Le chat de Schrödinger, une expérience de pensée de la mécanique quantique, révèle la possibilité d'univers parallèles. Le physicien Aurélien Barrau pense qu’on pourra un jour tester scientifiquement cette hypothèse folle !

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Plus d’un siècle après sa découverte, la mécanique quantique – qui décrit le comportement des entités physiques à l’échelle des particules élémentaires – n’est toujours pas clairement comprise, même si ses prédictions les plus déroutantes ont jusqu’ici toujours été parfaitement vérifiées par la mesure. Peinant à donner un sens fort à cette immense théorie, nous devons nous contenter d’admettre ses trois leçons les plus importantes. D’abord renoncer au déterminisme de la physique classique au profit d’une vision probabiliste ; ensuite considérer que beaucoup de grandeurs apparemment continues – telle l’altitude d’un piéton sur une colline – sont en réalité discrètes – telle l’altitude de ce même piéton dans un immeuble à étages – ; enfin admettre que certaines particules sont comme douées d’ubiquité, elles peuvent se trouver dans plusieurs lieux ou dans plusieurs états à la fois.

L’étrange mort du chat quantique

De cette ubiquité découle une des plus fameuses expériences de pensée de la mécanique quantique : celle du chat de Schrödinger. Supposons qu’on enferme dans une boîte opaque un chat et un noyau radioactif dont la désintégration – un événement aléatoire selon la mécanique quantique – déclenche un mécanisme mettant fin à la vie du chat (cette histoire m’a toujours semblé très cruelle…). Tant qu’aucun observateur ne va voir ce qui se passe dans la boîte, la mécanique quantique considère que le noyau est en réalité dans une superposition d’états, c’est-à-dire à la fois désintégré et non encore désintégré ; par conséquent le chat est à la fois mort et vivant… Beaucoup d’encre a coulé autour de ce paradoxe, et la question est loin d’être entièrement résolue.

Dans les années 1950, un jeune physicien de Princeton, Hugh Everett, en propose une interprétation incroyable : à chaque interaction d’un système quantique avec un système classique se produirait une bifurcation en plusieurs univers parallèles. Autrement dit, il existerait un monde où le chat est mort et un autre monde où le chat est vivant, ces deux mondes étant bien réels mais n’interagissant plus entre eux ! Les événements de ce type étant innombrables, les mondes parallèles pulluleraient. La proposition semble tout-à-fait déraisonnable, pourtant un « sondage » chez les physiciens théoriciens montre que de plus en plus d’entre eux la considèrent comme la vision correcte.

Tester l’invraisemblable hypothèse d'Everett

Et pour cause : la vision « mondes multiples » de Everett se révèle à la fois plus sobre, plus cohérente et plus élégante que la vision usuelle, dite de Copenhague, qui doit inventer des contorsions mathématiques pour éviter le chat « mort-vivant ». Mais il est bien évident que le test ultime serait l’expérience.

Selon Everett, tout ce qui aurait

pu avoir lieu dans

le passé a bien eu

lieu dans un autre univers. Et l’interprétation d’Everett a longtemps été considérée comme invérifiable, relevant donc de la métaphysique plus que de la science. Dans un récent article , je montre pourtant – sur les pas du physicien Don Page – qu’il n’est pas, en principe, impossible de mettre cette interprétation à l’épreuve des observations. L’idée consiste à trouver une situation où les deux interprétations vont conduire à des prédictions différentes. Étonnamment, cela n’est pas impossible. Je construis dans ce travail un test qui utilise l’évolution de l’Univers dans ses premiers instants, juste après le Big Bang, quand il était encore décrit par la physique quantique.

Sachant que différentes évolutions quantiques possibles de l’Univers conduisent à des nombres différents d’observateurs, il devient possible, à partir de l’étude de notre monde, de trancher entre les deux visions. Techniquement, le cœur de l’argument vient de ce que les univers improbables existent réellement chez Everett (en petit nombre) alors qu’ils ne sont (en général) que des possibilités sans réalité matérielle dans la vision de Copenhague.

On peut comprendre l’idée centrale très simplement à partir d’une analogie. Supposons qu’un sac contienne un million de boules noires et une seule boule blanche. Selon la vision de Copenhague, ces boules sont essentiellement les mêmes.

Mais, selon la vision « mondes multiples » d’Everett, quelque chose « favorise » considérablement la boule blanche : par exemple, elle se trouverait toujours sur le dessus de la pile et serait, disons, un milliard de fois plus grosse et plus facile à attraper que les boules noires. Les deux interprétations prédisent bien le même nombre de boules de chaque couleur, mais elles diffèrent sur la prédiction concernant la boule que nous allons tirer au sort ! Et tout ce qui peut

avoir lieu dans

le futur aura bien

lieu dans des

univers parallèles.

Celle de Copenhague prédit que, selon toute vraisemblance, un tirage en aveugle conduira à saisir une boule noire, tandis que celle d’Everett prédit que nous devons tirer une boule blanche.

Trop tôt pour pouvoir trancher

Les deux interprétations sont donc ici distinguables. Suivant la boule qui est effectivement tirée au sort, c’est l’une ou l’autre qui sera favorisée. Naturellement, la boule tirée est ici une métaphore de l’univers que nous observons, c’est-à-dire celui dans lequel nous nous trouvons. Dans les faits, il est encore trop tôt pour pouvoir bâtir une telle expérience. Mais, dans le cadre de l’inflation cosmologique, quelques pistes se dessinent déjà et des éléments tendent à favoriser la vision d’Everett.



Néanmoins, il convient d’être prudent avec ces propositions spéculatives, voire subversives, quant aux tests possibles de l’existence d’univers parallèles. Je crois toutefois qu’il est important de se poser ces questions. D’autant que l’idée d’univers multiples apparaît aujourd’hui en cosmologie pour beaucoup d’autres raisons. Peut-être ces univers multiples n’existent-ils pas et constituent-ils une impasse épistémologique ? Mais il serait regrettable de les balayer d’un revers de la main. D’abord parce qu’ils sont prédits par certaines de nos théories (en ce sens, ils ne sont pas une hypothèse mais une conséquence) et qu’il serait incohérent d’user de ces théories en négligeant ce qu’elles génèrent. Ensuite parce que, contrairement aux idées reçues, ces théories peuvent être scientifiquement testées, comme nous venons de le montrer ici. Enfin parce que cela peut avoir des effets concrets sur les prédictions physiques dans notre univers.

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