Une expérience quantique suggère qu'il n'y a pas de réalité objective

Recherche IBM | Flickr

En 1961, le physicien lauréat du prix Nobel Eugene Wigner a décrit une expérience de pensée qui a démontré l'un des paradoxes les moins connus de la mécanique quantique. L'expérience montre comment la nature étrange de l'univers permet à deux observateurs - disons, Wigner et l'ami de Wigner - de faire l'expérience de réalités différentes.

Depuis lors, les physiciens ont utilisé l'expérience de pensée Wigner's Friend pour explorer la nature de la mesure et discuter de l'existence de faits objectifs. C'est important parce que les scientifiques mènent des expériences pour établir des faits objectifs. Mais s'ils vivent des réalités différentes, comment peuvent-ils s'entendre sur ce que ces faits pourraient être ?

Cela a fourni du fourrage divertissant pour la conversation après le dîner, mais l'expérience de pensée de Wigner n'a jamais été plus que cela - juste une expérience de pensée.

L'année dernière, cependant, les physiciens ont remarqué que les progrès récents des technologies quantiques ont permis de reproduire le test de l'ami de Wigner dans une expérience réelle. En d'autres termes, il devrait être possible de créer des réalités différentes et de les comparer en laboratoire pour savoir si elles peuvent être conciliées.

Et aujourd'hui, Massimiliano Proietti de l'Université Heriot-Watt d'Edimbourg et quelques collègues disent avoir réalisé cette expérience pour la première fois : ils ont créé différentes réalités et les ont comparées. Leur conclusion est que Wigner avait raison - ces réalités peuvent être rendues inconciliables de sorte qu'il est impossible de s'entendre sur des faits objectifs concernant une expérience.

L'expérience de pensée originale de Wigner est simple dans son principe. Cela commence par un seul photon polarisé qui, lorsqu'il est mesuré, peut avoir une polarisation horizontale ou une polarisation verticale. Mais avant la mesure, selon les lois de la mécanique quantique, le photon existe dans les deux états de polarisation en même temps, ce qu'on appelle une superposition.

Wigner a imaginé un ami dans un autre laboratoire mesurant l'état de ce photon et stockant le résultat, tandis que Wigner observait de loin. Wigner n'a aucune information sur la mesure de son ami et est donc obligé de supposer que le photon et sa mesure sont dans une superposition de tous les résultats possibles de l'expérience.

Wigner peut même réaliser une expérience pour déterminer si cette superposition existe ou non. Il s'agit d'une sorte d'expérience d'interférence montrant que le photon et la mesure sont bien en superposition.

Du point de vue de Wigner, c'est un fait : la superposition existe. Et ce fait suggère qu'une mesure n'a pas pu avoir lieu.

Mais cela contraste fortement avec le point de vue de l'ami, qui a en effet mesuré la polarisation du photon et l'a enregistrée. L'ami peut même appeler Wigner et dire que la mesure a été effectuée (à condition que le résultat ne soit pas révélé).

Les deux réalités s'opposent donc. Ceci remet en cause le statut objectif des faits établis par les deux observateurs, disent Proietti et co.

C'est la théorie, mais l'année dernière, Caslav Brukner, de l'Université de Vienne en Autriche, a trouvé un moyen de recréer l'expérience Wigner's Friend en laboratoire au moyen de techniques impliquant l'enchevêtrement de plusieurs particules en même temps.

La percée que Proietti et co ont faite est de réaliser cela. Dans une expérience de pointe à 6 photons, nous réalisons ce scénario étendu de l'ami de Wigner, disent-ils.

Ils utilisent ces six photons intriqués pour créer deux réalités alternatives, l'une représentant Wigner et l'autre représentant l'ami de Wigner. L'ami de Wigner mesure la polarisation d'un photon et stocke le résultat. Wigner effectue alors une mesure d'interférence pour déterminer si la mesure et le photon sont en superposition.

L'expérience produit un résultat sans ambiguïté. Il s'avère que les deux réalités peuvent coexister même si elles produisent des résultats inconciliables, tout comme Wigner l'avait prédit.

Cela soulève des questions fascinantes qui obligent les physiciens à reconsidérer la nature de la réalité.

L'idée que les observateurs peuvent finalement concilier leurs mesures d'une sorte de réalité fondamentale est basée sur plusieurs hypothèses. La première est que les faits universels existent réellement et que les observateurs peuvent s'accorder sur eux.

Mais il y a aussi d'autres hypothèses. La première est que les observateurs ont la liberté de faire les observations qu'ils veulent. Et une autre est que les choix que fait un observateur n'influencent pas les choix que font les autres observateurs - une hypothèse que les physiciens appellent localité.

S'il existe une réalité objective sur laquelle tout le monde peut s'entendre, alors ces hypothèses sont toutes valables.

Mais le résultat de Proietti et co suggère que la réalité objective n'existe pas. En d'autres termes, l'expérience suggère qu'une ou plusieurs des hypothèses - l'idée qu'il existe une réalité sur laquelle nous pouvons nous mettre d'accord, l'idée que nous avons la liberté de choix ou l'idée de localité - doivent être fausses.

Bien sûr, il existe une autre issue pour ceux qui s'accrochent à la vision conventionnelle de la réalité. C'est qu'il existe une autre faille que les expérimentateurs ont négligée. En effet, les physiciens ont essayé de combler les lacunes dans des expériences similaires pendant des années, bien qu'ils admettent qu'il ne sera peut-être jamais possible de les combler toutes.

Néanmoins, le travail a des implications importantes pour le travail des scientifiques. La méthode scientifique repose sur des faits, établis par des mesures répétées et convenus universellement, indépendamment de qui les a observés, disent Proietti et co. Et pourtant, dans le même journal, ils sapent cette idée, peut-être fatalement.

La prochaine étape est d'aller plus loin : construire des expériences créant des réalités alternatives de plus en plus bizarres et inconciliables. Personne ne sait où cela nous mènera. Mais Wigner, et son ami, ne seraient sûrement pas surpris.

Réf : arxiv.org/abs/1902.05080 : Rejet expérimental de l'indépendance de l'observateur dans le monde quantique

cacher