Le lien de cause à effet est tellement ancré dans notre compréhension du monde qu’il semble aller de soi. Pourtant, lorsque les physiciens se penchent sur le domaine bizarre de la mécanique quantique – la physique des atomes et des particules subatomiques – ce lien fondamental s’effondre. Depuis des décennies, le « problème de l’observateur » hante la théorie quantique : l’idée troublante selon laquelle la réalité n’est définie que lorsque quelqu’un l’observe. Aujourd’hui, une nouvelle approche suggère une solution radicale : la causalité elle-même pourrait être la couche la plus profonde de la réalité, résolvant les paradoxes quantiques et ouvrant potentiellement la voie à l’unification de la mécanique quantique avec la théorie de la relativité générale d’Einstein.
Le problème de la mesure quantique
La mécanique quantique est remarquablement précise pour prédire les résultats expérimentaux, mais elle a du mal à expliquer pourquoi les choses se produisent ainsi. Avant la mesure, un système quantique existe dans une superposition – un mélange flou de possibilités décrit par l’équation de Schrödinger. L’acte de mesure « effondre » cette fonction d’onde, forçant le système à se mettre dans un état défini. Cela soulève une question cruciale : qu’est-ce qu’une mesure ? Cela nécessite-t-il un observateur conscient ? Si oui, qu’est-ce qui définit un observateur et comment l’observation crée-t-elle la réalité ?
De nombreux physiciens trouvent cela insatisfaisant. Comme le dit Nick Ormrod de l’Institut Périmètre : « La situation actuelle de la mécanique quantique est qu’il s’agit d’une théorie qui prédit très bien et explique très mal. » Ce flou rend l’application de la théorie quantique à des scénarios sans observateurs clairs – comme l’univers primitif ou la structure de l’espace-temps lui-même – profondément problématique.
Réinterpréter la réalité quantique par la causalité
Au lieu de s’accrocher au concept mal défini d’observation, certains chercheurs proposent que la causalité soit le principal moteur des événements quantiques. Deux interprétations existantes – les histoires cohérentes et la mécanique quantique relationnelle – offrent des informations partielles, mais elles comportent des défauts. L’interprétation cohérente des histoires suggère que tous les chemins d’évolution possibles d’un système quantique sont valides, mais n’explique pas lequel nous expérimentons réellement. La mécanique quantique relationnelle postule que les propriétés n’existent que par rapport à un observateur, mais manque d’un cadre mathématique rigoureux.
Pour surmonter ces limites, Ormrod et son collègue Jonathan Barrett ont développé un nouveau cadre ancré dans la causalité quantique. Cette approche traite les systèmes quantiques comme des réseaux de « bulles causales » régies par des règles mathématiques spécifiques. Au sein de ces bulles, les interactions déterminent la façon dont les systèmes évoluent, éliminant ainsi le besoin de dicter les résultats par des observateurs externes.
Ce n’est pas seulement une spéculation philosophique. Le cadre prédit les mêmes résultats que la théorie quantique standard, mais sans invoquer le mystérieux pouvoir de l’observation. Cela suggère que la structure causale est plus fondamentale que les propriétés que nous percevons, un peu comme une toile d’araignée : les fils (causalité) viennent en premier et les points (propriétés) émergent de leurs intersections.
Résoudre les paradoxes et unifier la physique
Une démonstration frappante de la puissance de ce cadre est la résolution du paradoxe de l’ami de Wigner. Cette expérience de pensée met en lumière l’apparente contradiction entre deux observateurs confrontés à des réalités différentes. L’interprétation causale contourne ce problème en affirmant que la définition n’est pas absolue, mais relative à la structure causale. Les observateurs au sein de différentes bulles connaissent des résultats distincts, mais aucune des deux perspectives n’est intrinsèquement « correcte » – les deux sont valables dans leurs cadres causals respectifs.
Mais les implications vont au-delà des paradoxes quantiques. L’idée selon laquelle la causalité sous-tend la réalité s’aligne sur les idées de la relativité générale, où la gravité est comprise comme une déformation de l’espace-temps causée par la masse. En fait, connaître la structure causale de l’espace-temps permet de reconstruire sa géométrie. Cela suggère que l’espace-temps lui-même pourrait émerger de l’ordre causal, offrant ainsi un pont potentiel entre la mécanique quantique et la relativité générale.
Si la causalité est effectivement fondamentale, unifier ces deux piliers de la physique moderne ne nécessite peut-être pas d’inventer de nouvelles entités, mais plutôt de reconnaître que les ingrédients existants sont disposés dans le mauvais ordre. L’approche causale propose une solution plus simple et plus élégante : la réalité émerge de la relation fondamentale entre cause et effet.
Conclusion
La nouvelle interprétation causale de la mécanique quantique est encore spéculative, mais sa capacité à résoudre des paradoxes de longue date et à ouvrir la voie à l’unification en fait une voie prometteuse pour les recherches futures. En élevant la causalité au rang de principe fondateur de la réalité, les physiciens pourraient enfin percer les secrets les plus profonds de l’univers.
