Epistémologie de la théorie quantique relativiste des champs

[V13]

Bonjour !

Est-il censé d'espérer qu'on "découvre" à un niveau plus fondamental que la mécanique quantique, des paramètres de définition d'un système (par exemple quantité de mouvement, moment cinétique, etc.) qui soient déterministes ?

Parce que après tout, quand on regarde la mécanique quantique, il y a toujours les bons vieux paramètres du style : position, énergie, quantité de mouvement, etc. (le spin excepté) mais qui sont réinterprétés dans le cadre des espaces de Hilbert.

Peut-on penser qu'un jour une théorie plus fondamentale imposera de nouveaux paramètres mesurables (un peu par exemple comme la couleur, forme, texture, paramètres qui décrivaient les objets dans les premiers temps et qui ont été remplacés par d'autres plus précis) qui soient complètement déterministes ou est-ce que la mécanique quantique impose nécessairement qu'on ne puisse pas connaître précisément ces paramètres plus fondamentaux (quel qu'il soit) ?
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[invite1d83a4da]

Bonjour,

Bonjour !

Est-il censé d'espérer qu'on "découvre" à un niveau plus fondamental que la mécanique quantique, des paramètres de définition d'un système (par exemple quantité de mouvement, moment cinétique, etc.) qui soient déterministes ?

Parce que après tout, quand on regarde la mécanique quantique, il y a toujours les bons vieux paramètres du style : position, énergie, quantité de mouvement, etc. (le spin excepté) mais qui sont réinterprétés dans le cadre des espaces de Hilbert.

C'est trompeur tout de même de penser que les bons vieux paramètres sont toujours dans la mécanique quantique. J'aurais tendance à dire qu'on force les choses pour qu'ils y soient, mais qu'on pourrait tout à fait changer les termes pour plus de cohérence et ne pas tromper les gens. Une particule n'existe pas en mécanique quantique, ni même une "onde-particule", du coup les notions de quantité de mouvement et position par exemple ne sont pas les mêmes qu'en mécanique classique.

Il y a tout de même du déterminisme en mécanique quantique. L'équation de Schrödinger, permettant de calculer les probabilités d’occurrence des résultats de mesure sur un système, est déterministe. L'élément déterminant qui implique qu'il n'est pas possible de retrouver le déterminisme Newtonien est qu'une mesure impacte le système et modifie nécessairement son état aléatoirement. Ceci est incompatible avec la notion usuelle, plutôt valable pour des systèmes avec de nombreux degrès de liberté, qu'une mesure n'affecte pas le système (ou qu'on peut négliger son effet).

Peut-on penser qu'un jour une théorie plus fondamentale imposera de nouveaux paramètres mesurables (un peu par exemple comme la couleur, forme, texture, paramètres qui décrivaient les objets dans les premiers temps et qui ont été remplacés par d'autres plus précis) qui soient complètement déterministes ou est-ce que la mécanique quantique impose nécessairement qu'on ne puisse pas connaître précisément ces paramètres plus fondamentaux (quel qu'il soit) ?

Ce que je comprend est que vous voulez trouver une théorie qui permettrait de déterminer à coup sure l'état du système après la mesure. Pour le moment ça semble impossible à cause des inégalités de Bell et l'expérience d'Alain Aspect (et toutes celles qui ont suivi). Le côté aléatoire de la mesure à été expérimentalement prouvée. Il n'y a pas de variables cachées permettant de l'expliquer.

Bien noter cependant que la mécanique quantique n'empêche pas de connaître les paramètres fondamentaux. Ca voudrait dire que ces paramètres existent et son cachés (par la formulation de la mécanique quantique). Le fait est que les systèmes physiques les plus fondamentaux que nous connaissions à ce jour ont comme mécanique intrinsèque un indéterminisme quand au mesure des grandeurs que sont la position, la quantité de mouvement, l'orientation du spin, etc. La probabilité de présence n'est pas un voile qui cache le système, c'est le système lui-même. Où encore, l'information qu'il est possible de sous-tirer à un système n'est jamais complète, il est simplement impossible de connaître entièrement toute l'information sur un système fondamental quel qu'il soit.

Ca c'est l'état actuel, le futur j'en sais rien. Pour autant, si je me trompe sur l'état actuel des connaissances, corrigez moi messieurs/mesdames!

[JPL]

L'élément déterminant qui implique qu'il n'est pas possible de retrouver le déterminisme Newtonien est qu'une mesure impacte le système et modifie nécessairement son état aléatoirement.

C'est une explication simple et ancienne (que je lisais déjà dans les livre de vulgarisation dans les années 50) mais elle a le défaut de mettre "l'incertitude" quantique dans une intervention extérieure. Elle ne permet donc pas de comprendre qu'elle est intrinsèque au système. Donc il est vrai que l'observation modifie le système mais cette explication est insuffisante. En tout cas elle ne me satisfait pas totalement.

[inviteec0d6e6f]

Le monde quantique est une parfaite illustration de l'imbrication de dimensions cachées (a nos sens) avec la notre : absolument rien ne s'y passe comme dans la physique classique, pourtant, elle est intimement intriquée avec celle-ci.
Il a des cas ou l'explication d'un phénomène ne concerne que le monde classique, des cas exclusivement pour le monde quantique, Ces cas sont finalement faciles a "digérer", même pour monsieur lambda, dans les grandes lignes.

Les effarements surviennent surtout quand on passe de l'un à l'autre, plus particulièrement du quantique au classique.
Là, souvent, des besoins de faire des parallèles apparaissent, afin de clarifier les descriptions, d'y comprendre quelque chose, alors que précisément les parallèles ne peuvent pas être utilisés dans ces cas là.
La transition entre les deux provoque des évènements pour le moins surprenants
Le déterminisme serait éventuellement envisageable si cette dimension quantique "n'existait pas", mais on est sur qu'elle (au moins) existe aussi.

De plus, rien ne dit que le puits à un fond : qu'un jour, on sera absolument certain d'avoir découvert les briques absolument fondamentales... si au moins il y a des briques fondamentales...
Et il faut monter considérablement en puissance pour creuser un tout petit peu plus profond qu'aujourd'hui

Tout ceci pour dire que la quête du déterminisme est enterrée pour la science moderne.
La MQ lui ayant porté le coup de grâce il y a déjà presque un siècle.
Le but de la science reste cependant de creuser indéfiniment afin de mieux connaitre et comprendre le monde qui nous entoure.
Mais il n'y a pas d'objectif final, c'est une quête qui se suffit à elle même, et qui porte périodiquement ses fruits.

[A voir en vidéo sur Futura]

[V13]

Il me semble tout de même que des théories à variables cachées non-locales comme celle de De Broglie-Bohm restent des alternatives déterministes satisfaisantes à la mécanique quantique. Seules les théories à variables cachées locales ont été exclu par l’expérience d'Aspect.

[Nicophil]

Oui.
Et ce sont ceux qui restent attachés à ce genre de théories/interprétations qui en sont réduits à postuler une interaction instantanée à distance !

[inviteec0d6e6f]

interaction instantanée à distance : Ça peut effectivement donner cette impression à notre échelle, mais c'est en fait la manifestation de l'intrication de deux dimensions qui coexistent.
Le résultat devient aberrant en physique classique, car la grille de lecture n'est pas la bonne.
La non localité quantique est une notion qui est concevable à condition de renoncer à faire des parallèles avec la physique classique.

On peut résumer ça, en terme vulgarisés, à la transition entre un monde "quantique immaculé" et un monde "interactif pollué" par les influences externes, transition qui provoque une matérialisation d'état, cohérente (donc prévisible), entre deux particules intriquées.
Il n'y a pas besoin de variables cachées dans ce processus, qui certes, reste obscur (et totalement fascinant) sur bien des aspects.
Chercher du déterminisme la dedans n'est pas une mince affaire et ressemble à une perte de temps

[Nicophil]

interaction instantanée à distance : Ça peut effectivement donner cette impression à notre échelle, mais c'est en fait la manifestation de l'intrication de deux dimensions qui coexistent.
Le résultat devient aberrant en physique classique, car la grille de lecture n'est pas la bonne.

Celui qui a besoin de s'appuyer sur une causalité instantanée à distance, c'est que sa grille de lecture n'est pas la bonne.

[Nicophil]

Le reste est très bien mais...

Une particule n'existe pas en mécanique quantique,

Pourquoi, pourquoi diable jeter ainsi le bébé avec l'eau du bain ?

[Pio2001]

Celui qui a besoin de s'appuyer sur une causalité instantanée à distance, c'est que sa grille de lecture n'est pas la bonne.

Revenons aux fondamentaux (je traduis en langage courant les hypothèses mathématiques). On démontre l'inégalité de Bell en supposant qu'un résultat de mesure effectué en A est une fonction quelconque de quelque chose, mais que ce quelque chose exclut ce que l'on peut faire en B (où on obtient un autre résultat de mesure).


Expérimentalement, A et B ont été choisis comme des régions d'espace-temps telles que pour qu'une information aille de l'une à l'autre, il faille dépasser la vitesse de la lumière.

L'inégalité étant violée, le théorème de Bell prouve que l'une des hypothèses de départ au moins est fausse.

Les hypothèses mathématiques pertinentes que l'on a la possibilité d'abandonner sont :

• "est une fonction quelconque de quelque chose" -> Pas de variables cachées. Les résultats de mesure quantiques ne serait déterminés par rien du tout. Le hasard quantique est fondamental et ne vient pas de notre ignorance.
• "mais ce quelque chose exclut ce que l'on peut faire en B" -> en fait, ce quelque chose dépend quand même de ce qu'on peut faire en B. L'effet se propage plus vite que la lumière.
• Plus original : abandonner "un résultat de mesure effectué en A" -> Interprétation d'Everett. Une mesure ne donne pas un résultat, mais tous à la fois.
• Nihiliste : abandonner "ce que l'on peut faire" -> il n'y a pas de libre arbitre. Nos cerveaux sont truqués dès le départ pour nous faire croire qu'on choisit les mesures que l'on fait.

[Nicophil]

"est une fonction quelconque de quelque chose" -> Pas de variables cachées. Les résultats de mesure quantiques ne serait déterminés par rien du tout. Le hasard quantique est fondamental et ne vient pas de notre ignorance.

Oui, donc on abandonne le déterminisme et on garde le principe de localité, qui était cher à Einstein, à Copenhague et à tout physicien sérieux.

Expérimentalement, A et B ont été choisis comme des régions d'espace-temps telles que pour qu'une information aille de l'une à l'autre, il faille dépasser la vitesse de la lumière.

A quoi ça sert au fond ça ? puisque les inégalités sont violées de toute façon !

[Deedee81]

Salut,

A quoi ça sert au fond ça ? puisque les inégalités sont violées de toute façon !

C'est pour vérifier qu'il n'y a pas un signal vicieux et inconnu (mais moins rapide que c) qui est échangé et conduit à la violation des inégalités.

[Nicophil]

Ouais, donc la prétendue non-localité aurait pu se heurter au mur de la vitesse de la lumière.
Mais avec ça, elle est supra-luminique, on peut même dire instantanée.

[Nicophil]

La probabilité de présence n'est pas un voile qui cache le système, c'est le système lui-même. Ou encore, l'information qu'il est possible de sous-tirer à un système n'est jamais complète, il est simplement impossible de connaître entièrement toute l'information sur un système fondamental quel qu'il soit.

Non, ça ça ne va pas non plus : dans la seconde phrase, vous distinguez le système et l'information, non totale, qu'il est possible d'en connaître.
Mais dans la première phrase, vous venez de dire quelque chose comme : ce qui est voilé, ce n'est pas l'information, c'est le système lui-même.

[ordage]

C'est une explication simple et ancienne (que je lisais déjà dans les livre de vulgarisation dans les années 50) mais elle a le défaut de mettre "l'incertitude" quantique dans une intervention extérieure. Elle ne permet donc pas de comprendre qu'elle est intrinsèque au système. Donc il est vrai que l'observation modifie le système mais cette explication est insuffisante. En tout cas elle ne me satisfait pas totalement.

Salut
La mesure en MQ est un des sujets les plus débattus. Il ne faut pas voir la perturbation du système mesuré comme en mécanique classique. Il me semble qu'il y a une interprétation qui se dessine pour dire que la mesure fait entrer en "intrication" le système censé être mesuré (dans une superposition d'états en général) et l'appareil de mesure associé à l'observable qu'on cherche à connaître parmi le spectre possible, qui ne forment qu'un système au "moment de la mesure" , d'où la corrélation entre "l'état" sélectionné du système (objet de de la mesure) en interaction avec l'instrument, et l'état de l'appareil de mesure qui est la partie qui nous délivre une information. Pour aller plus loin, il faut bien analyser comment l'appareil de mesure est conçu pour comprendre comment une seule valeur est sélectionnée dans la mesure parmi le spectre possible. Cela me rappelle Bachelard qui rappelait qu'un instrument de mesure, une expérience en général "était une théorie matérialisée". D'où l'influence de l'observateur....

Cordialement

[invite1d83a4da]

Le reste est très bien mais...Pourquoi, pourquoi diable jeter ainsi le bébé avec l'eau du bain ?

Sure, j'aurais dû rajouter particule classique, c'était le fond de ma pensée. Le petit point matériel n'est plus.

[invite1d83a4da]

Non, ça ça ne va pas non plus : dans la seconde phrase, vous distinguez le système et l'information, non totale, qu'il est possible d'en connaître.
Mais dans la première phrase, vous venez de dire quelque chose comme : ce qui est voilé, ce n'est pas l'information, c'est le système lui-même.

Il me semble que c'est cohérent : le voile (= la proba) donne toute l'info, mais sous la forme de probabilités et n'est connue que de manière théorique; quand à la mesure, elle ne peut être sous-tirée que sous la forme d'un paquet qui ne permet pas de connaître toute l'information du système (que l'on connaît potentiellement parfaitement au niveau théorique, mais sous la forme de probas). Il reste une distinction entre le système et les informations mesurées du système (ou dit autrement, entre le système seul et le système + l'observateur).

Après on entre dans les interprétations de la MQ, du coup on peut réinterpréter différentes phrase de bien des manières en MQ... on entre dans le monde des désaccords pour ce forum!

[mmanu_F]

Est-il censé d'espérer qu'on "découvre" à un niveau plus fondamental que la mécanique quantique, des paramètres de définition d'un système (par exemple quantité de mouvement, moment cinétique, etc.) qui soient déterministes ?

Il me semble tout de même que des théories à variables cachées non-locales comme celle de De Broglie-Bohm restent des alternatives déterministes satisfaisantes à la mécanique quantique. Seules les théories à variables cachées locales ont été exclu par l’expérience d'Aspect.

Salut,

le titre de ce fil est orienté vers la "théorie quantique relativiste des champs" qui est relativiste. La théorie des ondes pilote n'est pas une alternative intéressante (j'attends toujours la preuve du contraire) dans le cas relativiste. La théorie quantique des champs a pris pas mal d'avance sur ces concurrents à variables cachées non-locales, en matière de prédictions vérifiées dans ce domaine. Toute la physique depuis 90 ans repose sur la théorie quantique des champs, du modèle standard de la physique des particules et les prédictions au-delà, jusqu'à l'inflation et le rayonnement des trous noirs, en faisant un crochet par la physique de l'état solide qui paratage les outils avec elle et en poussant jusqu'à la gravitation quantique dans ses avancées les plus récentes avec la correspondence AdS/CFT ou CFT est une théorie quantique de champ (et AdS est souvent décrit dans sa limite supergravité qui est une théorie quantique de champs aussi).

J'en profite pour répondre à ordage en passant, quand il affirme que :

La mesure en MQ est un des sujets les plus débattus.

Les gens (apparemment nombreux) qui ont fait de cette question de la mesure en MQ, une des plus débattues, ne sont pas les physiciens mais les philosophes. Heisenberg, Dirac avaient compris la mesure. von Neumann, Wigner avaient compris la mesure. Feynman, Schwinger avaient compris la mesure. Weinberg, Hawking avaient compris la mesure et ainsi de suite.

Mais pour revenir à la question initiale d'un retour au déterminisme béni du 19ième siècle. Non, il n'y a absolument aucunes raisons d'en faire l'apologie contenu de nos connaissances actuelles sur le fonctionnement de notre Univers. Ce n'est pas la peine d'essayer de s'intéresser à la physique en dilétante passionné si on part du point de départ que nous n'avons rien appris depuis un siècle. Il vaut mieux trouver une autre occupation, une autre passion. Nous avons appris une quantité incroyable de choses depuis les révolutions quantique et relativiste et la première étape pour approcher d'un peu plus près les merveilles de la Nature et de laisser de côtés ses préjugés non-relativiste et non-quantique.

[ordage]

Salut

J'en profite pour répondre à ordage en passant, quand il affirme que : Les gens (apparemment nombreux) qui ont fait de cette question de la mesure en MQ, une des plus débattues, ne sont pas les physiciens mais les philosophes.

Serait-ce méprisable? N'est-il pas question d'épistémologie dans ce fil?

Heisenberg, Dirac avaient compris la mesure. von Neumann, Wigner avaient compris la mesure. Feynman, Schwinger avaient compris la mesure. Weinberg, Hawking avaient compris la mesure et ainsi de suite.

Tu ne t'avancerais pas un peu en affirmant cela.
Feynmann se plaisait à dire que celui qui affirmait avoir compris la MQ était un fieffé menteur.
Quant aux autres je ne ne vois pas dans leurs écrits ce qui te fait dire cela.
Ils ont constaté des choses, les ont posés comme règles, ont établi des formalismes pour en tenir compte (un mode d'emploi ou guide utilisateur, si tu préfères), et si on suit le "mode d'emploi" manifestement ça marche plutôt bien. On peut s'en tenir à cela, mais il n'est pas inutile, et cela me semble une activité honorable et en général constructive, de réfléchir à la signification de tout cela.
On a déjà eu ce débat: Pousser l'équation, sans comprendre ce que l'on fait, peut suffire à certains, mais ne pas forcement à tous.

Cordialement

[invite51d17075]

Feynmann se plaisait à dire que celui qui affirmait avoir compris la MQ était un fieffé menteur.
Quant aux autres je ne ne vois pas dans leurs écrits ce qui te fait dire cela.

je ne sais de quels autres tu parles, ni si tu évoques les dernières avancées dans ce domaine.
donc, parlons du présent, pas du passé.
par exemple, ou est la question ?: celle de la réduction du paquet d'onde, ou celle de la théorie de la décohérence ?
pour cette dernière, elle a vu le jour au début des années 70, et a vu des premières confirmations expérimentale en 96 ( donc après la mort de Feynman )
Voir aussi les travaux de Serge Haroche. ( prix nobel en 2012)
Cdt

[invite51d17075]

une brève introduction sur la différence entre les deux:
https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A...ence_quantique

[mmanu_F]

N'est-il pas question d'épistémologie dans ce fil?

C'est une bonne question. A vrai dire je ne sais pas vraiment quelle est la question dans ce fil. Le titre a effectivement les mots "épistémologie" et "théorie quantique et relativiste des champs" mais la question détaillée demande s'il est sensé d'espérer un retour au déterminisme, peut-être dans une théorie contenant des observables plus fondamentales.

Pour mémoire :

Est-il censé d'espérer qu'on "découvre" à un niveau plus fondamental que la mécanique quantique, des paramètres de définition d'un système (par exemple quantité de mouvement, moment cinétique, etc.) qui soient déterministes ?

Parce que après tout, quand on regarde la mécanique quantique, il y a toujours les bons vieux paramètres du style : position, énergie, quantité de mouvement, etc. (le spin excepté) mais qui sont réinterprétés dans le cadre des espaces de Hilbert.

Peut-on penser qu'un jour une théorie plus fondamentale imposera de nouveaux paramètres mesurables (un peu par exemple comme la couleur, forme, texture, paramètres qui décrivaient les objets dans les premiers temps et qui ont été remplacés par d'autres plus précis) qui soient complètement déterministes ou est-ce que la mécanique quantique impose nécessairement qu'on ne puisse pas connaître précisément ces paramètres plus fondamentaux (quel qu'il soit) ?

Le débat semble ensuite retomber aux raz des pâquerettes, avec des théories à variables cachées non-locales pour remplacer la quantique et les débats sur la mesure n'aideront pas beaucoup à éviter l'enlisement et poursuivre dans cette direction ne m'intéresse pas.

La question originale est ambigue parce qu'elle dépend de ce qu'on met derrière "sensé" et que l'espoir n'a pas grand chose à voir avec la physique, mais je pense qu'il s'agit là du contenu épistémologique de la question.

On peut cependant réinterpréter facilement le titre et la question (en accord avec la charte). Les vieilles variables, comme la position, sont devenues des observables (des opérateurs qui ne commutent pas) avec la quantique. Cependant d'autres vieilles variables, comme le temps, sont restées des paramètres (des nombres qui commutent). Mais une théorie plus fondamentale (je dirais plutôt plus complète) doit prendre en compte la relativité et elle demande que le temps et l'espace soient traités de la même manière. Il y a deux choix possibles.

On peut tenter de construire une théorie où le temps est aussi un opérateur.

On peut tenter de construire une théorie où la position perd sont statut d'opérateur et redevient un paramètre. C'est la voie choisie par la théorie quantique des champs. Les nouvelles observables/opérateurs sont les champs. Ce sont eux qui héritent de toutes les propriétés quantiques (encodées comme avant dans leur non-commutativité.) Voici donc une nouvelle classe de théories plus complète que la mécanique quantique (qui peut être vue comme une théorie quantique avec un seul champ nommé X et paramétré par un seul nombre, le temps), avec de nouvelles observables qui respectent les règles quantiques. Les vieilles variables comme la quantité de mouvement, sont traitées comme avant, comme des nombres sur lesquels on peut utiliser nos outils habituels, comme l'intégration. (Les nouvelles variables qui ne sont pas continues, comme le spin, pourront être sommées.)

Ce cadre théorique est local (une vertu) et permet de prédire les types de particules que nous allons observer dans notre univers, l'existence des antiparticules, le lien entre le spin de ces particules et leur comportement statistique. Des considérations de symétrie pemettent ensuite de classer toutes ces particules et toutes les interactions fondamentales, d'en comprendre les mécanismes. L'accord de ces théories avec l'observation est époustouflant.

Peut-on imaginer une théorie encore plus complète (plus fondamentale). Oui, il faut décrire aussi les situations où les effets quantiques de la gravité ne peuvent plus être négligés (j'ai passé quelques étapes intermédiaires). La théorie quantique des champs n'est pas un bon candidat. Mais tout n'est pas perdu, la Nature nous avait donné deux choix et il est apparu que l'on pouvait aussi construire une théorie cohérente où le temps est aussi un opérateur et qu'elle incorporait naturellement une théorie quantique de la gravitation. On a appellé ça la théorie des cordes, elle est quantique, relativiste et il y a plein de chose à en dire, mais je préfère en rester là pour l'instant.

[ordage]

C'est une bonne question. A vrai dire je ne sais pas vraiment quelle est la question dans ce fil. Le titre a effectivement les mots "épistémologie" et "théorie quantique et relativiste des champs" mais la question détaillée demande s'il est sensé d'espérer un retour au déterminisme, peut-être dans une théorie contenant des observables plus fondamentales.

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Salut

Je ne faisais pas référence à un retour au déterminisme et aux concepts classiques. Par exemple on peut considérer comme une prise de position épistémologique drastique l'approche d'Heisenberg qui rejette délibérément tout ce qui n'est pas strictement expérimental comme la trajectoire,la vitesse, la position des particules par exemple.
Il postule ainsi que les grandeurs établies dans le domaine macroscopique peuvent être totalement dénuées de toute réalité dans le domaine microscopique et il ne retient que les éléments observables.
Sa méthode donne les mêmes résultats que ceux utilisant l'équation de Schrödinger, mais avec une approche épistémologique différente car totalement détachée d'un à priori classique.
Cordialement

[invite51d17075]

de l'eau a coulée sous les ponts depuis Heisenberg.
Et surtout, je ne vois pas en quoi sa position infère quoi que ce soit dans ce sujet en particulier.

[mmanu_F]

Je ne faisais pas référence à un retour au déterminisme et aux concepts classiques.

Je ne faisais pas référence à ton message.