15 MayPhysique quantique : ce qu’elle nous apprend sur la réalité

Motif d’interference obtenu avec l’experience des fentes de Young

Motif d’interférence obtenu avec l’expérience des fentes de Young
© Fffred / Wikimedia Commons

Qu’est-ce que la réalité ? La réponse paraît simple. La réalité, c’est ce qui existe réellement et s’impose de manière concrète. Elle ne semble toutefois pas si objective pour la physique quantique qui apporte un éclairage déconcertant et riche d’enseignements sur la question.

Physique quantique : la matière joue un double jeu

Rappelons tout d’abord que la physique quantique décrit le comportement d’objets infiniment petits comme les atomes et les électrons.

Tout commence avec la célèbre expérience des fentes de Young. À l’origine, il s’agissait de comprendre le comportement et la nature de la lumière. À cet effet, on envoie de la lumière sur un écran percé de deux fentes. Un deuxième écran placé derrière ce dispositif permet d’observer un motif d’interférence, soit une alternance de zones illuminées et sombres caractéristique des phénomènes ondulatoires. Cette expérience a donc mis en évidence la nature ondulatoire de la lumière. Reproduite ensuite avec de très petites quantités de matière comme les électrons, le résultat est identique. Cela signifie que les particules se comportent comme des ondes ! « Il est important de préciser que l’électron n’a pas non plus totalement les caractéristiques d’une onde : le motif d’interférence ne provient pas d’une répartition continue d’énergie, mais il est constitué par l’accumulation progressive de nombreux points individuels », soulignent Brian Cox et Jeff Forshaw, professeurs de physique à l’université de Manchester dans L’Univers quantique : tout ce qui peut arriver arrive… (éditions Dunod, 2013).

Qu’est-ce que tout cela signifie ? Que l’électron passe par les deux fentes et interfère avec lui-même ! Mais quand on place un outil de mesure pour observer dans quelle fente passe réellement l’électron, il se comporte comme un projectile ordinaire (une pomme ou une planète) ! Il passe par une seule fente à la fois, ce qui forme deux lignes d’impact en lieu et place du motif d’interférence précédemment observé. Le fait même d’observer, de mesurer a annihilé le comportement ondulatoire de notre électron…

On peut donc bien parler d’une dualité onde-particule. L’habit ne fait pas le moine. Descartes ne croyait pas si bien dire : les sens nous trompent.

Physique quantique : le temps et l’espace n’existent pas

La physique quantique nous fournit une description du monde qui va à l’encontre de notre expérience concrète. Les particules agissent comme des ondes, l’observateur a une influence sur la réalité et les notions d’espace et de temps deviennent caduques au cœur même de la matière.

En effet, par son comportement ondulatoire, « Une particule se trouve réellement en plusieurs endroits à la fois, et ne se déplace qu’en explorant tout l’Univers simultanément », rappellent les deux professeurs dans l’ouvrage cité plus haut. Autrement dit, elle a le don d’ubiquité… Une particule quantique se déplace par une infinité de voies différentes et il est impossible de prévoir de manière certaine sa position. Les physiciens peuvent, au mieux, calculer des probabilités.

L’autre point intéressant du monde quantique tient au fait que les électrons restent en lien instantanément, même à distance. L’espace et le temps sont des notions qui donnent l’illusion de séparation (spatiale et temporelle) entre les objets. Si l’impression d’avancer dans le temps est une expérience de la conscience, à l’échelle de l’infiniment petit, l’échelle de Planck, le concept de temps n’a plus vraiment de sens. Tout était relié, connecté au moment du Big Bang et c’est encore le cas aujourd’hui même si, dans la vie de tous les jours, nous avons plutôt l’occasion de ressentir une séparation.

Physique quantique : que peut-elle nous apporter ?

« Ceux qui ne seraient pas perturbés en découvrant la mécanique quantique ne l’ont sûrement pas comprise. » C’est ainsi que Niels Bohr exprimait le caractère déroutant de l’interprétation de la physique quantique. Elle reste profondément utile car la compréhension du fonctionnement intime de la matière sous-tend la compréhension de tout l’Univers.

La physique quantique peut nous éclairer sur la réalité physique à différents niveaux :

  • Notre observation influence le monde. Saviez-vous que le cerveau traite 400 milliards de bits d’information par seconde mais que seulement 2000 arrivent à notre conscience ? La réalité dépend fortement de la perception de chacun et de la manière qu’il a de se représenter la réalité… Si vous croyez par exemple que quelque chose est possible, vous allez agir en ce sens et vous allez ainsi maximiser vos chances de le rendre possible. Si vous croyez dans le cas contraire que c’est impossible, vous ne ferez rien et il en sera ainsi.
  • Nous sommes tous connectés même si cette idée se heurte à notre perception du monde réel.
  • Nous sommes faits de ces briques de matière mais aussi d’énergie et la réalité physique ne représente que la partie visible de l’iceberg. Cela nous confronte à nos préjugés sur le réel car il s’agit d’une dimension subtile de la réalité, qui n’est pas directement accessible par nos sens. De même, l’aspect solide de la matière ne suggère en aucun cas qu’elle est principalement vide. La physique quantique nous apprend d’ailleurs qu’il n’y a pas d’espace vide. « Ce que nous nommons “espace vide” est en réalité un tourbillon bouillonnant de particules subatomiques, que l’on ne peut en aucune façon écarter ou éliminer », précisent les deux professeurs.

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