Une expérience menée par des chercheurs japonais a révélé une potentielle contradiction entre la première loi du mouvement de Newton et le comportement des particules dans le monde quantique. En utilisant un photon comme objet d’étude, ils ont observé un écart de 45% entre les prédictions théoriques et les mesures expérimentales. Ces résultats pourraient remettre en question notre compréhension du mouvement quantique.
L’univers quantique, avec ses règles et ses principes distincts, continue de défier notre compréhension traditionnelle de la physique. Au cœur de ce défi se trouve le principe d’incertitude d’Heisenberg, qui stipule que la position et l’inertie d’une particule ne peuvent être connues simultanément avec précision.
Récemment, une équipe de chercheurs dirigée par Takafumi Ono de l’Université de Kagawa au Japon a mené une expérience audacieuse pour tester cette idée. En utilisant un photon comme objet d’étude, ils ont observé un écart significatif entre les prédictions basées sur les lois de Newton et les résultats expérimentaux. Cette découverte, qui remet en question la première loi du mouvement de Newton dans le monde quantique, pourrait nécessiter une réévaluation de notre compréhension du mouvement des particules à cette échelle. L’étude est disponible sur la plateforme arXiv.
Un défi à la première loi de Newton
La première loi du mouvement de Newton, énoncée à la fin du XVIIe siècle, a façonné notre compréhension du mouvement des objets. Selon cette loi, tout objet reste au repos ou en mouvement rectiligne uniforme, sauf si une force extérieure intervient. Cependant, cette loi semble être remise en question lorsque nous entrons dans le monde quantique.
Dans le monde quantique, les règles changent. Les lois de Newton sont remplacées par des règles analogues dans la théorie quantique. Le principe d’incertitude de Heisenberg, un pilier de la mécanique quantique, stipule que la position et l’inertie d’un objet ne peuvent jamais être mesurées simultanément avec une précision parfaite. Cela rend difficile la détermination exacte du mouvement d’un objet.
La lumière comme test ?
L’équipe de recherche japonaise a conçu une expérience visant à tester si le mouvement en ligne droite est une règle qui peut être transmise de la physique classique au domaine quantique. Ils ont pour cela utilisé un photon, une seule unité de lumière, comme objet quantique.
Le photon est une particule singulière. Il n’a pas de masse et se déplace à la vitesse la plus élevée possible. Dans l’expérience, le photon a été produit avec un laser et a traversé plusieurs lentilles et fentes avant d’atteindre un détecteur.
Les chercheurs ont constaté que les mesures de l’expérience ne correspondaient pas aux prédictions basées sur l’équation de la théorie quantique qui imite la première loi de Newton. Il y avait un écart de 45% entre les prédictions et les mesures réelles. Cela signifie que le photon ne se comportait pas comme prévu selon la loi de Newton. Au lieu de se déplacer en ligne droite, le photon semblait suivre un chemin différent.
Ces résultats suggèrent que les particules quantiques, comme les photons, ne suivent pas nécessairement les mêmes règles de mouvement que celles observées dans le monde macroscopique. Les lois de la physique newtonienne, qui décrivent avec précision le mouvement des objets de grande taille, ne sont ainsi pas entièrement applicables au monde quantique.
Des interprétations encore théoriques
L’interprétation des résultats de cette expérience est complexe. Les lois quantiques, en effet, fournissent généralement des informations statistiques, c’est-à-dire des informations sur le comportement de nombreuses particules et non d’une seule. Cela signifie que bien que nous puissions prédire le comportement moyen d’un groupe de particules, il est plus difficile de prédire le comportement d’une particule individuelle. C’est pourquoi il est délicat de comprendre comment l’hypothèse du mouvement en ligne droite peut être violée pour une particule individuelle.
Une nouvelle perspective pour comprendre ces résultats pourrait être de repenser la nature même du photon. Au lieu de le considérer comme une particule solide, nous pourrions envisager le photon comme une entité plus fluide, capable de se diviser ou de « s’effacer » au fur et à mesure de son déplacement. Cette vision pourrait aider à expliquer pourquoi le photon ne suit pas un chemin rectiligne comme le prévoit la loi de Newton. Cependant, cette perspective est encore à l’état de théorie et nécessite davantage de recherches et d’expérimentations pour être confirmée.