Le paradoxe EPR permet la transmission d'informations plus vite que la vitesse de la lumière
Imaginé
par Einstein en 1935. Observé expérimentalement par l'équipe
de Alain Aspect à Orsay en 1981 (expérience refaite et
améliorée en 1982).
La
physique quantique, contrairement à la physique classique,
veut que dans le monde microscopique il soit impossible de
connaître simultanément certaines paires de propriétés
d’une particule (par exemple sa position et sa quantité
de mouvement selon un axe donné). Tout ce qu’on peut déterminer
ce sont les probabilités statistiques de mesurer chaque
propriété.
Albert
Einstein s'est opposé toute sa vie à cette idée, refusant
de croire qu’une théorie fondamentale ait recours aux
probabilités. Einstein a donc essayé de concevoir des expériences
de pensée afin de montrer à Bohr qu’il avait tort. La
dernière expérience qu’il a imaginée, avec deux autres
physiciens -- Boris Podolsky et Nathan Rosen --, afin de
mesurer la position et le moment d’une paire de systèmes
de protons, devait contredire un aspect de la mécanique
quantique : l’enchevêtrement
des particules; ils obtinrent des résultats extrêmement
surprenants, qui les amenèrent à conclure que cette théorie
ne donnait pas une description complète de la réalité
physique.
L'enchevêtrement
des particules permet, dans certaines circonstances, que
deux particules conservent un lien causal, peu importe la
distance les séparant : ce qui advient à l'une advient nécessairement
à l'autre avec une simultanéité parfaite. Cela veut dire
que si on mesure les propriétés d'une des deux particules,
on peut connaître automatiquement les propriétés de sa
jumelle éloignée, ce qui implique que les particules
gardent un lien de communication instantané. Or, cela
semble contredire la relativité restreinte d'Einstein qui
dit qu'aucune communication ne peut dépasser la vitesse de
la lumière. C'est pourquoi Einstein appelait ce phénomène
"action fantôme à distance".
La mesure effectuée
sur le proton 1 donne un état déterminé pour le proton 2,
en fonction de la direction de la mesure choisie, bien que
les deux particules puissent être à des millions de kilomètres
l’une de l’autre, et n’interagissent pas entre elles
à l’instant considéré.
Ce paradoxe, qui
est connu sous le nom de paradoxe EPR (EPR pour Einstein,
Podolsky et Rosen), a été soumis à l'expérience pour la
première fois en 1981, par le physicien français Alain
Aspect, à Paris, sur des photons (au lieu de protons, mais
les résultats sont équivalents). L’expérience
imaginaire EPR a démontré de façon approfondie que Bohr a
eu raison contre Einstein : la théorie de la physique
quantique est valide, elle implique " un tout
indivisible, au sein duquel l’instrument d’observation
est inséparable de ce qui est observé, puisque l'enchevêtrement
a bel et bien été observé.
On
est ainsi amené à conclure que les deux protons sont en
corrélation entre eux et qu’une mesure effectuée sur
l’un affecte l’autre, quelle que soit la distance qui
les sépare. Ceci peut paraître très étonnant, mais telle
semble bien être la nature : la réalité ne peut être que
non-locale (théorème de Bell).
L’expérience d’Alain Aspect a ainsi démontré que les
systèmes quantiques comportent entre eux des relations qui
ne peuvent s’expliquer par la physique classique.
Il
y a donc violation du principe premier de la relativité,
l'information se propageant plus vite que la vitesse de la
lumière.
