Sa naissance a eu lieu en 1935 dans l'esprit du physicien Erwin Schrödinger. Par le biais d'une expérience de pensée, il a été amené à concevoir un dispositif par lequel un atome radioactif provoque la libération d'un gaz mortel en brisant son contenant en verre pour tuer un chat au moment où cet atome se désintègre. L'absurdité du résultat de cette expérience imaginaire tient au fait que, selon les lois de la mécanique quantique, un atome radioactif se trouve dans un état de superposition à la fois où il s'est désintégré et où il ne l'est pas encore. Dans ce scénario, cette propriété conduit à une superposition dans laquelle un chat enfermé dans une boîte se trouve alors à la fois mort et vivant tant que personne ne regarde à l'intérieur. Toutefois, dès qu'un observateur décide d'y jeter un coup d'œil, seule persiste l'une de ces deux réalités. Même, si ça en a tout l'air, ce n'est pourtant pas une histoire inventée pour être publiée dans un livre d'enfant qui a commencé à apprendre à lire! Avec l'expérience imaginaire du chat de Schrödinger, il a fallu réfléchir pour rendre compte du fait que nous ne voyons jamais un animal à la fois mort et vivant, car l'accumulation d'un nombre toujours plus impressionnant de résultats expérimentaux en faveur de la mécanique quantique ne permet plus de l'écarter du revers de la main. Ses assises contraignent l'esprit humain à se reprogrammer, en quelque sorte, pour tenter d'expliquer le réel. 

Hugh Everett avait proposé pour ce scénario, et d'autres du même acabit, que pareille expérience engendre deux mondes distincts. Aujourd'hui, l'explication retenue qui semble faire consensus est celle de la décohérence. Un animal de la taille d'un chat à la fois mort et vivant ne pourrait exister que durant un temps infinitésimalement court. Nous n'aurions pas le temps de le voir et parvenir à enregistrer l'image d'une telle superposition constituerait une belle prouesse technologique! 

L'entropie du chat de Schrödinger : voir une expérience de pensée autrement

C'est toujours une surprise lorsqu'on retrouve une vieille connaissance et qu'on découvre quelque chose de nouveau à propos d'elle. Jusqu'ici, j'avais toujours regardé une illustration de cette expérience de pensée sans porter mon attention sur un élément particulier jusqu'à ce que je la focalise non pas sur le chat, mais sur la fiole. Avec cette superposition d'états de ce système, on a à la fois une fiole intacte et une fiole brisée. Or, l'entropie d'un contenant en verre n'est pas la même s'il est en un seul morceau ou s'il est fracassé. Du coup, je me rendais compte qu'on pouvait faire le même constat pour le gaz qui empoisonne le chat : une fois la fiole brisée, ce gaz se répand dans la boîte et, dans les deux cas, l'entropie a augmenté. Ce qui amène à se demander si l'entropie d'un système ne pourrait pas se trouver dans un état de superposition quantique.

L'entropie est l'un des marqueurs, voire le principal marqueur de la flèche du temps lié à la thermodynamique. Elle ne peut qu'augmenter avec le temps. La superposition de cette entropie dans le scénario du chat de Schrödinger ne peut alors signifier qu'une superposition de deux moments selon la flèche du temps thermodynamique. Maintenant, si l’on revient au chat, on réalise qu'un animal mort ne précède jamais dans le temps sa version vivante. Là encore, ce scénario superpose dans une simultanéité deux instants successifs. S'il y a décohérence, on peut penser que son mécanisme doit être lié à la flèche du temps thermodynamique.

Mais imaginons que ce phénomène de décohérence ne soit pas instantané, alors au moins deux instants successifs bénéficieraient d'un très court laps de temps pour se retrouver fusionnés dans une sorte d'instantanéité. Dans ce scénario imaginaire, une question se pose : quels sont les deux instants à choisir? Dire que le chat meurt au moment où l'atome radioactif se désintègre est un raccourci. En réalité, il faut considérer toute une séquence de moments partant du mouvement du mécanisme pour briser le contenant de verre au mouvement des molécules du gaz qui se répand dans la boîte et de l'effet du poison dans l'organisme du chat. Comme il n'y a aucune raison d'en choisir un plutôt qu'un autre, ce sont donc tous ces moments qui doivent être inclus suite à la désintégration de l'atome, si bien qu'on se retrouve avec toute une séquence d'événements condensés dans une forme de simultanéité. Il se trouve que ce type de configuration est décrit mathématiquement par un temps imaginaire. Une temporalité qui fait appel à des nombres imaginaires plutôt que des nombres réels. J'évoquais cette possibilité récemment en lien avec le modèle de Hartle-Hawking. Le temps, y joue alors le rôle d'une 4e dimension spatiale. Chose intéressante, je rapportais une information mentionnée par Laurent Sacco à l'effet que ce temps imaginaire interviendrait d'une certaine façon pour expliquer l'effet tunnel, un phénomène quantique se manifestant, entre autres, lors de la désintégration d'un atome, le phénomène impliqué dans l'expérience imaginaire du chat de Schrödinger. Ce temps imaginaire pourrait se révéler plus réel qu'on pense. Il y a de quoi réfléchir.