Le chat de Schrödinger

Dans le domaine de la physique théorique, le chat de Schrödinger occupe une place centrale comme métaphore pour mettre en évidence les paradoxes liés à la mécanique quantique. Cette expérience de pensée, proposée par Erwin Schrödinger en 1935, n'a jamais eu pour but d'être réalisée dans un laboratoire avec un vrai chat, mais plutôt d'illustrer les limites de l'application naïve des principes quantiques aux objets macroscopiques. En physique théorique, le chat représente un système composite où une particule subatomique est couplée à un objet du quotidien. L'idée était de montrer que la superposition d'états, parfaitement valable pour un atome ou un électron, devient difficilement conciliable avec notre compréhension intuitive du réel lorsqu'on l'applique à un être vivant. Cet exemple force ainsi les physiciens à réfléchir à la manière dont la mécanique quantique doit être interprétée.

La physique théorique considère ce paradoxe comme un outil conceptuel pour analyser la notion de mesure. Dans l'expérience, l'atome radioactif peut être à la fois désintégré et non désintégré, donc le chat serait à la fois vivant et mort tant que la boîte reste fermée. Ce type de situation est théoriquement cohérent avec les équations de Schrödinger décrivant la superposition des états. Cependant, cela pose un problème majeur : comment passer de cette superposition indéterminée à un état concret, c'est-à-dire constater un chat soit mort, soit vivant lorsque l'observation est faite ? La physique théorique utilise donc ce paradoxe pour approfondir la réflexion sur le «collapse» de la fonction d'onde, un phénomène qui n'est pas encore parfaitement expliqué.

Le paradoxe du chat permet également d'explorer différentes interprétations de la mécanique quantique au sein de la physique théorique. Selon l'interprétation dite de Copenhague, l'état du chat n'est défini qu'au moment où l'on ouvre la boîte et que l'observation a lieu. Dans l'interprétation des mondes multiples, développée plus tard par Hugh Everett, l'ouverture de la boîte entraîne la coexistence de plusieurs univers parallèles : dans l'un le chat est vivant, dans l'autre il est mort. Ces réflexions théoriques ne visent pas à répondre à une curiosité anecdotique, mais à comprendre les implications fondamentales des équations quantiques. Ainsi, le chat de Schrödinger constitue un laboratoire purement intellectuel où les physiciens théoriciens testent la cohérence de leurs modèles.

Enfin, dans la physique théorique moderne, le chat de Schrödinger reste une référence incontournable pour discuter de la frontière entre le microcosme quantique et le monde macroscopique. Des développements comme la décohérence quantique cherchent à expliquer pourquoi, dans la pratique, nous n'observons pas de superpositions visibles à grande échelle. Cette expérience de pensée a donc stimulé la recherche en théorie quantique, mais aussi en philosophie de la physique, car elle met en lumière la difficulté d'interpréter correctement la réalité décrite par les équations. Le chat de Schrödinger, loin d'être un simple paradoxe humoristique, est devenu une pierre angulaire de la physique théorique, obligeant les scientifiques à repenser sans cesse la nature de la réalité et la manière dont la science tente de la décrire.

Exemple

Voici l'exemple concret du chat de Schrödinger, exactement comme Schrödinger l'a décrit en 1935 :

On imagine une boîte totalement fermée et opaque, dans laquelle on place un chat vivant. À l'intérieur de cette boîte, on installe également :

• Un petit échantillon d'atome radioactif, dont on sait qu'il a une probabilité de se désintégrer dans un certain laps de temps (par exemple 50 % en une heure).
• Un compteur Geiger pouvant détecter la désintégration de cet atome.
• Un mécanisme relié au compteur, qui déclenche la chute d'un marteau si une désintégration est détectée.
• Ce marteau brise une fiole de poison mortel, ce qui entraîne la mort du chat.

Résultat :

• Si l'atome se désintègre, le poison est libéré et le chat meurt.
• Si l'atome ne se désintègre pas, le poison n'est pas libéré et le chat reste vivant.

Le coeur du paradoxe, c'est que selon la mécanique quantique, tant que personne n'a ouvert la boîte pour vérifier, l'atome est à la fois désintégré et non désintégré. Donc, le chat est considéré comme étant à la fois vivant et mort en superposition d'états. Ce n'est qu'au moment où on ouvre la boîte que l'on observe un état unique : chat mort ou chat vivant.

Schrödinger a inventé ce scénario pour montrer l'étrangeté de la superposition quantique lorsqu'on l'applique à des objets macroscopiques comme un chat.