Le chat de Schrödinger

Le chat de Schrödinger est une expérience de pensée proposée par Erwin Schrödinger  en 1935 pour illustrer certaines étrangetés de la théorie quantique. Son but n'était pas de décrire une expérience réalisable, mais de mettre en évidence les implications paradoxales de la superposition quantique lorsqu'elle est appliquée à des objets du monde macroscopique.

On considère une boîte complètement opaque et isolée du monde extérieur. À l'intérieur de cette boîte, on place un chat bien vivant. On y installe également un dispositif diabolique : une fiole contenant un poison mortel, et un mécanisme conçu pour la briser. Ce mécanisme est contrôlé par une source radioactive, par exemple un seul atome. La mécanique quantique nous dit que cet atome a une certaine probabilité de se désintégrer. Précisément, nous réglons le dispositif de telle sorte qu'en l'espace d'une heure, il y ait exactement 50% de chances que l'atome se désintègre et 50% de chances qu'il reste intact. Si l'atome se désintègre, il émet une particule qui est détectée par un compteur Geiger. Ce dernier déclenche alors un marteau qui brise la fiole, libérant le poison et tuant le chat. Si l'atome ne se désintègre pas, rien ne se passe et le chat reste en vie.

Une fois la boîte fermée, et avant qu'un observateur ne l'ouvre pour vérifier, la question est : dans quel état se trouve le chat ?

Selon les lois de la physique classique, la réponse est simple : le chat est soit vivant, soit mort. L'un des deux événements s'est produit, même si nous ne savons pas lequel avant d'ouvrir la boîte. Notre ignorance ne change rien à la réalité de l'état du chat.

Cependant, la mécanique quantique décrit le système d'une manière radicalement différente. L'atome radioactif, tant qu'il n'est pas observé, n'est ni intact ni désintégré. Il se trouve dans un état de superposition, c'est-à-dire qu'il est à la fois dans l'état "désintégré" et dans l'état "non désintégré", avec une probabilité de 50% pour chaque état. Puisque le sort du chat est directement lié à l'état de l'atome, le système entier (atome + mécanisme + chat) est lui-même décrit par une fonction d'onde unique. Par conséquent, le chat lui-même devrait se trouver dans un état de superposition : il serait à la fois vivant et mort.

Ce n'est qu'au moment de l'observation, c'est-à-dire lorsqu'on ouvre la boîte, que le système est forcé de "choisir" un état défini. La fonction d'onde "s'effondre" (on parle de réduction du paquet d'onde) et l'observateur découvrira un chat qui est soit définitivement mort, soit définitivement vivant.

Le paradoxe souligné par Schrödinger réside dans cette transition entre le monde quantique microscopique, où la superposition est une notion standard, et le monde macroscopique que nous expérimentons, où un objet comme un chat ne peut être que dans un seul état à la fois. L'expérience met en lumière le problème de la mesure en mécanique quantique : qu'est-ce qui constitue une "mesure" ou une "observation"? Est-ce l'acte de conscience d'un observateur humain? Ou le simple fait qu'un appareil macroscopique comme le compteur Geiger interagisse avec le système quantique? Cette expérience de pensée continue d'alimenter les débats sur l'interprétation de la mécanique quantique et la nature même de la réalité.