Vitesse supraluminique - Définition

En mécanique quantique

En mécanique quantique, il existe une collection d'effets qui explorent les limites de la notion de vitesse limite indépassable. Les expériences associées à ces effets sont plus subtiles à interpréter. Cela dit, on démontre que si certains phénomènes donnent l'impression d'impliquer une propagation instantanée, voire remontant le temps, aucun de ces phénomènes ne permet de transporter de l'énergie ou de l'information.

Effet Hartman

Un photon ou un électron traversant par effet tunnel une barrière quantique peut manifester un délai de traversée plus court que celui mis par la lumière pour une distance équivalente, ce temps étant évalué par l'observation du sommet du paquet d'ondes correspondant, avant et après la barrière. Compte tenu de l'épaisseur de la barrière tunnel, le sommet du paquet d'onde est réduit, et semble être passé plus vite que la vitesse de la lumière. Ce phénomène est appelé effet Hartman (ou effet Hartman-Fletcher). Les explications de ce phénomène dans le cadre de la mécanique quantique s'avèrent interdire son utilisation hypothétique pour le transport d'information ou d'énergie supraluminique.

Effet Casimir

L'effet Casimir est un effet visible à très petite échelle, mais tout de même mesurable et qui correspond à une pression sur des plaques conductrices exercée par le vide quantique situé entre elles. Ainsi qu'il est décrit en théorie quantique des champs le vide quantique est le lieu de création et d'annihilation à tout instant de nombreuses particules virtuelles. L'existence de conditions au bord différentes pour le vide extérieur et intérieur aux plaques implique alors une différence d'énergie entre les deux qui est la cause de la pression mesurée sur les plaques.

Les particules virtuelles sont par définition en dehors de leur couche de masse, ce qui signifie qu'elles ne satisfont pas à la relation E² = p²c² + m²c⁴, et sont par définition inobservables individuellement bien que leur contribution collective soit mesurable comme dans l'effet Casimir et plus généralement dans toutes les corrections quantiques aux observables classiques d'une théorie quantique des champs.

Paradoxe EPR

On peut aussi citer ici le cas spectaculaire de l'expérience de pensée d'Einstein, Podolski et Rosen (paradoxe EPR) qui a pu être réalisée expérimentalement pour la première fois par Alain Aspect en 1981 et 1982. Dans ce cas, la mesure de l'état sur un des systèmes quantiques d'une paire intriquée impose à l'autre système d'être mesuré dans l'état complémentaire. C'est ainsi que fonctionne la téléportation quantique. Parmi les avancées en la matière les plus spectaculaires aujourd'hui, on peut citer l'équipe autrichienne de Rainer Blatt (université d'Innsbruck) et américaine de David Wineland (National Institute of Standards and Technology, Boulder, Colorado), qui chacune affirment qu'elles ont réalisé une téléportation quantique d'atomes complets de matière (des ions de calcium pour la première et du béryllium pour la seconde). De très nombreuses applications sont en cours sur le plan de l'informatique quantique concernant le paradoxe EPR. Le prix « sciences » de la ville de Genève a par ailleurs été remis en novembre 2006 au professeur Nicolas Gisin pour ses travaux à cet égard (il affirme avoir "dépassé" c 10 millions de fois). La causalité est encore respectée dans ce cadre, mais le phénomène pourrait se révéler d'une grande importance en cryptographie.

Expérience de Marlan Scully

L'expérience de Marlan-Scully est une variante du paradoxe EPR dans lequel l'observation ou non d'une figure d'interférence après le passage d'un photon à travers une fente de Young dépend des conditions d'observation d'un second photon corrélé au premier. La particularité de cette expérience est que l'observation du second photon peut avoir lieu dans un futur lointain par rapport à l'observation du premier photon ce qui donne l'impression que l'observation du premier photon renseigne sur un évènement qui a lieu dans le futur.