Un nouveau cadre théorique déduit la mécanique quantique des trajectoires de particules

Depuis plus d'un siècle, la mécanique quantique se définit par son abstraction mathématique et son « étrangeté » contre-intuitive, un domaine où les particules sont dépourvues de positions définies tant qu'elles ne sont pas mesurées. Ce changement de paradigme a commencé avec l'interprétation de Copenhague, qui suggérait que la réalité sous-jacente du monde subatomique est intrinsèquement probabiliste plutôt que déterministe. Cependant, un nouveau cadre théorique proposé par le chercheur Eric Tesse remet en question cette vision de longue date. En dérivant toutes les prédictions observables de la théorie quantique non relativiste à partir d'un modèle où les particules suivent des trajectoires continues et dérivables dans l'espace, Tesse jette un pont potentiel entre l'intuition classique et les résultats quantiques.

Comment cette nouvelle approche dérive-t-elle la mécanique quantique de règles intuitives ?

Cette approche dérive la mécanique quantique en supposant que les particules suivent des trajectoires continues et dérivables par morceaux, où la quantité de mouvement linéaire est égale à la masse multipliée par la vitesse. En appliquant des règles spécifiques pour la concaténation des trajectoires et en conditionnant les probabilités à l'environnement de la particule, le cadre génère les résultats standard basés sur la fonction d'onde de la théorie traditionnelle à partir de fondements mécaniques simples.

Le cœur des recherches de Tesse réside dans l'affirmation que la description physique et les règles de fonctionnement des particules peuvent être facilement compréhensibles et intuitivement claires. Dans ce cadre, les particules ne sont pas étalées dans l'espace au sein d'un nuage de probabilités ; au contraire, elles existent en des points précis de l'espace à tout moment. Ce retour à une vision privilégiant la particule permet une mécanique où la vitesse d'une particule est directement liée à sa quantité de mouvement linéaire, reflétant les définitions newtoniennes qui sont fondamentales pour notre compréhension du monde macroscopique. En établissant ces règles simples, le chercheur démontre que les mathématiques complexes des fonctions d'onde peuvent émerger naturellement du mouvement de ces particules.

La méthodologie emploie un système de moyennage dynamique et de conditionnement environnemental pour concilier les trajectoires définies des particules avec la nature statistique des observations quantiques. Bien que les particules suivent des trajectoires continues, leur comportement est inextricablement lié à l'état de leur environnement. Cette interaction garantit que les probabilités de position et de quantité de mouvement — lorsqu'elles sont conditionnées par l'environnement — reflètent parfaitement celles que l'on trouve dans la théorie quantique standard. Cela permet au modèle de combler l'écart entre « ce que fait une particule » et « ce que nous observons qu'elle fait » sans avoir besoin d'axiomes supplémentaires et non intuitifs.

Ce modèle satisfait-il toutes les prédictions de la mécanique quantique non relativiste ?

Le cadre satisfait pleinement toutes les prédictions observables de la mécanique quantique non relativiste, y compris des phénomènes complexes tels que l'intrication, le spin intrinsèque et les effets d'identité des particules. En veillant à ce que les probabilités de position et de quantité de mouvement suivent les règles quantiques établies, le modèle maintient un alignement parfait avec l'équation de Schrödinger et le principe d'incertitude d'Heisenberg.

La cohérence mathématique est une caractéristique de la dérivation de Tesse, car elle retrouve toute la gamme des phénomènes quantiques non relativistes sans écarter le concept de trajectoire définie de la particule. L'une des réalisations les plus significatives de ce modèle est sa capacité à rendre compte du spin intrinsèque. En mécanique quantique standard, le spin est souvent traité comme une propriété mathématique de la fonction d'onde qui n'a pas d'analogue classique. Cependant, le modèle de Tesse montre que le spin peut émerger dans un cadre basé sur les trajectoires, établissant même que ce spin n'est pas local à la particule, s'alignant ainsi sur le théorème de Bell et la non-localité observée du monde quantique.

En outre, la recherche aborde le comportement de plusieurs particules, en particulier la manière dont l'identité des particules influence les résultats statistiques. Dans le domaine quantique, les particules identiques comme les électrons ou les photons se comportent différemment des objets classiques ; le cadre de Tesse rend compte de ces effets d'« échange » grâce à sa logique basée sur les trajectoires. Le modèle démontre que :

• L'intrication apparaît naturellement comme une conséquence d'un conditionnement environnemental partagé.
• La dualité onde-particule est réinterprétée comme une particule suivant une trajectoire influencée par des contraintes environnementales de nature ondulatoire.
• Les distributions de probabilité pour la position et la quantité de mouvement sont dérivées, plutôt que supposées comme des postulats.

En quoi cette approche de la MQ diffère-t-elle des interprétations standard de la fonction d'onde ?

Contrairement aux interprétations standard qui traitent la fonction d'onde comme un axiome fondamental, ce modèle dérive le comportement quantique du mouvement physique des particules en des points précis de l'espace. Il évite de recourir aux espaces de Hilbert abstraits comme point de départ, ancrant plutôt les mathématiques dans des trajectoires de type classique influencées par l'environnement de la particule.

Dans l'interprétation de Copenhague standard, la fonction d'onde est l'entité primaire, et son « effondrement » lors de la mesure est une source de débats philosophiques importants. Le modèle de Tesse inverse cette hiérarchie, traitant la trajectoire dérivable par morceaux de la particule comme la réalité physique primaire. Dans cette optique, la fonction d'onde devient un outil dérivé secondaire qui décrit les probabilités statistiques de diverses trajectoires basées sur des facteurs environnementaux. Ce changement simplifie la charge conceptuelle de la théorie, supprimant la nécessité d'un ensemble de règles distinctes pour le « monde quantique » par rapport au « monde classique ».

Le cadre offre également une perspective unique par rapport à la mécanique bohmienne (également connue sous le nom de théorie de l'onde pilote). Bien que les deux théories utilisent des trajectoires de particules, la dérivation de Tesse se veut plus « directe » en dérivant les règles de fonctionnement directement de principes mécaniques simples plutôt qu'en introduisant une « onde pilote » comme un champ physique distinct. Ce faisant, elle tente de fournir un fondement plus intuitif qui reste pleinement cohérent avec l'équation de Schrödinger. Cette distinction est cruciale pour les physiciens à la recherche d'un modèle qui soit non seulement mathématiquement fonctionnel mais aussi conceptuellement accessible.

Le paysage des interprétations et les orientations futures

La clarté conceptuelle est peut-être la plus grande contribution de ce nouveau cadre au domaine plus large de la physique théorique. En établissant des liens entre ce modèle et d'autres interprétations — telles que les Mondes multiples, la mécanique stochastique et les modèles d'effondrement physique — Tesse fournit un contexte unifié pour comprendre pourquoi différentes approches mathématiques donnent souvent les mêmes résultats. La recherche suggère que bon nombre des caractéristiques « étranges » de la mécanique quantique ne sont pas des mystères inhérents, mais sont au contraire les résultats logiques d'une mécanique où les trajectoires des particules sont influencées par leur environnement de manière spécifique et mesurable.

À l'avenir, les implications pour la recherche et l'enseignement de la mécanique quantique sont profondes. Une dérivation plus intuitive de l'équation de Schrödinger pourrait simplifier l'enseignement de la chimie quantique et de la physique de l'état solide, rendant ces domaines plus accessibles aux étudiants. Tesse a également commencé à étendre ce cadre au domaine relativiste, présentant une version de la mécanique conforme aux principes de la relativité restreinte. Cela suggère que l'approche basée sur les trajectoires ne se limite pas aux systèmes de basse énergie, mais pourrait offrir des perspectives sur la nature fondamentale de l'univers à toutes les échelles. Les études futures se concentreront probablement sur la question de savoir si ce modèle peut fournir de nouvelles prédictions en physique des particules à haute énergie, là où la théorie quantique des champs standard règne actuellement.