Chad Orzel
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Le physicien autrichien Erwin Schrödinger est l'un des pères fondateurs de la mécanique quantique, mais il est surtout connu pour quelque chose qu'il n'a pas fait : une expérience de pensée impliquant un chat. Il a imaginé de placer un chat dans une boîte scellée avec un dispositif ayant une probabilité de 50% de tuer le chat dans l'heure suivante. Au bout d'une heure, il a demandé : « Quel est l'état du chat ? » Le bon sens suggère que le chat est soit vivant soit mort, mais Schrödinger a souligné que, selon la physique quantique, un instant avant d'ouvrir la boîte, le chat est, à parts égales, vivant et mort à la fois. C'est seulement en ouvrant la boîte que nous voyons un état déterminé. Jusque-là, le chat est un flou probabiliste, moitié une chose et moitié l'autre. Cela semble absurde, ce qui était aussi l'avis de Schrödinger. Il trouvait la physique quantique si déroutante philosophiquement, qu'il a abandonné la théorie qu'il avait contribué à construire et se tourna vers la biologie. Aussi absurde que cela puisse paraître, le chat de Schrödinger est très réel. En fait, c'est essentiel. S'il n'était pas possible pour les objets quantiques d'être dans deux états à la fois, l'ordinateur que vous utilisez pour regarder cette vidéo n'existerait pas. Le phénomène quantique de superposition est une conséquence directe de la dualité onde-corpuscule de tout ce qui existe. Pour avoir une longueur d'onde, un objet doit s'étendre sur une certaine région de l'espace, ce qui signifie qu'il occupe de nombreuses positions simultanément. La longueur d'onde d'un objet limité à une petite région de l'espace ne peut cependant pas être parfaitement définie. Il existe donc avec de multiples longueurs d'onde différentes en même temps. Nous ne voyons pas ces propriétés ondulatoires pour les objets du quotidien parce que la longueur d'onde diminue quand la quantité de mouvement augmente. Et un chat est relativement gros et lourd. Si nous avions pris un seul atome pour le mesurer face au système solaire, la longueur d'onde d'un chat fuyant un physicien serait aussi petite qu'un atome comparé à la taille du système solaire. C'est beaucoup trop petit pour être détecté, donc nous ne verrons jamais le comportement ondulatoire d'un chat. Cependant, une minuscule particule, comme un électron peut montrer une preuve spectaculaire de sa double nature. Si nous propulsons un par un des électrons sur une barrière percée de deux fentes étroites, chaque électron est détecté de l'autre côté à un endroit unique à un instant précis, comme le serait une particule. Mais si vous recommencez de nombreuses fois, en gardant la trace de toutes les détections individuelles, vous verrez la trace d'un modèle caractéristique du comportement des ondes : un ensemble de franges - avec des régions comptant de nombreux électrons séparées par des régions où il n'y en a pas du tout. Bloquez une des fentes et les franges disparaissent. Cela montre que le motif résulte du passage de chaque électron à travers les deux fentes simultanément. Un seul électron ne choisit pas d'aller à gauche ou à droite mais à gauche et à droite simultanément. Cette superposition d'états conduit aussi à la technologie moderne. Un électron près du noyau d'un atome existe sur une orbite qui s'étend comme une vague. Rapprochez deux atomes, et les électrons n'ont pas besoin de choisir un seul atome mais sont mis en commun. C'est ainsi que se forment certaines liaisons chimiques. Un électron dans une molécule n'est pas sur l'atome A ou l'atome B, mais sur A + B. Lorsque vous ajoutez d'autres atomes, les électrons se déploient plus, partagés par un grand nombre d'atomes simultanément. Les électrons dans un solide ne sont pas liés à un atome particulier mais partagés entre tous, s'étendant sur une grande région de l'espace. Cette gigantesque superposition d'états détermine comment les électrons se déplacent dans le matériau, qu'il s'agisse d'un conducteur, d'un isolant ou un semi-conducteur. Comprendre comment les électrons se répartissent parmi les atomes nous permet de contrôler précisément les propriétés des matériaux semi-conducteurs, comme le silicium. Combinant différents semi-conducteurs de façon adéquate nous permet de faire des transistors à une échelle minuscule, des millions sur une seule puce d'ordinateur. Ces puces et leurs électrons se propageant alimentent l'ordinateur que vous utilisez pour regarder cette vidéo. Une vieille blague dit que l'Internet n'existe que pour permettre le partage de vidéos de chats. À un niveau très profond, cependant, l'Internet doit son existence à un physicien autrichien et à son chat imaginaire.