Transcription intégrale de l’épisode (elle dévoile toutes les surprises)
Question au lecteur
On lance des balles, une par une, vers un mur percé de deux fentes verticales. Derrière, un écran garde la trace des impacts. Quel dessin obtient-on ?
- Deux bandes, face aux fentes (bonne réponse)
- Une seule bande, au milieu
- Une série de bandes alternées
Si vous répondez « Deux bandes, face aux fentes » :
Évidemment. Et avec de la lumière ?
Si vous répondez « Une seule bande, au milieu » :
Deux bandes, face aux fentes. Évidemment. Mais avec de la lumière ?
Question au lecteur
Maintenant, on envoie de la lumière, grain par grain : un seul photon à la fois. Quel dessin obtient-on ?
- Deux bandes
- Une série de bandes alternées (bonne réponse)
- Rien : un grain seul ne passe pas
Si vous répondez « Deux bandes » :
Voyez vous-même.
Si vous répondez « Une série de bandes alternées » :
C’est bien ça. Et c’est incompréhensible.
Expérience interactive
Un photon à la fois
Envoyez les photons un par un, puis par milliers. Regardez où ils arrivent.
Les photons arrivent un à un sur l’écran, chacun en un point précis. Au fil des impacts, une série de franges claires et sombres se dessine : la figure d’interférence d’une onde passée par les deux fentes.
Chaque grain de lumière passe par les deux fentes à la fois.
Et interfère avec lui-même. Envoyez les photons à une minute d’intervalle si vous voulez : les franges se dessinent quand même, point après point.
La lumière qui hésite
Un grain de lumière passe par deux chemins à la fois, tant qu’on ne le regarde pas.
Chaque photon arrive en un point précis, comme une particule. Mais la répartition des points dessine des franges, comme le ferait une onde qui traverse les deux fentes à la fois et se recombine derrière.
Avant d’être détecté, le photon n’a pas de position précise : la physique quantique le décrit comme une onde de possibilités, qui emprunte les deux chemins à la fois.
Ce n’est pas une simulation. En 1989, au Japon, Akira Tonomura envoie des électrons, des grains de matière, un par un vers deux fentes. Voici ce qu’enregistre son écran.
La matière aussi hésite. On l’a observé avec des atomes, puis avec des molécules de près de deux mille atomes.
Question au lecteur
Et si l’on place un détecteur pour savoir par quelle fente passe chaque photon ?
- Les franges restent
- Les franges disparaissent (bonne réponse)
Si vous répondez « Les franges restent » :
Elles disparaissent. Dès qu’on sait par où passe le photon, il se comporte comme une particule.
Si vous répondez « Les franges disparaissent » :
Oui. Dès qu’on sait par où passe le photon, il se comporte comme une particule.
Il suffit que l’information existe quelque part, même si personne ne la lit. Il ne s’agit pas de conscience : il s’agit d’interaction avec le reste du monde.
Expérience interactive
Le détecteur
Envoyez des photons, puis allumez le détecteur et recommencez. Regardez les franges.
Le même dispositif, avec un détecteur qui signale par quelle fente passe chaque photon. Détecteur éteint, les franges se forment ; détecteur allumé, elles disparaissent, et il ne reste qu’une tache.
« Ce phénomène contient le cœur de la mécanique quantique. En réalité, il en contient le seul mystère. »
Ce n’est pas une curiosité de laboratoire. Les transistors de votre téléphone, les lasers, l’imagerie par résonance magnétique, les horloges atomiques des satellites : tout cela repose sur ces lois. Vous êtes entouré de machines qui exploitent un phénomène que personne ne se représente vraiment.
Octobre 1927, Bruxelles, cinquième congrès Solvay. Sur cette photo, vingt-neuf physiciens ; dix-sept ont reçu ou recevront un prix Nobel.
Benjamin Couprie · Domaine publicMarie Curie est la seule femme de la photo. Elle a découvert le polonium et le radium avec Pierre Curie, et reçu deux prix Nobel, en physique puis en chimie.
Albert Einstein et Niels Bohr y ouvrent un débat qui durera jusqu’à leur mort. Einstein refuse que la nature soit fondamentalement hasardeuse : « Dieu ne joue pas aux dés. » Bohr lui aurait répondu : « Cessez de dire à Dieu ce qu’il doit faire. »
Qui avait raison ? En 1982, à Orsay, le physicien français Alain Aspect réalise une expérience décisive sur des paires de photons « intriqués ». Quarante ans plus tard, elle lui vaut le prix Nobel, avec John Clauser et Anton Zeilinger.
Verdict : sur ce point, Einstein avait tort. Deux particules intriquées forment un seul système, quelle que soit la distance qui les sépare.
La réalité n’est pas faite de petites billes.
Superposition. Tant qu’on ne le mesure pas, un objet quantique n’est pas dans un état ou dans l’autre : il est décrit par une combinaison de possibilités. La mesure le force à « choisir ».
Si la lumière hésite entre deux chemins, le temps, au moins, s’écoule au même rythme pour tout le monde. Une seconde est une seconde. Vous en êtes sûr ?
Sources
- Thomas Young, « Experiments and calculations relative to physical optics », 1804 ; Akira Tonomura et al., « Demonstration of single-electron buildup of an interference pattern », American Journal of Physics, 1989.
- Richard Feynman, The Feynman Lectures on Physics, vol. III, 1963.
- Instituts Solvay, cinquième conseil de physique, 1927.
- Alain Aspect, Philippe Grangier et Gérard Roger, Physical Review Letters, 1982 ; prix Nobel de physique 2022.