Une nouvelle étude explique comment la réalité quotidienne émerge de l’univers quantique parallèle, formant un monde stable et prévisible qui, de par sa nature, est opposé au domaine imprévisible et paradoxal des particules subatomiques. Tout est question de décohérence.
Nous savons déjà que les lois de la mécanique quantique régissent les interactions entre les particules subatomiques, mais comment ce chaos quantique se traduit-il dans la réalité stable et prévisible que nous vivons chaque jour ?
Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs de l’Université autonome de Barcelone et publiée dans Examen physique met en lumière ce processus, en expliquant comment la réalité classique émerge grâce à la décohérence quantiqueun phénomène qui supprime les interférences quantiques et cède la place à un univers ordonné et classique.
La question centrale de l’étude est la « décohérence« , un processus par lequel les probabilités quantiques, qui permettent à une particule de se trouver à plusieurs endroits en même temps, disparaissent lorsqu’elles sont observées à grande échelle. Cette étude résout un paradoxe fondamental dans l’interprétation des mondes multiples de la mécanique quantique : si l’univers est une superposition de possibilités infinies, pourquoi percevons-nous une seule réalité ?
D’après ce travail, qui s’appuie sur l’interprétation des plusieurs mondes de la mécanique quantiqueselon lequel d’innombrables mondes parallèles se ramifient les uns des autres à chaque mesure, la clé réside dans des systèmes isolés et non intégrables, comme les grands systèmes qui caractérisent notre univers. Un « système isolé » est un système qui n’échange ni énergie ni information avec son environnement, permettant ainsi à son évolution d’être régie uniquement par ses propres lois internes. D’un autre côté, un système « non intégrable » fait référence à un système dont la dynamique est complexe et chaotique, où il n’y a pas suffisamment de constantes de mouvement pour décrire son comportement de manière ordonnée.
Ce manque d’intégrabilité dans ces grands systèmes qui caractérisent notre univers garantit que les effets quantiques se dissipent plus rapidement, favorisant l’émergence de schémas classiques et la perception d’une réalité unique.
Propriétés globales
Lors de l’analyse de systèmes quantiques simples avec simulations d’évolution quantique Avec jusqu’à environ 50 000 niveaux d’énergie et cinq pas de temps, des paramètres bien plus petits que ceux qui seraient nécessaires pour simuler des phénomènes quotidiens, les chercheurs ont observé que des caractéristiques macroscopiques telles que l’ordre et la structure peuvent émerger même dans un système quantique qui semble chaotique à des échelles plus petites. .
Ils ont également montré que la décohérence émerge de manière robuste pour certains systèmes dont les propriétés observables sont des observables « lentes et grossières ». Ces observations font référence à des mesures qui ne capturent pas les moindres détails du système, mais font plutôt une moyenne sur de grandes échelles de temps et d’espace.
Par exemple, au lieu de mesurer la position exacte de chaque particule dans un système quantique, on observe des propriétés globales comme l’énergie ou la température, qui évoluent plus lentement et sont moins sensibles aux fluctuations microscopiques. C’est dans ce contexte d’observation « globale » dans lequel la décohérence convertit l’ambiguïté quantique en la réalité saisissable que nous connaissons.
L’étude a utilisé des simulations basées sur équation de Schrödingersans introduire de facteurs externes tels que le bruit ambiant ou la thermodynamique statistique traditionnelle. Cette approche, connue sous le nom d’« histoires décohérentes émergentes » (ou des histoires cohérentes), permet d’analyser l’évolution des systèmes quantiques, en évaluant la manière dont les interférences quantiques diminuent au fil du temps.
Ce qui distingue ce travail des recherches antérieures est sa capacité à aborder la décohérence à partir de principes fondamentaux, sans dépendre d’approches externes telles que l’effet d’environnement ou des modèles stochastiques ou aléatoires.
En particulier, l’étude quantifie comment la décohérence découle intrinsèquement de la dynamique du systèmemontrant que les effets quantiques sont supprimés de manière exponentielle par rapport à la taille du système.
Cette approche établit un lien plus clair et plus rigoureux entre la mécanique quantique et notre expérience classique, ce qui auparavant ne pouvait être abordé qu’indirectement ou qualitativement.
pont essentiel
De plus, en se concentrant sur des systèmes non intégrables aux propriétés observables lentes et grossières, l’étude renforce l’idée selon laquelle La décohérence n’est pas un phénomène accessoire, mais un processus inévitable et omniprésent dans des systèmes suffisamment complexes.expliquent les chercheurs.
Cette compréhension redéfinit le rôle de la décohérence en tant que pont essentiel pour expliquer la transition quantique-classique, éliminant le besoin d’hypothèses externes, comme cela a été fait jusqu’à présent.
En termes pratiques, ce phénomène aide à résoudre un problème historique dans l’interprétation de plusieurs mondes : le problème de la base préférée. Autrement dit, pourquoi certaines propriétés, comme la position ou l’énergie, semblent-elles « privilégiées » dans la définition de notre réalité ?
La réponse réside dans le fait que les propriétés observables « lentes et grossières » sont celles qui survivent à la décohérence, nous permettant ainsi de découvrir un monde dans lequel les objets ont des positions définies et des comportements prévisibles.
En outre, les résultats suggèrent que la façon dont nous mesurons l’univers n’est pas arbitraire, mais qu’elle est profondément influencée par la structure même de la réalité quantique. Seuls les systèmes dotés de propriétés observables répondant à des conditions de stabilité – comme l’énergie totale – peuvent générer des histoires décohérentes, compatibles avec nos perceptions quotidiennes, selon les auteurs de cette étude.
Implications philosophiques et scientifiques
Bien que l’étude se concentre sur un modèle simplifié, ses conclusions ont de vastes implications sur la façon dont nous comprenons l’univers. D’une part, cela renforce l’interprétation selon laquelle les lois de la mécanique quantique ne contredisent pas notre expérience classique, mais la soutiennent plutôt. D’autre part, il redéfinit le concept de la « réalité » comme phénomène émergentproduit de l’interaction entre les lois quantiques et la complexité des systèmes que nous observons.
En résumé, ce travail offre non seulement un explication quantitative pour l’émergence de la réalité classique, mais ouvre également la porte à de futures recherches sur la façon dont les structures quantiques les plus fondamentales façonnent le cosmos tel que nous le connaissons. En explorant les frontières entre quantique et classique, il nous rapproche de la compréhension du plus grand mystère de tous : comment un univers aux possibilités infinies peut converger vers l’expérience singulière de la réalité.
Référence
Premiers principes Démonstration numérique des histoires décohérentes émergentes. Philipp Strasberg et coll. Phys. Rév. X 14, 041027 ; 30 octobre 2024. DOI :https://doi.org/10.1103/PhysRevX.14.041027