Equation de Schrödinger : les vers et les objets quantiques ont plus en commun qu'on ne le pense
Si l'on décrit la locomotion des vers de manière mathématique, on peut établir des parallèles avec le monde de l'infiniment petit. Les animaux qui se faufilent se comportent-ils comme des objets quantiques ?
Qu'est-ce que les vers, les anguilles, les serpents et les mille-pattes ont en commun ? Ils se déplacent de manière ondulatoire. Le motif qui parcourt leur corps lorsqu'ils se tordent sur le sol est en quelque sorte le reflet des impulsions biochimiques et neuronales sous-jacentes. Mais ce qui est étonnant, c'est que si l'on représente mathématiquement la locomotion des animaux, on trouve des parallèles remarquables avec l'équation de Schrödinger, qui décrit le comportement des objets dans le monde de l'infiniment petit. Alexander Cohen du Massachusetts Institute of Technology et ses collègues en parlent dans le dernier numéro de la revue Physical Review Letters.
L'équipe a analysé des enregistrements vidéo de nématodes Caenorhabditis elegans, de chionactis occipitalis, de lithobius forficatus et de robots serpents bio-inspirés. Ils ont identifié des modèles de déplacement spécifiques et ont ensuite développé une méthode simple de classification du mouvement, de sorte qu'ils ont pu décomposer chaque serpent en une série d'éléments plus simples. Lorsque les chercheurs ont finalement reconstitué l'équation globale, ils ont remarqué qu'elle leur semblait étonnamment familière : elle ressemblait beaucoup à la fameuse équation de Schrödinger, qui formule la variation temporelle de l'état d'un système physique en mécanique quantique.
"Dans la caractérisation des objets quantiques, les valeurs propres de l'opérateur hamiltonien fournissent le spectre d'énergie associé", écrivent les auteurs. "Dans notre cas, cela cache une classification efficace de la dynamique de déplacement des vers et des serpents", ce qui permet de décrire le mouvement de tout animal mince qui se déplace de manière ondulatoire. En d'autres termes, de la même manière que l'état d'un objet quantique résulte de ses valeurs propres sous-jacentes, le mouvement d'un animal qui serpente résulte des éléments constitutifs identifiés par l'équipe de Cohen.
La similitude mathématique des systèmes d'équations ne signifie évidemment pas que les animaux qui serpentent se comportent comme des objets quantiques. Une partie de la similitude est plutôt due à la géométrie des animaux considérés, a déclaré Alasdair Hastewell, mathématicien et co-auteur au "New Scientist". "L'avantage de cette découverte est qu'il est désormais possible d'utiliser la boîte à outils complète de la physique quantique pour caractériser et prédire la locomotion des animaux vivants. Cela facilitera peut-être le développement de systèmes robotiques biomimétiques.
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Photo de couverture : Shutterstock / D. Kucharski K. Kucharska
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