Les photons sont bizarres.
Nous le savons. Ce sont des paquets d’énergie électromagnétique sans masse. Ils voyagent à la vitesse de la lumière. Ils ignorent les règles qui imposent de garder les pommes sur les arbres.
Mais il existe une astuce quantique spécifique qui brise le cerveau encore plus que la dualité onde-particule. Cela implique des miroirs. Et des bananes. Ou du moins l’idée de trancher un photon comme un fruit trop mûr.
Des physiciens de l’Université d’Oslo ont posé une question qui n’avait jamais vraiment été posée auparavant. Comment tronquer un photon ?
Si vous coupez une banane en deux, vous obtenez deux moitiés. Si vous coupez un photon en deux, vous n’obtenez pas deux photons.
Vous obtenez un gâchis.
“Étonnamment, nous découvrirons qu’un photon raccourci est un état compliqué impliquant un nombre de photons allant jusqu’à l’infini.”
Les chercheurs ont simulé le retrait d’un obturateur optique – essentiellement un miroir – pendant qu’un photon se reflétait dessus.
Ils voulaient voir ce qui se passe lorsque vous interrompez la réflexion en plein acte.
L’idée fausse des photons infinis
Les mathématiques disent que le résultat est une superposition.
Dans cet état, le photon existe dans plusieurs états à la fois. Lorsque vous le mesurez, vous pourriez trouver zéro photon. Vous pourriez en trouver quelques-uns. Ou, dans la limite théorique extrême, une quantité infinie.
Infini. Photons.
Cela semble impossible. C’est. Mais seulement à cause d’un malentendu courant.
Johannes Skaar, physicien théoricien à l’Université d’Oslo et co-auteur de l’étude, a clarifié la confusion. Il a parlé à ScienceAlert des limites de l’expérience.
Le nombre attendu de photons n’est pas infini.
Cela dépend de la vitesse.
Si vous retirez le miroir lentement, vous obtenez un petit nombre de photons. Si vous le supprimez rapidement, vous obtenez un grand nombre. Pour obtenir des photons vraiment infinis, vous devrez retirer le miroir en un rien de temps.
Cela nécessite une vitesse infinie.
La physique ne le permet pas.
Pourquoi l’énergie du vide crée de vraies particules
Alors, pouvez-vous faire cela en pratique ?
Oui.
Un autre mythe veut que tronquer un photon soit trop difficile à réaliser. Skaar dit que c’est faux.
Les photons varient en longueur. Un photon à bande étroite peut s’étendre sur plusieurs mètres. Ou des kilomètres.
Pour un photon aussi long, vous n’avez pas besoin d’un obturateur irréaliste. Il vous suffit de bloquer une partie de son paquet d’ondes.
Le mécanisme est fascinant. En physique classique, un vide est vide. En mécanique quantique, ce n’est pas le cas.
L’état de vide contient de l’énergie potentielle.
Lorsque le miroir est retiré, le processus convertit cette énergie du vide en énergie photonique réelle. La troncature ne coupe pas seulement la lumière. Cela crée une nouvelle lumière à partir du vide.
Ce que vous voyez réellement
Voici la partie la plus étrange.
L’état créé par cette troncature est localement équivalent à des états plus simples, selon l’endroit où l’on regarde.
Imaginez la région située entre le miroir et le trajet du photon.
À gauche de cette étroite zone de transition, un observateur voit un seul photon. Normale. Prévisible.
À droite, un observateur voit le vide. Zéro photon. Espace vide.
Mais dans cette mince région de transition ?
C’est une brillante effusion de probabilité. Un état de mélange qui défie le simple comptage.
Skaar a admis que c’était compliqué.
Cela nous rappelle qu’aux plus petites échelles, la réalité n’est pas solide. C’est fluide. C’est probabiliste.
Nous pensons comprendre la lumière.
Nous ne le faisons pas.
Et si vous essayez de le trancher, l’univers pourrait bien vous offrir l’infini. Ou rien.
En fonction de la vitesse à laquelle votre miroir bouge.
