons passer de notre univers aux multivers : nous ne savons pas ce qu'il y a à la limite de notre univers (si il y en à une) et nous ne pouvons encore moins apercevoir une quatrième (ou même plus ?) dimension. Il serait donc bête d'éliminer toutes les possibilités d'existence d'univers parallèles qui semblent résoudrent des problèmes de différentes lois ou phénomènes que nous connaissons à ce jour.
?
Planète
Système solaire
Galaxie
Univers
Multivers
L'ordinateur quantique
Intéressons-nous maitenant à quelque chose de plus concret : l'ordinateur quantique. Cette ingénieuse idée a vu le jour il y a déjà maintenant plus de 30 ans et repose elle aussi sur la superposition quantique.
Nos ordinateurs actuels fonctionnent avec des bits : un bit est soit égal à 0 soit à 1.
En utilisant les connaissances que nous avons sur la superpositon quantique il nous est alors facile d'imaginer des bits superposés, qui pourraient être égals à 1 mais aussi à 0 : des qubits.
Comme nous pouvons l'imaginer, cela augmente considérablement la puissance de l'ordinateur mais, comme il est difficile de manipuler des états superposés instables de particule l'idée est difficilement réalisable. Cependant des ordinateurs se rapprochant d'ordinateurs quantiques existent déjà, comme le "D-Wave 2X".
Point connaissances : La relativité restreinte
En résumé, d’après la relativité restreinte d’Albert Einstein, nous ne nous déplaçons pas dans l’espace et dans le temps mais dans un espace-temps. La conséquence est que, plus nous nous déplaçons dans l’espace, moins nous nous déplaçons dans le temps. Autrement dit, le temps pour quelqu’un en mouvement s’écoule moins vite que pour quelqu’un d'immobile.
Nous pouvons représenter cette notion par un repère :
Temps
Espace
La droite ci-contre représente une action qui est en déplacement dans le temps (du passé vers le futur) et dans l’espace. Il faut noter que, même immobiles, nous restons en mouvement car la planète sur laquelle nous vivons n’est pas statique dans l’univers et parce que les atomes qui nous constituent vibrent dans l’espace.
Prenons un exemple :
0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 Temps (en heures)
Espace
Vous lisez un livre assis chez vous. Cette action peut être représentée sur notre repère comme ci-contre :
Il vous prend donc 3 heures de lire ce livre.
Espace
0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 Temps (en heures)
Maintenant vous lisez le même livre mais cette fois-ci dans votre voiture qui, bien sûr, roule. Cette action est cette fois ci représentée comme ci-contre :
Comme l'action se déroule plus (+) dans l'espace, la courbe (de même longueur car le livre est le même) se redresse. L'action ne dure plus que 2 heures et demi.
Bien sûr cet exemple est exageré : nos déplacements du quotidens ne sont pas assez rapides pour causer des changements notables. Il nous faudrait se rappocher de la vitesse de la lumière pour qu'un ralentissement du temps soit utile. Malheureusement l'invention qui le permettrait n'est pas encore inventée.
Nous avons vu que, même immobiles, la courbe qui décrit notre vie n'est pas confondue avec l'axe du temps. En effet, rappelons le, deux types de déplacements nous animent continuellement : le déplacement de notre corps dans l'univers (qui vient de l'axe de rotation de la Terre autour du soleil) et la vibration des atomes qui nous consituent. Comme le premier type de déplacement ne nous permet pas, avec notre technologie actuelle, de ralentir suffisamment le temps, il faut donc nous pencher sur la question des atomes. Effectivement, ils vibrent, donc si nous accélerons leur vibration, dans un temps donné ils vibrent plus et se déplacent plus dans l'espace. Comme ils constituent entièrement notre corps le temps pour nous se retrouve ralenti.
A partir de ce que nous venons d'apprendre, il faut voir comment nous pourrions utiliser la dilatation (ralentissement) du temps pour en faire une application utile pour l'Homme.
Dilatation du temps localement
Il ne reste plus qu'à pouvoir accélerer nos particules. Malheureusement, même si des accelérateurs de particules existent déjà, il ne sont pas adaptés pour ce que nous cherchons.
A moins d'avoir une folle envie de rentrer dans ce monstre, il nous faudra attendre.
Plus sérieusement, si la science nous permet un jour de créer une cabine à la Docteur Who qui accélère assez nos particules sans nous désintégrer, alors nous pourrions "voyager dans le futur".
Reprenons notre repère :
Espace
5 10 15 20 25 30 Temps (en années)
Nous avons ci-contre le segment blanc qui représente 30 ans vécus par l'ensemble de l'humanité et le segment vert qui représente ces mêmes 30 ans (le 2 segments ont la même mesure) vécus par nous mais seulement sur 5 ans.
En bref, quelqu'un qui a une maladie mais aucun traitement pourrait accelérer ses particules. Il vivrait 5 ans (mais 30 ans pour l'humanité) puis desaccelérerait ses particules et alors pourrait se faire soigner grâce aux progrès dans la recherches qui ont pu être réalisés pendant ces 30 ans.
Le problème est que, avec le temps ralenti, nous verrions les gens autour de nous se déplacer très vite et il serait impossible de vivre en société. Une utilisation utile serait donc la cryogénie : on accélère vos particules au maximum possible et on vous plonge dans un coma artificiel.
Maintenant une question peut se poser : est-il possible d'avoir une courbe parallèle avec l'axe de l'espace ? Autrement dit, est-il possible d'arrêter le temps ? Nous allons essayer de répondre à cette question dans la quatrième partie avec un autre élément qui peut lui aussi dilater le temps.
Aller plus loin
Superposition quantique :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_de_superposition_quantique
https://www.youtube.com/watch?v=BYyrL9QhoGI
http://profs.cmaisonneuve.qc.ca/svezina/nyc/note_nyc/NYC_XXI_Chap%205.4.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=R3jhna2d2uA
Univers à fourches d'Everett :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_d%27Everett
Chat de Schrödinger :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Chat_de_Schr%C3%B6dinger
http://www.astronomes.com/le-big-bang/chat-schrodinger/
Quatrième dimension :
Ordinateur quantique :
Relativité restreinte :
https://www.youtube.com/watch?v=lVJd3VfdRps
https://www.youtube.com/watch?v=KX9QSjv0Ib0
https://www.youtube.com/watch?v=_4Af9UrWEtc
Nous aimons bien cette théorie car, bien que déroutante, elle contourne avec élégance des problèmes imposés par la superposition quantique, comme le paradoxe du chat de Schrödinger :
Particules définies dans notre univers
Univers
Si nous voulons que cette théorie fonctionne, il ne nous reste plus qu'à expliquer comment tous les états d'une particule puissent se retrouver tous dans un univers (superposition quantique). Ici la quatrième dimension pourrait encore nous être utile : nos univers parallèles pourraient se trouver plus ou moins loin dans la direction ana-kata et pourraient se courber pour se "superposer" sur un petit espace. Nous aurions donc sur ce petit espace tous les univers réunis et surtout chaque état de particule de chaque univers. Refaisons une analogie avec des plans 2D pour les univers parallèles :
Et dès qu'une conscience est témointe de la superposition alors les univers redeviennent "parallèles" et bien rangés. Nous avons donc continuellement dans notre univers en 4D tous les états de chaque particule. Ces autres états, même si de notre points de vue disparaissent après effondrement de superposition, ne font que se déplacer en fait dans la direction ana-kata. Cette théorie induit, comme celle d'Hugh Everett, qu'il existe d'autres univers où il y aurait des clones de nous.
Cette expérience de pensée fut imaginée en 1935 par Erwin Schrödinger et consiste à placer dans une boîte fermée un chat et un dispositif destiné à tuer l'animal. Le dispositif est déclenché après la désintégration d'un noyau radioactif, or ce processus se décrit en probabilité. En bref il peut y avoir désintégration ou non en même temps et chat vivant et mort en même temps, ce qui pose problème. Et bien sûr quand nous ouvrons la boîte alors le chat est soit mort, soit vivant.
Maintenant en prenant en considération les univers à fouches d'Everett, on perd ce paradoxe du chat mort et vivant à la fois car le chat est vivant dans un monde et mort dans un autre. Cette théorie ne fait pas l'unanimité chez les physiciens mais est une bonne alternative à d'autres théories cherchant à résoudre le même problème.
