Nous avons tous entendu parler du chat de Schrödinger enfermé dans sa boîte, qui serait à la fois « mort et vivant » tant que personne ne l’a ouverte pour constater son état. Cette expérience de pensée est devenue l’un des symboles les plus célèbres de la physique quantique, mais elle est souvent citée sans que l’on comprenne réellement ce qu’elle cherche à montrer.
Le chat de Schrödinger est une expérience de pensée imaginée pour montrer les difficultés qui apparaissent lorsque les règles de la physique quantique sont appliquées au monde visible. Tant que la boîte demeure fermée, le système est décrit comme une superposition de résultats possibles. L’ouverture de la boîte produit ensuite un résultat déterminé.
Avant d’aborder ce paradoxe, il faut donc revenir brièvement sur les découvertes qui ont conduit les physiciens à remettre en cause leur manière habituelle de décrire la matière et la lumière.
Pourquoi la physique classique ne suffisait plus
À la fin du XIXe siècle, la physique classique semblait capable d’expliquer la plupart des phénomènes naturels. Pourtant, plusieurs observations résistaient aux théories existantes. Le rayonnement du corps noir¹, c’est-à-dire la manière dont un objet chauffé émet de la lumière selon sa température, produisait des résultats incompatibles avec les calculs classiques.
L’effet photoélectrique² montrait que la lumière pouvait arracher des électrons à un matériau, mais seulement lorsqu’elle atteignait une certaine fréquence, quelle que soit son intensité. Les spectres atomiques³ révélaient que les atomes n’émettaient pas toutes les couleurs de manière continue, mais uniquement certaines longueurs d’onde bien déterminées. Enfin, l’expérience des fentes doubles⁴ montrait que la lumière, et plus tard les particules elles-mêmes, pouvaient produire des figures d’interférence caractéristiques des ondes.
Comment est née la mécanique quantique
Planck, Einstein et la découverte des quanta
La mécanique classique et l’électromagnétisme ne pouvaient donc pas expliquer l’ensemble des résultats observés. En 1900, Max Planck proposa à contrecœur que l’énergie ne soit pas émise de manière parfaitement continue, mais sous forme de paquets discrets appelés « quanta ». ⁵
La quantification désigne ainsi le fait que certaines propriétés physiques, comme l’énergie, ne peuvent pas prendre n’importe quelle valeur. Elles ne varient pas de façon continue, comme lorsque l’on monte une rampe, mais par niveaux distincts, comparables aux marches d’un escalier. Un système peut passer d’une marche à une autre, mais il ne peut pas se maintenir entre les deux.
De Broglie, Heisenberg et Schrödinger changent notre vision de la matière
En 1905, Albert Einstein s'est servi de cette idée pour expliquer pourquoi la lumière peut se comporter comme des particules. Niels Bohr a ensuite appliqué la quantification à la structure atomique, expliquant ainsi pourquoi les atomes n'émettent et n'absorbent que certaines longueurs d'onde spécifiques. Au cours des années 1920, des scientifiques tels que Louis de Broglie, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, et Paul Dirac ont développé une théorie mathématique complète selon laquelle les particules peuvent également se comporter comme des ondes et les résultats sont souvent probabilistes. Le principe d'incertitude de Heisenberg a enrichi cette nouvelle vision en montrant que certaines propriétés, telles que la position et la vitesse d'une particule, ne peuvent pas être connues avec exactitude en même temps.6
Une théorie étrange devenue indispensable
La physique quantique, également appelée mécanique quantique, est devenue l'une des théories les plus abouties de la science, sous-tendant des technologies modernes telles que les lasers, les semi-conducteurs, l'IRM, et l'informatique quantique. Elle a été confirmée par toutes les expériences, en particulier celles concernant les atomes et les électrons. Ironiquement, la mécanique classique peut être considérée comme une excellente approximation de la mécanique quantique pour le monde macroscopique. Alors pourquoi n’utilisons-nous pas la mécanique quantique pour concevoir des maisons, des ponts, des voitures, et des avions ? Parce qu’il faut une puissance de calcul énorme pour résoudre la très complexe équation de Schrödinger, même pour de très petits systèmes composés de quelques atomes seulement.7
Superposition, incertitude et effet tunnel expliqués simplement
La physique quantique est extrêmement difficile à comprendre et fait appel à des formules mathématiques avancées. L'équation de Schrödinger ne peut être résolue analytiquement que pour des systèmes de très petite taille : les manuels de physique présentent la solution pour l'atome d'hydrogène, le plus petit atome qui soit ! En physique quantique, de nombreux concepts semblent tout à fait étranges.
Les électrons et les photons peuvent se comporter comme des particules dans certaines expériences, mais comme des ondes étalées dans d’autres (dualité onde-particule). Un objet quantique peut sembler se trouver dans plusieurs états possibles à la fois jusqu’à ce qu’il soit mesuré (superposition d’états). Avant la mesure, nous n’avons que des probabilités, mais un résultat définitif apparaît lorsque lors de la mesure (problème de la mesure).
Une particule peut parfois traverser une barrière que, selon la physique classique, elle ne devrait pas avoir assez d’énergie pour franchir (effet tunnel). Le lauréat du prix Nobel Richard Feynman a écrit : « Je pense pouvoir affirmer sans risque que personne ne comprend la mécanique quantique ».
Einstein et Bohr : le réel est-il gouverné par le hasard ?
Ce qui dérange le plus les scientifiques,8 c'est le caractère aléatoire, c'est-à-dire que la physique quantique n'est pas déterministe : on n'obtient que des probabilités de solution. En mécanique classique, si je lance un objet à une vitesse donnée et selon un angle défini, je sais exactement où il va atterrir. En physique quantique, le principe d'incertitude dit que si je connais la position de l'électron, sa vitesse sera incertaine. Je peux connaître des zones où il est probable de trouver l’électron (pas un emplacement précis) et une plage de vitesses probables (pas une valeur précise). Plus je réduis l’incertitude sur une variable, plus l’autre variable devient incertaine. Ceci troublait Einstein qui dit à Bohr : « D.ieu ne joue pas aux dés avec l’univers ! », à laquelle Bohr répondit : « Cesse de dire à D.ieu ce qu’il doit faire ! »9
Pourquoi Schrödinger a-t-il imaginé son célèbre chat ?
Dans ce contexte, Schrödinger a proposé une expérience de pensée dans laquelle un chat est placé dans une boîte hermétique contenant une source radioactive qui a 50 % de chances de déclencher l'ouverture d'un flacon de poison.10 Selon les lois de la mécanique quantique, tant que la boîte reste fermée, le chat se trouve dans une superposition d'états : à la fois mort et vivant.
Une fois la boîte ouverte, on trouve le chat soit mort, soit vivant. Schrödinger avait initialement conçu cette expérience de pensée pour souligner à quel point il est absurde d'appliquer des règles subatomiques au monde macroscopique que nous voyons tous les jours. Mais cela s'est retourné contre lui de manière spectaculaire et la blague voulue par Schrödinger est devenue l'outil pédagogique le plus célèbre pour expliquer la superposition et le fait que la mesure influence le résultat ! Techniquement, on dit qu'il y a une superposition d'états lorsque la boîte est fermée et que l'observation (l'ouverture de la boîte) fait effondrer ces états.11
Observer change-t-il vraiment la réalité quantique ?
En mécanique quantique, mesurer un système implique une interaction qui modifie les conditions dans lesquelles ses propriétés peuvent être décrites. Cela ne signifie pas que la conscience humaine crée librement la réalité. Celui qui possède un stock de céréales peut être béni pour en avoir plus qu’il n’en a stocké, mais seulement jusqu’à ce qu’il compte les grains.12
Une fois comptés, c’est une demande vaine. La bénédiction ne peut agir que sur quelque chose qui est caché à la vue.13
Plus frappant encore, la Guémara nous dit que 99 % des gens meurent à cause du mauvais œil (עַיִן רָעָה)14 – mieux vaut ne pas être observé ! Le Talmud de Babylone stipule qu’on peut prier pour un petit garçon jusqu’à 40 jours après la conception,15 mais le Talmud de Jérusalem16 étend cette période jusqu’à la naissance – en tout cas tant que le fœtus n’est pas observé.
Ce qui demeure caché peut encore recevoir la bénédiction
Une question concrète peut alors être posée. Est-ce qu’une personne malade (lo alénou) doit-elle faire part de sa maladie aux autres afin qu’ils prient pour elle, ou cacher la nouvelle (c’est-à-dire garder la boîte fermée), pour éviter de sceller son Mazal de personne malade ?17
Si ce qui précède ne suffisait pas à vous convaincre que la physique quantique est complètement folle, attendez de découvrir l’intrication ! Deux particules sont intriquées lorsque leur lien est si profond que la mesure de l’une fournit instantanément des informations sur l’autre, même si elles sont très éloignées l’une de l’autre. En d’autres termes, les deux particules deviennent si étroitement liées qu’elles partagent une seule et même existence.
Révélation du mal et mécanique quantique : faut-il ouvrir la boîte ?
Les résultats obtenus lors de la mesure de deux particules intriquées présentent des corrélations que la physique classique locale ne permet pas d’expliquer, même lorsque ces particules sont très éloignées l’une de l’autre. Cela troublait Einstein, qui n'appréciait pas cette « action fantomatique à distance », car elle suggérait que l'information pouvait être échangée plus vite que la vitesse de la lumière, défiant notre compréhension quotidienne de l'espace et du temps. Cela convainquit Einstein que la formulation de la mécanique quantique n'était pas complète, ce avec quoi Bohr n'était pas d'accord.
Les expériences menées notamment par Alain Aspect ont confirmé la violation des inégalités de Bell, renforçant de manière décisive les prédictions de la mécanique quantique contre les théories fondées sur des variables cachées locales.18
Alain Aspect explique son expérience
Les expériences d’Alain Aspect ont confirmé la violation des inégalités de Bell et fortement affaibli les théories reposant sur des variables cachées locales. Elles n’imposent toutefois pas une interprétation philosophique unique de la mécanique quantique.
Science et Torah : une résonance sans confusion
La Torah ne décrit évidemment pas la mécanique quantique, et il serait artificiel de transformer un enseignement talmudique en théorie scientifique. Elle pose toutefois une intuition spirituelle qui entre profondément en résonance avec ce sujet : tant qu’une réalité demeure cachée, elle n’est pas encore entièrement enfermée dans la forme sous laquelle l’homme la saisit. La Guémara (Baba Metsia 42a) enseigne ainsi que « la bénédiction ne réside que dans ce qui est dissimulé au regard », car ce qui n’a pas encore été compté conserve une ouverture que le calcul humain ne maîtrise pas entièrement.¹⁹
Compter n’est donc pas un acte négatif, mais le passage d’un possible encore ouvert à une réalité désormais définie, mesurée et assumée. De même, dans la vie morale, le regard porté sur une personne peut l’aider à se déployer ou, au contraire, l’enfermer prématurément dans une identité, un échec ou un diagnostic. La prudence enseignée par la Torah consiste alors à ne pas confondre ce qui est visible aujourd’hui avec tout ce qu’un être peut encore devenir sous l’effet de la prière, de la Téchouva et de la bénédiction. Le véritable enseignement n’est donc pas que la conscience humaine crée physiquement le monde, mais que notre manière de nommer, de mesurer et d’exposer une réalité engage profondément la façon dont nous l’habitons.
Yaakov, Yossef, Yitzhak et Sarah : l’unité des âmes
Yaakov et Yossef : des âmes liées malgré la distance
Sans décrire la mécanique quantique, certains enseignements de nos Sages permettent d’interroger autrement le rapport entre ce qui demeure caché, ce qui devient mesurable et la manière dont l’homme saisit la réalité. La Néchama (l’âme) de Yaakov Avinou était liée à celle de son fils Yosef HaTzaddik, et l’une influençait l’autre même lorsqu’ils étaient loin l’un de l’autre.19 En réalité, « nous formons une seule et même grande Néchama », nous sommes tous liés et nos actions ont un impact sur tous les autres !20
Sarah, Yitzhak et Rivka : la continuité des Néchamot
Un dernier exemple saisissant est celui des Néchamot de Sarah Imménou et d’Yitzhak Avinou. Le Zohar HaKadoche explique qu’Yitz’hak avait besoin d’une nouvelle Néchama pour procréer. C’est pourquoi, au moment de l’Akéda, alors qu’il était sur le point d’être immolé, sa Néchama l’a quitté et a été remplacée par une nouvelle capable de procréer.
Le Mégaléh Amoukot 21 explique que Sarah est morte au moment de l’Akéda parce que sa Néchama était liée à la Néchama originelle d’Yitz’hak, qui s’était retirée lors de l’Akéda. Le Mégaléh Amoukot 22 ajoute que Rivka Imménou est venue au monde exactement au même moment pour s’accorder à la nouvelle Néchama d’Yitzhak. Fascinant !
Ce que le chat de Schrödinger nous apprend réellement
Le chat de Schrödinger ne démontre pas que l’esprit humain crée librement la réalité, pas davantage qu’il ne constitue une preuve scientifique des enseignements de la Torah. Il révèle avant tout les limites de nos catégories habituelles lorsque nous tentons de comprendre le monde quantique.
La Torah, de son côté, ne fournit pas une théorie physique, mais elle attire l’attention sur une autre dimension de l’existence. Ce qui demeure caché ne doit pas être confondu avec ce qui n’existe pas encore, et ce qui est visible aujourd’hui ne résume jamais toutes les possibilités d’un être.
La rencontre entre science et Torah devient alors féconde lorsqu’elle respecte la singularité de chacune. La science décrit les phénomènes mesurables et soumet ses théories à l’expérience. La Torah interroge la signification morale et spirituelle de notre manière de regarder, de nommer et d’habiter le monde.
Le rapprochement le plus juste ne consiste donc pas à dire que la Torah avait déjà formulé la mécanique quantique, mais à reconnaître que les découvertes scientifiques peuvent renouveler notre attention à certaines questions anciennes : que savons-nous réellement du monde, que produit notre regard sur autrui, et quelle place laissons-nous à ce qui peut encore changer ?
Notes et références
- La physique classique prédisait que les objets chauds devaient émettre une quantité illimitée d'énergie dans les courtes longueurs d'onde, ce qui est impossible et ne correspondait pas aux résultats expérimentaux.
- La physique classique prédisait que toute lumière, quelle que soit sa couleur, finissait par arracher des électrons au métal, mais les expériences ont montré que certaines couleurs n'y parvenaient jamais, quelle que soit leur intensité.
- La physique classique ne parvenait pas à expliquer pourquoi les atomes émettent et absorbent uniquement certaines longueurs d'onde de la lumière, et non un spectre continu de couleurs.
- La physique classique ne pouvait pas expliquer pourquoi des électrons envoyés à travers deux fentes formaient un motif d'interférence de type ondulatoire.
- Planck a introduit la notion de « quanta » car elle correspondait mathématiquement aux résultats expérimentaux observés pour le rayonnement du corps noir. Il est toutefois resté prudent face à cette nouvelle physique étrange qu'il avait lui-même initiée.
- Thirty Years that Shook Physics : The Story of Quantum Theory de George Gamow, est un ouvrage de vulgarisation retraçant la naissance de la physique quantique.
- Avec la puissance de calcul dont nous disposons aujourd’hui, nous ne pouvons résoudre l’équation de Schrödinger de manière exacte que pour quelques atomes, mais nous pouvons la simuler avec une précision suffisante pour qu’elle soit utile pour des centaines, voire des milliers d’atomes, voire plus.
- En raison du nazisme et du fascisme, en 1941, plus d'une centaine de physiciens ont dû fuir l'Europe pour trouver des postes universitaires aux USA, dont 8 Nobel.
- Ce célèbre échange eut lieu lors de la Conférence de Solvay de 1927, illustrant le conflit fondamental entre la conviction d'Einstein en un univers déterministe et l'acceptation par Bohr d'un univers probabiliste. Mon interprétation personnelle est que Hashem ne nous permet tout simplement pas de tout savoir
- À l'attention des amoureux des animaux : il s'agissait d'une expérience de réflexion, et aucun chat n'a été maltraité !
- Dans l'expérience des deux fentes, le simple fait d'observer par quelle fente l'électron passe fait disparaître le motif d'interférence.
12. Taanit 8b : Le rabbin Yitzchak a dit : « La bénédiction ne se trouve que dans ce qui est caché aux yeux de tous »
אָמַר רַבִּי יִצְחָק : אֵין הַבְּרָכָה מְצוּיָה אֶלָּא בְּדָבָר הַסָּמוּי מִן הָעַיִן
Je tiens à remercier le Rav Aharon Pessin, chlita, pour ses réflexions sur le « chat quantique » et pour les exemples tirés de Chazal qu’il a fournis. Je tiens également à remercier le Rav Shabtai Gan, chlita, avec qui j’ai longuement discuté de tous les textes de Chazal et qui m’a fourni des sources supplémentaires.
13. Baba Metzia 42 a : Les bénédictions ne se trouvent que dans ce qui est caché aux yeux אֵין הַבְּרָכָה מְצוּיָה אֶלָּא בְּדָבָר הַסָּמוּי מִן הָעַיִן
14. Baba Metzia 107 b : תִּשְׁעִין וְתִשְׁעָה בְּעַיִן רָעָה, וְאֶחָד בְּדֶרֶךְ אֶרֶץ
15. Berachot 60 a : Entre trois et quarante [jours], il priera pour qu'on lui accorde la grâce d'avoir un garçon
מִשְּׁלֹשָׁה וְעַד אַרְבָּעִים יְבַקֵּשׁ רַחֲמִים שֶׁיְּהֵא זָכָר
- Yerushalmi Berakhot 9 : 3 – Selon la maison de Yannai : la Mishnah fait référence au moment où la femme est déjà assise sur le tabouret d'accouchement ou en plein travail ; mais avant cela, il peut prier :
דבית ינאי אומר ביושבת על המשבר. היא מתניתא, הא קודם כן יצלי
Rabbi Yehudah ben Pazi dit : même lorsqu’elle est assise sur le tabouret d’accouchement, cela peut encore changer, comme le dit le proverbe : « Comme l’argile entre les mains du potier. » אמר רבי יהודה בן פזי: אף היושבת על המשבר יכול להשתנות, על שם ‘הנה כחומר ביד היוצר’
- Nédarim 40a
- Le paradoxe EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) suggère que la mesure d'une particule intriquée pourrait instantanément déterminer l'état de sa partenaire à l'autre bout de l'univers : action fantomatique à distance qui enfreigne la vitesse de la lumière. Bohr a répondu que les deux particules restent un système unique et inséparable jusqu’à ce qu’elles soient mesurées, ce qui signifie que la réalité n’est pas entièrement définie tant qu’une observation n’a pas effondré les possibilités. Alain Aspect a prouvé que Bohr avait raison grâce à des expériences révolutionnaires et a remporté le prix Nobel en 2022 (son livre : « Si Einstein avait su »).
- Vayigash 44 : 30 : וְנַפְשׁ֖וֹ קְשׁוּרָ֥ה בְנַפְשֽׁוֹ; Nous voyons deux conséquences de ce lien. Quand Yosef était heureux, Yaakov l'était aussi
וכן יעקב שהיה דיוקנו כיוסף נפשו קשורה בנפשו, כשהיה יוסף בשמחה אז גם הוא היה בשמחה) ספר מגלה עמוקות על התורה ,פרשת מקץ(
- Un exemple fascinant : il est interdit d'abattre une vache et son veau le même jour, car cela entraînerait de la cruauté. Si Reuven abat une vache le matin et que Shimon abat son veau l'après-midi dans un autre pays, là aussi, cela entraînerait de la cruauté !
- Sur Vayera and Chayei Sarah :
לכן בשעת עקידה כשפרחה נשמת יצחק מן העקידה אז באותו פרק מתה שרה כי היתה נשמתה קשורה בנפשו
- Sur Toledot: לכן בשעת עקידה שנפשו של יצחק יצאה אז פרחה ג"כ נפש שרה ונולדה רבקה דיוקנא של שרה אמו. ולפי שנפש בלא רוחא לא כלום לכן כשהיה ביצחק רוח של אדה"ר אחר עקידה ורבקה היתה נפש
Édité par Univers Torah