Le paradoxe de « l'action effrayante à distance » d'Einstein est plus ancien que prévu

L'expression d'Einstein, action effrayante à distance, est devenue synonyme de l'un des épisodes les plus célèbres de l'histoire de la physique : sa bataille avec Bohr dans les années 1930 pour l'exhaustivité de la mécanique quantique.

Les armes d'Einstein dans cette bataille étaient des expériences de pensée qu'il a conçues pour mettre en évidence ce qu'il croyait être les insuffisances de la nouvelle théorie.

Le plus célèbre d'entre eux est le paradoxe EPR, annoncé en 1935 et nommé d'après ses inventeurs Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen.

Il s'agit d'une paire de particules liées par l'étrange propriété quantique d'intrication (un mot inventé beaucoup plus tard). L'intrication se produit lorsque deux particules sont si profondément liées qu'elles partagent la même existence. Dans le langage de la mécanique quantique, ils sont décrits par la même relation mathématique connue sous le nom de fonction d'onde.

L'intrication se produit naturellement lorsque deux particules sont créées au même point et au même instant dans l'espace, par exemple.

Les particules enchevêtrées peuvent se séparer largement dans l'espace. Mais même ainsi, les mathématiques impliquent qu'une mesure sur l'un influence immédiatement l'autre, quelle que soit la distance qui les sépare.

Einstein et ses collègues ont souligné que selon la relativité restreinte, cela était impossible et par conséquent, la mécanique quantique doit être fausse, ou du moins incomplète. Einstein a appelé cela l'action effrayante à distance.

Le paradoxe de l'EPR a déconcerté Bohr et n'a été résolu qu'en 1964, longtemps après la mort d'Einstein. Le physicien du CERN, John Bell, l'a résolu en considérant l'intrication comme un tout nouveau type de phénomène, qu'il a qualifié de non local.

L'idée de base ici est de réfléchir au transfert d'informations. L'intrication permet à une particule d'influencer instantanément une autre, mais pas d'une manière qui permette à l'information classique de voyager plus vite que la lumière. Cela a résolu le paradoxe avec la relativité restreinte mais a laissé une grande partie du mystère intact. De nos jours, la nature curieuse de l'enchevêtrement fait l'objet d'une attention intense dans les laboratoires du monde entier.

Mais cela ne dit pas tout, dit Hrvoje Nikoli de l'Institut Rudjer Boskovic en Croatie. Aujourd'hui, il révèle que bien que l'histoire enregistre ce paradoxe pour la première fois en 1935, Einstein l'a découvert par hasard bien plus tôt, en 1930.

A cette époque, il travaillait sur un autre paradoxe, qu'il présenta à la 6e Conférence Solvay à Bruxelles en 1930. Ce problème portait sur la relation d'incertitude de Heisenberg entre l'énergie et le temps, qui stipule que vous ne pouvez pas mesurer les deux avec une grande précision.

Pour contester cela, Einstein a proposé l'expérience de pensée suivante. Imaginez une boîte qui s'ouvre et se ferme rapidement et qui contient un ensemble de photons. Lorsqu'elle est ouverte, la boîte émet un seul photon.

Le temps d'émission peut être mesuré avec une précision arbitraire - c'est juste la durée pendant laquelle la boîte a été ouverte. Selon la mécanique quantique, cela limite la résolution avec laquelle vous pouvez mesurer l'énergie du photon.

Mais Einstein a souligné que cela aussi peut être mesuré avec une précision arbitraire, non pas en mesurant le photon mais en mesurant le changement d'énergie de la boîte lorsque le photon est émis, qui doit être égal à l'énergie du photon. Par conséquent, la mécanique quantique est incohérente, a-t-il déclaré.

Le grand rival d'Einstein, Bohr, s'est longuement posé la question, mais a finalement avancé l'argument suivant. Il a dit que la propre théorie de la relativité générale d'Einstein fournissait la réponse.

La mesure du temps s'effectuant dans un champ gravitationnel, le laps de temps pendant lequel la boîte est ouverte doit aussi dépendre de la position de la boîte.

L'incertitude de position est un facteur supplémentaire qu'Einstein n'avait pas pris en compte, et cela, selon Bohr, a résolu le paradoxe. Einstein a été envoyé emballer.

Bien sûr, ce n'est pas une réponse très satisfaisante à l'œil moderne. Cela implique, d'une part, que la mécanique quantique exige que la relativité générale soit cohérente, une idée que les physiciens modernes rejetteraient catégoriquement.

Nikoli dit que ce problème n'a jamais été analysé de manière satisfaisante d'un point de vue moderne. Jusqu'à maintenant.

Il dit que la bonne résolution est de penser à l'énergie totale du système, qui est l'énergie de la boîte et l'énergie du photon. L'énergie totale est constante et régie par une seule entité mathématique, même après l'émission du photon.

La boîte et le photon doivent donc être intriqués.

Cela soulève immédiatement le problème qu'Einstein a ensuite rencontré dans le paradoxe de l'EPR. Une mesure sur la boîte influence immédiatement le photon et vice versa – action effrayante à distance.

Pour cette raison, le paradoxe du photon est équivalent au paradoxe EPR, dit Nikoli. Si Einstein l'avait remarqué, il aurait pu arrêter Bohr dans son élan.

C'est une note historique intéressante. Le triomphe de Bohr sur Einstein à cette occasion est largement considéré comme son plus grand.

Mais maintenant, il est facile de voir que les choses auraient pu être très différentes si Einstein avait reformulé son argument en termes d'intrication.

Ainsi se forge l'histoire !

Réf : arxiv.org/abs/1203.1139 : EPR Avant EPR : Une expérience de pensée d'Einstein-Bohr de 1930 revisitée

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