Vous avez probablement entendu parler du chat de Schrödinger, le malheureux félin dans une boîte qui est à la fois vivant et mort jusqu'à ce que la boîte soit ouverte pour révéler son état réel. Eh bien, revenez maintenant sur le temps de Schrödinger, une situation dans laquelle un événement peut simultanément être la cause et l'effet d'un autre événement.
Un tel scénario peut être inévitable dans toute théorie de la gravité quantique, un domaine encore obscur de la physique qui cherche à combiner la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein avec les rouages de la mécanique quantique. Dans un nouvel article, les scientifiques créent un mashup des deux en imaginant des vaisseaux spatiaux près d'une énorme planète dont la masse ralentit le temps. Ils concluent que les vaisseaux spatiaux pourraient se retrouver dans un état où la causalité est inversée: un événement pourrait finir par provoquer un autre événement qui s'est produit avant lui.
"On peut imaginer ce genre de scénario où l'ordre temporel ou la cause et l'effet sont en superposition d'être inversés ou non inversés", a déclaré le co-auteur de l'étude Igor Pikovski, physicien au Center for Quantum Science and Engineering du Stevens Institute of Technology à New Jersey. "C'est quelque chose qui devrait se produire une fois que nous aurons une théorie complète de la gravité quantique."
Temps quantique
La célèbre expérience de pensée de chat de Schrödinger demande à un spectateur d'imaginer une boîte contenant un chat et une particule radioactive, qui, une fois décomposée, tuera le malheureux félin. Selon le principe de la superposition quantique, la survie ou la mort du chat est également probable jusqu'à ce qu'elle soit mesurée - donc jusqu'à ce que la boîte soit ouverte, le chat est à la fois vivant et mort. En mécanique quantique, la superposition signifie qu'une particule peut exister dans plusieurs états en même temps, tout comme le chat de Schrödinger.
La nouvelle expérience de pensée, publiée le 21 août dans la revue Nature Communications, combine le principe de la superposition quantique avec la théorie d'Einstein de la relativité générale. La relativité générale dit que la masse d'un objet géant peut ralentir le temps. Ceci est bien établi comme vrai et mesurable, a déclaré Pikovski; un astronaute en orbite autour de la Terre connaîtra le temps juste un peu plus vite que son jumeau sur la planète. (C'est aussi pourquoi tomber dans un trou noir serait une expérience très progressive.)
Ainsi, si un vaisseau spatial futuriste était proche d'une planète massive, son équipage connaîtrait un temps un peu plus lent que les personnes dans un autre vaisseau spatial stationné plus loin. Maintenant, ajoutez un peu de mécanique quantique, et vous pouvez imaginer une situation dans laquelle cette planète est superposée simultanément à proximité et loin des deux vaisseaux spatiaux.
Le temps devient bizarre
Dans ce scénario superposé de deux navires connaissant le temps sur des calendriers différents, la cause et l'effet pourraient devenir chancelants. Par exemple, supposons que les navires soient invités à mener une mission de formation au cours de laquelle ils tirent les uns sur les autres et évitent les tirs les uns des autres, sachant très bien le moment où les missiles vont lancer et intercepter leurs positions. S'il n'y a pas de planète massive à proximité jouant avec le temps, c'est un exercice simple. D'un autre côté, si cette planète massive était présente et que le capitaine du navire ne tenait pas compte du ralentissement du temps, l'équipage pourrait esquiver trop tard et être détruit.
Avec la planète en superposition, à la fois proche et lointaine, il serait impossible de savoir si les navires esquiveraient trop tard et se détruiraient l'un l'autre ou s'ils s'écarteraient et survivraient. De plus, la cause et l'effet pourraient être inversés, a déclaré Pikovski. Imaginez deux événements, A et B, qui sont liés de façon causale.
"A et B peuvent s'influencer mutuellement, mais dans un cas, A est avant B, alors que dans l'autre cas, B est devant A" dans un état de superposition, a déclaré Pikovski. Cela signifie que A et B sont simultanément la cause et l'effet l'un de l'autre. Heureusement pour les équipages probablement confus de ces vaisseaux spatiaux imaginaires, Pikovski a déclaré qu'ils disposeraient d'un moyen mathématique d'analyser les transmissions des uns et des autres pour confirmer qu'ils étaient dans un état superposé.
De toute évidence, dans la vraie vie, les planètes ne se déplacent pas autour de la galaxie. Mais l'expérience de la pensée pourrait avoir des implications pratiques pour l'informatique quantique, même sans élaborer une théorie entière de la gravité quantique, a déclaré Pikovski. En utilisant des superpositions dans les calculs, un système informatique quantique pourrait évaluer simultanément un processus comme cause et comme effet.
"Les ordinateurs quantiques pourraient être en mesure de l'utiliser pour un calcul plus efficace", a-t-il déclaré.
