Nouveau paradigme

Mécanique quantique: comment le futur pourrait influencer le passé

par Huw Price, membre émérite, Trinity College, Université de Cambridge et Ken Wharton, professeur de physique et d'astronomie, Université d'État de San José.

En 2022, le prix Nobel de physique a été décerné pour des travaux expérimentaux montrant que le monde quantique doit briser certaines de nos intuitions fondamentales sur le fonctionnement de l’univers.

Beaucoup regardent ces expériences et concluent qu’elles défient la « localité » – l’intuition que les objets distants ont besoin d’un médiateur physique pour interagir. Et en effet, une connexion mystérieuse entre des particules distantes serait une façon d’expliquer ces résultats expérimentaux.

D’autres pensent plutôt que les expériences défient le «réalisme» – l’intuition qu’il existe un état de fait objectif sous-jacent à notre expérience. Après tout, les expériences ne sont difficiles à expliquer que si l’on pense que nos mesures correspondent à quelque chose de réel. Quoi qu’il en soit, de nombreux physiciens s’accordent sur ce qu’on a appelé « la mort par l’expérience » du réalisme local.


Et si ces deux intuitions pouvaient être sauvées, au détriment d’une troisième ? Un groupe croissant d’experts pense que nous devrions plutôt abandonner l’hypothèse selon laquelle les actions présentes ne peuvent pas affecter les événements passés. Appelée « rétrocausalité », cette option prétend sauver à la fois la localité et le réalisme.

Quelle est la causalité de toute façon? Commençons par la ligne que tout le monde connaît : la corrélation n’est pas la causalité. Certaines corrélations sont causales, mais pas toutes. Quelle est la différence?

Prenons deux exemples. (1) Il existe une corrélation entre l’aiguille d’un baromètre et la météo – c’est pourquoi nous apprenons la météo en regardant le baromètre. Mais personne ne pense que l’aiguille du baromètre cause la météo. (2) Boire du café fort est corrélé à une fréquence cardiaque élevée. Ici, il semble juste de dire que le premier est à l’origine du second.

La différence est que si nous « remuons » l’aiguille du baromètre, nous ne changerons pas le temps. Le temps et l’aiguille du baromètre sont tous deux contrôlés par une troisième chose, la pression atmosphérique – c’est pourquoi ils sont corrélés. Lorsque nous contrôlons nous-mêmes l’aiguille, nous rompons le lien avec la pression atmosphérique et la corrélation disparaît.


Mais si nous intervenons pour modifier la consommation de café de quelqu’un, nous modifierons généralement également son rythme cardiaque. Les corrélations causales sont celles qui tiennent toujours lorsque nous agitons l’une des variables.

De nos jours, la science de la recherche de ces corrélations robustes s’appelle la « découverte causale ». C’est un grand nom pour une idée simple : découvrir ce qui change d’autre lorsque nous remuons les choses autour de nous.

Dans la vie ordinaire, nous tenons généralement pour acquis que les effets d’un tremblement vont se manifester plus tard que le tremblement lui-même. C’est une hypothèse tellement naturelle que nous ne remarquons pas que nous la faisons.

Mais rien dans la méthode scientifique n’exige que cela se produise, et cela est facilement abandonné dans la fiction fantastique. De même, dans certaines religions, nous prions pour que nos proches soient parmi les survivants du naufrage d’hier, par exemple. Nous imaginons que quelque chose que nous faisons maintenant peut affecter quelque chose dans le passé. C’est la rétrocausalité.

Rétrocausalité quantique

La menace quantique pour la localité (que les objets distants ont besoin d’un médiateur physique pour interagir) découle d’un argument du physicien nord-irlandais John Bell dans les années 1960.

Bell a envisagé des expériences dans lesquelles deux physiciens hypothétiques, Alice et Bob, reçoivent chacun des particules d’une source commune. Chacun choisit l’un des nombreux paramètres de mesure, puis enregistre un résultat de mesure. Répétée plusieurs fois, l’expérience génère une liste de résultats.

Bell s’est rendu compte que la mécanique quantique prédit qu’il y aura d’étranges corrélations (maintenant confirmées) dans ces données. Ils semblaient impliquer que le choix du cadre d’Alice avait une influence « non locale » subtile sur le résultat de Bob, et vice versa – même si Alice et Bob pouvaient être à des années-lumière l’un de l’autre. On dit que l’argument de Bell constitue une menace pour la théorie de la relativité restreinte d’Albert Einstein, qui est une partie essentielle de la physique moderne.

Mais c’est parce que Bell a supposé que les particules quantiques ne savent pas quelles mesures elles vont rencontrer à l’avenir. Les modèles rétrocausaux proposent que les choix de mesure d’Alice et de Bob affectent les particules à la source.

Cela peut expliquer les corrélations étranges, sans casser la relativité restreinte.
Dans des travaux récents, nous avons proposé un mécanisme simple pour l’étrange corrélation – il s’agit d’un phénomène statistique familier appelé biais de Berkson.

Il y a maintenant un groupe prospère d’universitaires qui travaillent sur la rétrocausalité quantique. Mais il est encore invisible pour certains experts dans le domaine plus large. Il se confond avec une vision différente appelée « superdéterminisme ».

Superdéterminisme

Le superdéterminisme est d’accord avec la rétrocausalité selon laquelle les choix de mesure et les propriétés sous-jacentes des particules sont en quelque sorte corrélés.

Mais le superdéterminisme le traite comme la corrélation entre le temps et l’aiguille du baromètre. Il suppose qu’il y a une troisième chose mystérieuse – un « superdéterminateur » – qui contrôle et corrèle à la fois nos choix et les particules, la façon dont la pression atmosphérique contrôle à la fois le temps et le baromètre.

Ainsi, le superdéterminisme nie que les choix de mesure soient des choses que nous sommes libres de modifier à volonté, ils sont prédéterminés. Des tremblements libres rompraient la corrélation, tout comme dans le cas du baromètre. Les critiques objectent que le superdéterminisme sape ainsi les hypothèses fondamentales nécessaires pour entreprendre des expériences scientifiques. Ils disent aussi que cela signifie nier le libre arbitre, car quelque chose contrôle à la fois les choix de mesure et les particules.

Ces objections ne s’appliquent pas à la rétrocausalité. Les rétrocausalistes font la découverte causale scientifique de la manière habituelle, libre et agitée. Nous disons que ce sont les gens qui rejettent la rétrocausalité qui oublient la méthode scientifique, s’ils refusent de suivre l’évidence où elle mène.

Preuve

Quelle est la preuve de la rétrocausalité ? Les critiques demandent des preuves expérimentales, mais c’est la partie facile : les expériences pertinentes viennent de remporter un prix Nobel. La partie délicate est de montrer que la rétrocausalité donne la meilleure explication de ces résultats.

Nous avons mentionné la possibilité d’éliminer la menace qui pèse sur la relativité restreinte d’Einstein. C’est un indice assez important, à notre avis, et il est surprenant qu’il ait fallu si longtemps pour l’explorer. La confusion avec le superdéterminisme semble principalement en cause.

De plus, nous et d’autres avons soutenu que la rétrocausalité donne un meilleur sens au fait que le micromonde des particules ne se soucie pas de la différence entre le passé et le futur.

Nous ne voulons pas dire que tout est simple. La plus grande inquiétude concernant la rétrocausation est la possibilité d’envoyer des signaux vers le passé, ouvrant la porte aux paradoxes du voyage dans le temps .

Mais pour faire un paradoxe, il faut mesurer l’effet dans le passé. Si notre jeune grand-mère ne peut pas lire nos conseils pour éviter d’épouser grand-père, ce qui signifie que nous n’existerions pas, il n’y a pas de paradoxe. Et dans le cas quantique, il est bien connu qu’on ne peut jamais tout mesurer à la fois.

Pourtant, il reste du travail à faire pour concevoir des modèles rétrocausaux concrets qui appliquent cette restriction selon laquelle vous ne pouvez pas tout mesurer à la fois. Nous terminerons donc par une conclusion prudente. A ce stade, c’est la rétrocausalité qui a le vent en poupe, alors foncez vers la plus grande des récompenses : sauver la localité et le réalisme de la « mort par l’expérimentation ».


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