Marlan Scully : un paradoxe temporel en PhQ

[c_icla]

Bonjour,

Je suis intrigué par l'expérience de Marlan Scully (tous les détails sur wikipedia).

En résumé :
1. On part de l'expérience des fentes d'Young. Si on cherche à détecter par quels chemins passent les photons, on obtient des impacts, sinon des interférences. Ok.

2. On clone chaque photon sans modifier son état quantique et on dévie le clone vers un détecteur de photons. Le clone et le photon original sont correllés.
Si on effectue la mesure sur le clone, on obtient des impacts, sinon des interférences. Et c'est là que ça corse, car la mesure (ou non mesure) sur les clones est réalisée après la formation de l'image (impacts ou interférences) par les photons. Il y a donc rétro-action dans le passé.

Certains envisageaient déjà des communications du futur vers le présent, mais il semble que ce soit impossible. D'après Wiki :"En effet, force est de constater que la figure contient une information indécryptable qui dépend de quelque-chose qui se passe dans le futur. Mais elle ne peut être décryptée qu'avec des informations « classiques » qui ne peuvent être connues, au plus tôt, que dans un délai qui annule le bénéfice de la rétroaction temporelle (par exemple, dans le cas de l'interrogation d'un physicien à 100 années-lumière, on connaîtrait la réponse à la question que - au mieux - 100 ans plus tard)."

C'est cette dernière partie qui me pose problème.
Mon interprétation : on s'attend à obtenir une image d'impacts ou d'interférences, mais on obtient une image indéchiffable (floue ?). Cette image se transformera en image d'impacts ou d'interférences lors de la mesure des photons clonés dans X temps.

Vos avis SVP ?
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[chaverondier]

Je suis intrigué par l'expérience de Marlan Scully (tous les détails sur wikipedia).
Certains envisageaient déjà des communications du futur vers le présent, mais il semble que ce soit impossible. D'après Wiki :"En effet, force est de constater que la figure contient une information indécryptable qui dépend de quelque-chose qui se passe dans le futur. Mais elle ne peut être décryptée qu'avec des informations « classiques » qui ne peuvent être connues, au plus tôt, que dans un délai qui annule le bénéfice de la rétroaction temporelle (par exemple, dans le cas de l'interrogation d'un physicien à 100 années-lumière, on connaîtrait la réponse à la question que - au mieux - 100 ans plus tard)." C'est cette dernière partie qui me pose problème.

Il y a déjà une première chose à bien noter dans cette expérience : avec le dispositif présenté, il n'apparaît pas de figure d'interférence en I. Par contre si, par un dispositif de comptage de coïncidences, on parvient à distinguer
* les impacts de photons témoins reçus en I et EPR corrélés avec des photons signaux reçus par les détecteurs which way J et K
* des impacts de photons témoins reçus en I et EPR corrélés avec des photons signaux reçus par les détecteurs G et H ayant perdu leur information which way grâce au miroir semi-réfléchissant F (jouant le rôle de gomme quantique effaçant l’information which way sur les photons témoins transportée par les photons signaux),
alors, grâce à un transfert d'information classique provenant des capteurs G et H, on peut faire apparaître a posteriori une figure d'interférence (en éliminant les impacts des photons témoins reçus en I mais non corrélés aux photons signaux détectés en G et en H).

Ce qui est profondément choquant (vis à vis de notre conception d’une causalité et d’un écoulement du temps dans le sens passé futur implicitement supposé exister indépendamment de toute observation) c'est que les impacts contribuant à la figure d'interférence découverte a posteriori grâce à la réception d'informations classiques étaient déjà formée avant que la décision soit prise ou pas d'effacer l'information which way grâce à la gomme quantique que constitue la lame semi-réfléchissante F.

Voilà donc un chat de Schrödinger, mort depuis plusieurs jours (destruction de la figure d’interférence en I en raison de l’information which way portée par les photons signaux) attendant, pour rester tué ou pour ressusciter, la décision future d’un physicien de placer ou pas la lame semi-réfléchissante F devant les capteurs G et H.

Replacé dans le cadre de cette expérience, la question devient : les photons témoins que je viens de détecter en I (et dont, bien plus tard, les signaux EPR corrélés seront détectés en G et en H) forment-ils ou pas une figure d'interférence cachée ? C’est le placement futur de l’effaceur quantique (la lame semi-réfléchissante F) qui effacera la mort du chat (la destruction de la figure d’interférence en I) qui avait eu lieu avant la mise en place de l’effaceur quantique.

Bref, l'émergence d'un caractère irréversible d'écoulement du temps semble lié à l'enregistrement et à l'échange d'informations classiques, cad à l'observateur. Il n'y aurait, semble-t-il, pas de passé ou de futur objectif (indépendant d'une catégorie d'observateurs caractérisée par ses limitations d'accès à l'information). Ce que nous situons dans notre passé d'observateur macroscopique peut être modifié à un moment que nous situons dans notre présent, mais cette modification du passé crée un nouveau présent qui efface toute information classique nous permettant d’être informé de cet ancien passé.
Il existe cependant une autre interprétation sauvant notre conception de la causalité mais mettant à mal
* Soit notre conception de la localité (interprétation explicitement non locale de la mesure quantique)
* Soit notre conception d’une réalité objective possédant des propriétés physiques indépendantes du prélèvement d’information classique dont nous avons besoin pour acquérir la connaissance de ces propriétés (interprétation d’Everett de la mesure quantique)

Le principal reproche que l’on puisse faire à l’interprétation rétro-causale de l’expérience du choix retardé de Marlon o Scully, est qu’elle repose sur l’interprétation Transactionnelle de la mesure quantique proposée par John Cramer. Cette théorie, proposant une formulation du processus d’absorption émission covariante vis à vis de la symétrie T, dérive de la théorie de l’absorbeur de Wheeler et Feynman. Elle présente (selon moi) le défaut de proposer une parade assez ad hoc (me semble-t-il, mais je ne l’ai peut-être pas bien comprise) de la modélisation des situations ou l’absorption est déficitaire par rapport à l’émission (problème qui avait conduit Wheeler et Feynman à abandonner cette théorie).

Pour ce que j’en ai lu, John Cramer invoque, lors d’un processus d’émission (censé provoquer l’émission d’une onde avancée se propageant vers le passé et d’une onde retardée se propageant vers le futur) une condition limite de réflexion des ondes avancées sur la singularité big-bang supposée. Cela permet de remédier au problème posé par la théorie de l’absorbeur dans les situations où une émission n’est pas suivie d’une absorption. Mais alors, que se passe-t-il quand l’émission est suivie d’une absorption ? La singularité big-bang (informée on ne sait trop comment que l’onde avancée émise par un absorbeur a effacé à sa place l’onde avancée émise par l’émetteur) donne à l’onde avancée de l’émetteur l’ordre d’aller se planquer derrière le mur de planck et de ne plus en repartir ?

Maintenant, les choses seraient différentes s’il était possible de considérer le vide comme un milieu de propagation des ondes comme un autre, la propagation de l’onde étant alors interprétée comme une successions d’émissions/absorptions (comme cela se passe quand la propagation a lieu dans un milieu matériel). Evidemment, si on attribuait au vide quantique de l’interaction électromagnétique le rôle de milieu de propagation des ondes électromagnétiques, on se retrouverait alors (me semble-t-il) dans une situation où l’invariance de Lorentz serait violée au moins au niveau interprétatif. Toutefois, cette violation n’est-elle pas suggérée par la propagation de la lumière, entre les plaques de l’effet Casimir, à une vitesse supérieure à sa vitesse de propagation dans le vide ? Dit autrement, la vitesse limite intervenant dans les transformations de Lorentz (émergeant de la symétrie des lois de la physique vis à vis des actions du groupe de Lorentz) est-elle la vitesse de la lumière dans le vide ou une vitesse de propagation encore plus grande ne pouvant être dépassée lors du transfert d’informations classiques (interprétation me semblant nécessaire pour pouvoir respecter l’invariance de Lorentz) ? BC

[c_icla]

Merci de cette réponse impressionnante !!!

On obtient donc une image qui contient une figure d'interférences éventuelle. Mais celle ci est noyée dans le "bruit" des photons EPR détectés avant la "gomme". Pour la retrouver (si elle existe), il faut attendre les informations des détecteurs J, K, G et H.

Un peu comme si on nous donnait 10 000 lettres en vrac dans un sac et qu'on nous dise "Ce sac contient la blague la plus drôle du monde. Elle sera inventée dans 10 ans. A vous de sélectionner les bonnes lettres et de les remettre dans l'ordre. Si vous ne trouvez pas, laissez passer 10 ans et vous l'apprendrez de manière classique..."

C'est frustrant

Je ne connais pas les théories de John Cramer, mais je vais m'y atteler.

[invite6de9da5b]

Bonjours,

En fait je suis novice en la matière et voudrais être sur de bien comprendre les résultats de cette expérience

Si je fait cette expérience deux fois, la première avec le miroir en F la seconde sans
dans le premier cas, il n'y aura pas de figure d'interférence
dans le second il y en aura une.

C'est bien cela ??

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

Si je fait cette expérience deux fois, la première avec le miroir en F la seconde sans
dans le premier cas, il n'y aura pas de figure d'interférence
dans le second il y en aura une.

C'est bien cela ??

Non. Il n'y a jamais de figure d'interférence sur l'écran. Avec ou sans miroir.
On peut en faire apparaître une si on obtient par la suite l'information indiquant quels impacts retirer de l'écran.

Voilà donc un chat de Schrödinger, mort depuis plusieurs jours (destruction de la figure d’interférence en I en raison de l’information which way portée par les photons signaux) attendant, pour rester tué ou pour ressusciter, la décision future d’un physicien de placer ou pas la lame semi-réfléchissante F devant les capteurs G et H.

Ce n'est pas tout à fait cela. Le chat reste bien mort + vivant jusqu'à la fin.

Pour parler en termes quantiques, quand le photon arrive en A, deux chemins s'offrent à lui : AC et AB. Il passe alors dans l'état quantique AC + AB, qui est une combinaison des deux chemins.
Un des postulats de la mécanique quantique est que si on mesure le chemin par lequel il est passé, on obtient l'un des termes de la somme, et l'état du photon bascule instantanément de AC + AB soit vers AC, soit vers AB, seuls états mesurables physiquement.
Ce processus est appelé réduction du paquet d'onde.
Mais si on ne fait pas cette mesure, alors le photon reste dans l'état AB + AC, et la sommation provoque des interférences (il faut développer le calcul pour les prédire exactement)

Dans les splitteurs B et C arrivent non pas des photons, mais des contingences de photon, des possibilités de photons, en quelque sorte (puisque le photon n'a pas spécialement emprunté la voie B ou C). En ressortent donc des paires de contingences de photons.

Dans le formalisme quantique, un ensemble de deux photons, CE et CI par exemple, se note avec un produit tensoriel (une croix cerclée). Ici, je mettrai simplement un grand X par commodité.
Donc si j'ai un photon AC qui arrive sur le splitteur C, j'aurai une paire de photons CE X CI qui en ressortira.

Donc dans cette expérience, on considére le système quantique suivant :

(CE X CI) + (BD X BI)

Avec le + qui indique une superposition quantique à la "chat de Schrödinger", et le X qui indique une réunion de deux particules.
C'est une configuration EPR typique. Une somme de deux produits.

Que se passe-t-il lorsque le phton signal arrive en I ? Rien. Le système reste dans l'état (CE X CI) + (BD X BI).
En effet, le + est une sommation sur les chemins optiques empruntés. Or l'impact du photon signal sur l'écran ne représente pas une mesure du chemin optique. Il n'y a donc pas réduction du paquet d'onde puisque le chemin optique n'est pas mesuré.

Y a-t-il figure d'interférence ? non, car l'état (CE X CI) + (BD X BI) n'est pas développable en (BI + CI). Le BI est dans une parenthèse et le CI dans l'autre parenthèse. Ils n'interfèrent pas du tout comme si un seul photon arrivait sur l'écran sans être corrélé au photon témoin. La corrélation avec le photon témoin oblige à reprendre tous les calculs d'interférence à zéro. On trouve au final une absence totale de franges sur l'écran.

Si le photon témoin arrive en J (ou en K), alors le système passe dans l'état BD X BI (ou CE X CI). Le photon source est passé par B uniquement (ou par C uniquement).

Si le photon témoin arrive en G ou en H, le système passe dans l'état FG (ou FH) X (BI + CI).
On retrouve ici la sommation directe BI + CI, et donc l'interférence sur l'écran.

Si on retire de la figure sur l'écran les photons correspondants aux détections G et H, on s'attend à ne pas trouver de figure d'interférence, car les impacts sont le fait de photons ayant emprunté une seule voie.

Seulement en toute logique, si on retire une figure d'interférence à une distribution uniforme, on doit obtenir une figure d'interférence en négatif. Je pense que c'est le cas dans l'expérience. Le fait que des photons n'empruntant qu'une seule voie puissent former une figure d'interférence en négatif vient du fait que le système passe de l'état (CE X CI) + (BD X BI) à l'état BD X BI (ou CE X CI). Ce processus est plus complexe que celui consistant à passer simplement de BI + CI à BI ou à CI.
Je ne m'étonne donc pas d'y voir une distribution différente. Encore une fois, la distribution des impacts sur l'écran ne peut pas se deviner qualitativement. Il faut faire explicitement le calcul à partir de l'état quantique complet.

Donc finalement, l'interprétation par le postulat de la mesure ne fait intervenir aucun choix retardé. le système reste dans un état de superposition quantique jusqu'à la fin, même si les impacts sont eregistrés sur l'écran. Cela ne gène pas, puisque la superposition elle-même est indépendante du fait que le photon soit enregistré ou non sur l'écran.
La mesure finale fait apparaître une interférence due à la superposition quantique, qui existait toujours lorsque l'écran avait fini d'enregistrer les impacts (système encore dans l'état (CE X CI) + (BD X BI) après les impacts).

Bref, l'émergence d'un caractère irréversible d'écoulement du temps semble lié à l'enregistrement et à l'échange d'informations classiques, cad à l'observateur. Il n'y aurait, semble-t-il, pas de passé ou de futur objectif (indépendant d'une catégorie d'observateurs caractérisée par ses limitations d'accès à l'information).

De mon point de vue, je dirais que c'est le formalisme de la réduction du paquet d'onde pour lequel le temps s'écoule bizarrement. Il ne peut être formulé que dans un temps absolu. Il est incompatible avec la relativité restreinte. Ce paradoxe vient du fait que la notion de fonction d'onde n'est pas censée décrire une réalité. Elle a donc le droit de violer la relativité restreinte tant qu'elle ne conduit à aucune conséquence physique qui la viole elle-même.

Ce que nous situons dans notre passé d'observateur macroscopique peut être modifié à un moment que nous situons dans notre présent, mais cette modification du passé crée un nouveau présent qui efface toute information classique nous permettant d’être informé de cet ancien passé.

Notez que ceci n'a pas lieu dans l'interprétation de la "réduction du paquet d'onde" (ou dans l'interprétation de Copenhague, si on préfère), puisque le système reste dans l'état (CE X CI) + (BD X BI) jusqu'au dernier moment.

Il existe cependant une autre interprétation sauvant notre conception de la causalité mais mettant à mal
* Soit notre conception de la localité (interprétation explicitement non locale de la mesure quantique)

C'est ce que j'ai fait.

* Soit notre conception d’une réalité objective possédant des propriétés physiques indépendantes du prélèvement d’information classique dont nous avons besoin pour acquérir la connaissance de ces propriétés

C'est aussi ce que j'ai fait.

Vous me direz que l'interprétation d'Everett est plus économe car elle ne fait que la seconde hypothèse.
Cependant, dans l'expérience EPR, une mesure effectuée dans une région A provoque bien instantanément et à distance une décohérence dans la région B en corrélation avec A. Cette action instantanée à distance n'est pas observable physiquement d'accord, mais la réduction du paquet d'onde non plus, n'est pas observable physiquement (du moins pas à l'échelle non locale, l'expérience de Haroche & al nécessitant un atome physique se déplaçant moins vite que la lumière comme "sonde quantique" pour mesurer la décohérence / réduction du paquet d'onde).
C'est pourquoi l'interprétation d'Everett me rebute toujours. Elle n'est au fond pas plus économe que celle de réduction du paquet d'onde et d'autre part, elle prétend objectiver le processus de décohérence, ce qui pose le problème de non localité de façon bien plus aigüe car il passe du statut de non-réel à celui de réel non-observable, alors que l'interprétation de la réduction du paquet d'onde admet modestement que la fonction d'onde ne décrit pas la réalité.

Le principal reproche que l’on puisse faire à l’interprétation rétro-causale de l’expérience du choix retardé de Marlon o Scully, est qu’elle repose sur l’interprétation Transactionnelle de la mesure quantique proposée par John Cramer. Cette théorie, proposant une formulation du processus d’absorption émission covariante vis à vis de la symétrie T, dérive de la théorie de l’absorbeur de Wheeler et Feynman. Elle présente (selon moi) le défaut de proposer une parade assez ad hoc (me semble-t-il, mais je ne l’ai peut-être pas bien comprise) de la modélisation des situations ou l’absorption est déficitaire par rapport à l’émission (problème qui avait conduit Wheeler et Feynman à abandonner cette théorie).

Pour moi, d'après le peu que j'en ai compris, elle présente le défaut d'autoriser la propagation objective de relations de cause à effet du futur vers le passé. Ce qui empire le problème de la flèche du temps. En effet, si la causalité se propage indifférament vers le futur ou vers le passé, alors pourquoi l'entropie n'augmente-t-elle que vers le futur ?

[Pio2001]

C'est pourquoi l'interprétation d'Everett me rebute toujours. Elle n'est au fond pas plus économe que celle de réduction du paquet d'onde et d'autre part, elle prétend objectiver le processus de décohérence, ce qui pose le problème de non localité de façon bien plus aigüe car il passe du statut de non-réel à celui de réel non-observable, alors que l'interprétation de la réduction du paquet d'onde admet modestement que la fonction d'onde ne décrit pas la réalité.

Après réflexion, je reviens sur ce que j'ai écrit ci-dessus.

Après tout, l'interprétation d'Everett n'impose pas d'objectiver la décohérence. Elle se contente de faire l'économie du choix d'un résultat de mesure sans que les prédictions observables en soient affectées le moins du monde, c'est bien cela ?

C'est une approche intéressante, mais il reste un truc que je ne pige pas. Si on fait une mesure sur un système préparé de telle sorte qu'on ait 25% de chances de l'observer dans l'état A et 75 % de chances de l'observer dans l'état B, comment l'interprétation d'Everett peut elle rendre compte de ces pourcentages observés sans faire appel au principe de réduction du paquet d'onde ?

[chaverondier]

Pour moi, d'après le peu que j'en ai compris, elle [l'interprétation de John Cramer des processus d'émission/absorption] présente le défaut d'autoriser la propagation objective de relations de cause à effet du futur vers le passé. Cela empire le problème de la flèche du temps. En effet, si la causalité se propage indifféremment vers le futur ou vers le passé, alors pourquoi l'entropie n'augmente-t-elle que vers le futur ?

Probablement parce que, dans l'interprétation de John Cramer, la causalité n'est violée qu'au niveau interprétatif.

Cette violation de causalité, cad l'effacement du passé pour en recréer un nouveau (comme le suggère l'action de la gomme quantique dans l'expérience de Marlon O Scully) ne peut probablement pas être exploitée de façon observable c'est à dire en laissant des traces (observables par l'expérimentateur) de "l'ancien passé". Il est même tentant de se demander si on ne pourrait pas (dans une formulation théorético-informationnelle bien posée mathématiquement utilisant des hypothèses physiques "raisonnables" mais à bien choisir), trouver un moyen de démontrer cette impossibilité.

Cela ressemble un peu au fait que l'entropie d'un système isolé peut décroître temporairement, mais, à ce jour, on pense qu'un expérimentateur humain ne pourra jamais provoquer cette baisse d'entropie des systèmes isolés grâce à des avancées en nanotechnologie. Il s’agit de l’hypothèse d'impossibilité de transformer de la chaleur en travail dans un cycle monotherme, cad encore l’impossibilité supposée de créer un mouvement perpétuel du second type. Toutefois, à ce jour, on ne sait toujours pas (me semble-t-il) démontrer cette impossibilité sur la base des lois physiques fondamentales (le second principe de la thermo n’est pas, me semble-t-il, une loi physique fondamentale).

Cette impossibilité supposée me semble découler de l'hypothèse selon laquelle on ne sera jamais capable d'acquérir, sur l'état d'un système isolé dont nous faisons partie, une quantité d'information qui ferait décroître notre manque d'information sur cet état en dessous d’une limite inférieure (supposée être donnée par l'entropie macroscopique de ce système). C'est l'expression du second principe de la thermodynamique en terme de quantité minimale d'information inaccessible à l'observateur macroscopique. Vu sous cet angle, le second principe s’avère être une sorte de "censure thermodynamique" de nature pas totalement élucidée (me semble-t-il).

Exprimé sous sa forme informationnelle, le second principe permet de démontrer l'impossibilité de mettre au point un démon de Maxwell (du même genre que la roue à rochet et cliquet de Feynman par exemple). Bref, l'impossibilité de créer un démon de Maxwell (en conflit avec le second principe) ne peut probablement pas être démontrée sans supposer dès le départ la validité du second principe (c'est du moins plus ou moins mon avis, mais je n’en suis cependant pas très sûr. Ca mériterait d'être regardé de près). Comme l’application du second principe devient sujette à caution à une échelle d’observation ou l’entropie macroscopique perd sa signification, voilà qui pose question quand à cette impossibilité supposée.

M’enfin bon, peut-être la croissance de l'entropie macroscopique des systèmes isolés traduit-elle une sorte de censure séparant "l'information" en deux camps:

* "l'information quantique" non locale et/ou non orientée temporellement (du moins dans l'hypothèse d'une interprétation réaliste de la mesure quantique) mais dont la non localité ou la violation de causalité est (probablement ? peut-être ?) inexploitable par l'observateur.

* l'information classique, locale, respectueuse de la causalité macroscopique, accessible et enregistrable par l'observateur macroscopique.

Bref, sauver l'interprétation dite réaliste de la mesure quantique (défendue par Einstein et par John Bell) se paye assez cher. On doit sacrifier la localité (au niveau interprétatif) ou la causalité, ou les deux et en plus le positivisme (acceptation du fait que certaines informations, d'existence induite par des exigences de cohérence mathématique, puissent cependant être inaccessibles à une observation directe).

Pour ce deuxième point (le positivisme). Il me semble qu'il est mal barré dans à peu près toutes les interprétations mathématiquement cohérentes de la mesure quantique. Je ne vois pas bien comment on pourrait conserver à la fois la flèche du temps (donc le principe d'inaccessibilité à une partie de l'information sur l'état des systèmes isolés, comme l'exige le respect du second principe de la thermodynamique) et en même temps le positivisme affirmant (grosso-modo) que tout ce qui existe est forcément accessible à une observation reproductible.

PS : Malgré l'intérêt que je trouve à l'interprétation time symmetric proposée par John Cramer, je ne comprends pas le tour de passe passe (réflexion, sur la singularité big-bang supposée, d'ondes avancées issues de l'émetteur) utilisé par John Cramer pour sauver l'interprétation time symmetric quand il y a déficit d'absorption. En effet, dans les explications grand public qu'il donne sur son site, on a l'impression qu'il sort cet argument quand il en a besoin (quand il y a déficit d'absorption) et qu'il a au contraire besoin d'ignorer cette condition de réflexion sur la singularité big-bang dans le cas où le rayonnement émis peut-être absorbé ultérieurement. Cela dit, c'est une question et non une critique, car je ne connais de la théorie de John Cramer que les présentations vulgarisées.

[GillesH38a]

Après réflexion, je reviens sur ce que j'ai écrit ci-dessus.

Après tout, l'interprétation d'Everett n'impose pas d'objectiver la décohérence. Elle se contente de faire l'économie du choix d'un résultat de mesure sans que les prédictions observables en soient affectées le moins du monde, c'est bien cela ?

C'est une approche intéressante, mais il reste un truc que je ne pige pas. Si on fait une mesure sur un système préparé de telle sorte qu'on ait 25% de chances de l'observer dans l'état A et 75 % de chances de l'observer dans l'état B, comment l'interprétation d'Everett peut elle rendre compte de ces pourcentages observés sans faire appel au principe de réduction du paquet d'onde ?

Bonjour

c'est un point délicat de l'interprétation d'Everett : elle est obligée de supposer une "mesure" (au sens mathématiques) sur les trajectoires quasi-classiques postérieures à la mesure (au sens physique) pour que selon cette mesure 25 % des trajectoires classiques corresponde au résultat trouvé A et 75 % au résultat B. Ce ne sont plus vraiment des probabilités mais plutot des mesures du nombre de microétats comme l'entropie en méca stat (étant entendu en fait que tous les micro états sont effectivement simultanément existants dans l'interprétation d'Everett, contrairement à la méca stat). Cependant cela oblige à donner une définition formelle de ce qu'on appelle une trajectoire classique : l'univers observé n'est justement pas complètement classique puisqu'il contient des fonctions d'ondes microscopiques : où définir les limites de ce qu'on observe et de ce qui appartient à un autre univers, quand commence exactement la décohérence et comment "mesurer" le nombre de micro états correspondant à un univers observé donné? a ma connaissance il n'y a pas de réponse précise encore à cette question et c'est un des défauts principaux de l'interprétation d'Everett.

Gilles

[invite5edba33a]

Bonjour à tous,

D’abord je précise que même si j’essaye de suivre ce qui se passe au travers d’articles de vulgarisation, je n’est absolument votre niveau.
Mais si vous me permettez d’intervenir …

Reprenons l’expérience sans les détecteurs J et K (en D et E on positionne des miroirs complets). Faisons l’expérience avec un nombre de photons suffisants (toujours émis 1 à 1) pour détecter des franges d’interférences en I si la lame F est positionnée et une figure d’impact sinon.

F étant positionné à 100 années lumière, la présence ou non de la lame dépendant d’une décision pas encore prise , que voit-on aujourd’hui en I ? (on n’est pas dans le cas ou l’information est indécryptable puisque la lame F est soit présente pour tous les photons soit absente pour tous).

Ne doit-on pas dire : Une mesure (partielle ?) est faite en I ce qui influence ce qu’il se passera dans 100 ans en F ?

Merci pour votre attention.

[chaverondier]

C'est un point délicat de l'interprétation d'Everett : elle est obligée de supposer une "mesure" (au sens mathématiques) sur les trajectoires quasi-classiques postérieures à la mesure (au sens physique) pour que selon cette mesure 25 % des trajectoires classiques corresponde au résultat trouvé A et 75 % au résultat B. Ce ne sont plus vraiment des probabilités mais plutot des mesures du nombre de microétats comme l'entropie en méca stat (étant entendu en fait que tous les micro états sont effectivement simultanément existants dans l'interprétation d'Everett, contrairement à la méca stat). Cependant cela oblige à donner une définition formelle de ce qu'on appelle une trajectoire classique : l'univers observé n'est justement pas complètement classique puisqu'il contient des fonctions d'ondes microscopiques : où définir les limites de ce qu'on observe et de ce qui appartient à un autre univers, quand commence exactement la décohérence et comment "mesurer" le nombre de micro états correspondant à un univers observé donné? a ma connaissance il n'y a pas de réponse précise encore à cette question et c'est un des défauts principaux de l'interprétation d'Everett.

Je vois à peu près l'idée, mais je doute qu’on puisse la suivre jusqu’au bout sans problème en raison des difficultés supplémentaires suivantes :

* D'une part, cela oblige à raccommoder l'interprétation d'Everett avec l'interprétation des histoires décohérentes. Or cette interprétation semble avoir quelques problèmes selon, par exemple, Carlo Rovelli dans son papier sur la Relational Quantum Mechanics (1) ou encore selon la revue de Maximilian Schlosshauer sur l'interprétation de la mesure quantique (2).

* D'autre part, il s'agit de probabilités distribuées sur une famille d’histoires possibles (3) ayant cours en même temps. Cela me semble poser le problème de la simultanéité choisie pour définir ces possibilités simultanées (du moins si l'on se place dans l'hypothèse du respect de l'invariance de Lorentz). De plus il faut parvenir à relier cette distribution de probabilités (sur des histoires classiques simultanées) à une autre distribution de probabilités : celle caractérisant les fréquences observables en réalisant plusieurs mesures successives « à peu près identiques » (4) le long d’une histoire classique donnée. Il faut ensuite vérifier que les histoires dont les fréquences des résultats de mesures quantiques successives ne respectent la règle de Born (quand le nombre de mesures tend vers l’infini), sont de probabilité nulle (cette fois au sens de la mesure fonctionnelle, précédemment invoquée, servant à définir une distribution de probabilités sur un espace d’histoires). Enfin, il faut admettre que ces chemins de probabilité nulle ne peuvent pas être des chemins observables (Pourquoi ? Qui s'amuse à jouer aux dés sur des ensembles de chemins ?...).

Par contre, la réconciliation entre l’interprétation d’Everett et un point de vue positiviste, obtenue par Carlo Rovelli dans sa Relational Quantum Mechanics, est intéressante. Elle a cependant ceci de difficile à accepter. Plus moyen de définir la notion de réalité objective (et tant pis pour Einstein et pour John Bell). Dans cette interprétation, l’observateur devient complètement indéboulonnable. Il n’y a plus de réalité objective. Il n’y a plus que des interactions entre un observateur et un univers observé (même cette phrase devient problématique dans ce point de vue, car que signifie « l’univers observé » s’il n’existe pas en tant que tel). C’est quelque chose que l’on retrouve aussi dans l’hypothèse du temps thermique développée par le même auteur. Cela dit, je doute que le problème de la mesure quantique soit vraiment résolu (ne serait-ce qu’en raison du flou artistique régnant sur des notions physiques de base bousculées par une remise brutale de l’observateur au centre de la physique).

(1) http://arxiv.org/abs/quant-ph/9609002, II. QUANTUM MECHANICS IS A THEORY ABOUT INFORMATION, B. Objections to the main observation, Objection 8, page 6. Je cite “[in the Consistent Histories interpretation] probabilities depend on the choice of the consistent family of histories, which is chosen (to avoid misunderstanding: whether or not a physical occurrence can be assigned a probability depends on the family chosen). One (who?) makes a choice in picking up a family of alternative histories in terms of which he chooses to describe the system. Griffiths has introduced the vivid expression “framework” to indicate a consistent family of histories [Griffiths 1996]. There exist funny cases in which one framework is: “Is the value of the physical quantity Q equal to 1 at time t, or not?”; and a second framework is “Is the value of the physical quantity Q equal to 2 at time t, or not?”, and in each framework the answer is yes with probability 1! [Kent 1995, Kent and Dowker 1995, Griffiths 1996.] Therefore the description of what has happened at time t, that we can give on the basis of a fixed set of data, is: At t, Q was equal to 1, if we ask whether Q was 1 or not. Or: At t, Q was equal to 2, if we ask whether Q was 2 or not.”

(2) Decoherence, the Measurement Problem, and Interpretations of Quantum Mechanics 28 Juin 2005 (40 pages), Maximilian Schlosshauer, Department of Physics, University of Washington, Seattle, voir plus particulièrement III. The decoherence program, G. Consistent histories interpretations, 3. Selection of histories and classicality, et 4. Consistent histories of open systems page 35, je cite : “This approach intrinsically requires the notion of local, open systems and the split of the universe into subsystems, in contrast to the original aim of the consistent-histories approach to describe the evolution of a single closed, undivided system (typically the entire universe).”

(3) Donc avec des difficultés mathématiques associées à la mesure fonctionnelle. Il me semble me souvenir que Hawking est plus ou moins obligé de "bidouiller" pour définir une distribution de probabilités sur un espace de chemins.

(4) Elles ne peuvent pas être rigoureusement identiques car il faudrait pour cela parvenir à reconstruire un univers de départ identique avant chaque nouvelle mesure.

[Pio2001]

Reprenons l’expérience sans les détecteurs J et K (en D et E on positionne des miroirs complets). Faisons l’expérience avec un nombre de photons suffisants (toujours émis 1 à 1) pour détecter des franges d’interférences en I si la lame F est positionnée et une figure d’impact sinon.

Erreur ! On ne détecte jamais de frange d'interférence en I. Que la lame F soit en place ou non.

En I, on catalogue les coordonnées des impacts des photons signaux de la façon suivante :

Photon 1 : x=1.1 y=0
Photon 2 : x=0 y=-1.5
Photon 3 : x=-1 y=3.1
...etc.

L'ensemble de ces coordonnées représente toujours une distribution uniforme, quoi qu'il se passe ailleurs.

Ensuite, on enregistre l'arrivée des photons témoins en prenant soin de noter avec quel photon signal ils sont en correspondance :

Photon 1 : détecteur K
Photon 2 : détecteur H
Photon 3 : détecteur I
...etc.

Enfin, si dans la seconde liste on élimine les photons J et K pour ne garder que les G et les H, on obtient une liste partielle de photons : le 2, le 5, le 6, le 7, le 11 etc
Alors dans la première liste, si on de garde que les coordonnées des ces photons là, elles dessinent une frange d'interférence.

En somme, ce sont les informations captées, voire générées par la mesure effectuée 100 ans plus tard, qui permettent de dessiner des interférences dans la vieille liste obtenue 100 ans plus tôt.

Ce qui est mystérieux, d'un certain point de vue, c'est comment les photons témoins connaissent-ils la liste obtenue en I pour pouvoir y dessiner une figure d'interférence avec leurs choix de détecteur, puisqu'ils n'étaient pas là lorsque les photons signaux ont atteint l'écran ?

[invite5edba33a]

...
Enfin, si dans la seconde liste on élimine les photons J et K pour ne garder que les G et les H, on obtient une liste partielle de photons : le 2, le 5, le 6, le 7, le 11 etc
Alors dans la première liste, si on de garde que les coordonnées des ces photons là, elles dessinent une frange d'interférence.
...

Merci pour ta réponse, mais j'ai légerement modifié l'expérience de départ (pas de détecteur en J et K, et miroirs total en D et E. Cela ne change rien au principe de l'expérience mais on n'a pas à faire le tri des photons) tous les photons arrivent donc en G ou H.

D'aprés ta réponse, on doit donc avoir une figure d'interférence en I (?) avant que l'expérimentateur en F decide de positionner (ou non) le miroir semi-refléchissant ...

[Pio2001]

Eh non, dans cette nouvelle configuration, on n'aura pas interférence en I, ni avec la plaque, ni sans !

Pour le déterminer de façon directe et rigoureuse, il nous faut écrire l'état quantique de tout le système, puis appliquer l'opération consistant à déterminer la probabilité d'impact en chaque position de l'écran.

Le fait qu'on ne part pas de l'état CI + DI nous empèche de prédire comme ça "a vue de nez" s'il y aura interférence.

Cependant, nous pouvons déduire du "no-communication theorem" qu'il n'y aura pas interférence, car cela permettrait une communication à un vitesse supérieure à celle de la lumière.

J'aivais essayé des montages semblables à celui que tu proposes avec des particules de spin 1/2, sur lesquelles le résultat des mesures est plus simple à calculer qu'avec des photons et un écran.
Je me suis rendu compte en fonction de l'expression des vecteurs d'état et du calcul du paramètre de Bell que jamais je ne parviendrais à mettre en évidence une interférence quantique (violation de l'inégalité de Bell) en ne réalisant une mesure que sur une partie du système en corrélation quantique.

Ce qui veut dire qu'ici, tant que le photon signal sera en corrélation quantique avec le photon témoin au niveau de sa trajectoire, aucune interférence ne pourra être observée en I seul.

[invite6de9da5b]

Merci pour vos réponses

C'est donc le fait que le photon témoin soit corrélé avec le photon signal qui empêche celui ci d'interférer avec lui même.

Mais cette corrélation est inutile dans l'expérience, seul nous importe la présence éventuelle d'un photon.

Que se passerait-il si on place quelque chose détruisant la corrélation quantique entre B et I ainsi qu'entre C et I et qu'on refait l'expérience décrite par PaP ?

[chaverondier]

Ne doit-on pas dire : Une mesure (partielle ?) est faite en I ce qui influence ce qu’il se passera dans 100 ans en F ?

Il me semble qu'on devrait peut-être pouvoir dire ceci :

une mesure est faite en G et et en H (derrière le miroir semi-réfléchissant placé en F jouant le rôle de gomme quantique). Or l'écran d'interférence situé en I (notamment les traces supposées irréversiblement imprimées sur cet écran) est en fait dans un état quantique superposé avec les photons témoins détectés en G et en H. Il en résulte que ces traces du passé qu'on croyait enregistrées de façon irréversible ne sont pas enregistrées de façon irréversible pour l'observateur situé en F. La mesure réalisée en G et H ne modifie donc pas le passé, mais peut modifier les traces du passé laissées sur l'écran I.

Bon, enfin il me semble que c'est un point de vue compatible à la fois
* avec les interprétations dites réalistes de la mesure quantique (supposant l'existence de propriétés objectives des objets observés, propriétés supposées exister indépendemment de toute observation)
* avec les interprétations attribuant au contraire le résultat de la mesure exclusivement à l'interaction avec l'observateur (et non à une réalité objective supposée indépendante de l'observateur). BC

[invite5edba33a]

Pour PUMS974 :
Dans cette expérience, on n’a pas d’interférence en I (cf PIO2001) en détruisant la corrélation entre BI et CI, on a encore moins de chance de voir quoi que ce soit en I

Pour PIO2001 :
Le monde de la MQ est décidément bizarre mais ça, on le savait déjà !

Dans l’expérience de départ, il est possible de reconstituer des interférences en I (plusieurs intervenants le rappelle) après avoir obtenu les résultats de J, K, G, H. Concrètement, on ne tiens pas compte des photons interceptés pas J et K, puis q'en présence de la lame F les détecteurs G et H ne fournissent pas d'information sur le chemin suivi.
Dans l’expérience que je propose, il n’y a pas de photons J ou K, donc pas de trie nécessaire. Je ne comprend pas la différence même si, je suis d’accord, des interférences en I permettrait une communication du futur vers le présent.

Bon, c’est vraiment au dessus de mon niveau alors, je vais laisser la place aux spécialistes.

Merci pour vos réponses.

[chaverondier]

J'ai légerement modifié l'expérience de départ (pas de détecteur en J et K, et miroirs total en D et E. Cela ne change rien au principe de l'expérience mais on n'a pas à faire le tri des photons) tous les photons arrivent donc en G ou H.

D'aprés ta réponse [celle de PIO2001], on doit donc avoir une figure d'interférence en I (?) avant que l'expérimentateur en F decide de positionner (ou non) le miroir semi-refléchissant ...

En fait, dans cette expérience modifiée, il me semble qu'on doit encore faire le tri des photons témoin impactant l'écran I en séparant les détections conjointes avec les photons signaux EPR corrélés détectés en G des détections conjointes avec les photons signaux EPR corrélés détectés en H.

On a alors deux figures d'interférence (reconstruites après réception de l'information classique issue des capteurs G et H détectant les photons témoin EPR corrélés) mais décalées d'une bande.

On voit ça sur http://www.bottomlayer.com/bottom/ki...scully-web.htm . Les figures R01 et R02 y correspondent aux enregistrements d'impact de photons signaux sur l'écran d'interférence I associés respectivement aux détections conjointes de photons témoins par les capteurs D1 et D2 (ces capteurs sont l'équivalent des capteurs G et H du schéma de Wikipédia). La superposition des deux figures d'interférence R01 et R02 donne bien une figure sans franges d'interférence. BC

[fabrej0]

Ne doit-on pas dire : Une mesure (partielle ?) est faite en I ce qui influence ce qu’il se passera dans 100 ans en F ?

Désolé de revenir sur un sujet datant d'il y a un presque un mois, mais suis intéressé.

Oui, supposons que l'on fasse tous les bons calculs (avec les produits tensoriels X) et que la figure d'interférence possible présente une frange sombre S.

Si j'ai un impact de photon bien centré sur S, ne puis-je pas dire qu'il y a beaucoup plus de chance qu'il s'agisse d'un processus SANS la gomme quantique F ? N'est-ce donc pas une information (de nature probabiliste) et une mesure ?

Suis intéressé par vos réponses à cette question.
Merci d'avance.

[Pio2001]

Oui, supposons que l'on fasse tous les bons calculs (avec les produits tensoriels X) et que la figure d'interférence possible présente une frange sombre S.

D'après Chaverondier, il ya deux figures d'interférence possibles. Une avec une frange sombre en S, une avec une frange claire en S.
La probabilité pour que cet impact corresponde à un processus avec ou sans la gomme quantique est donc la même.

[fabrej0]

Ca y est, j'ai "lu" l'article de référence. Ca m'avait rebuté au départ, mais on comprend très bien aussi en sautant les "comments" .
Merci Chaverondier !! (dont j'avais déjà pu lire plein de propos censées). Je crois que j'ai enfin compris quelque chose à cette expérience.

Je trouve ça génial car ça permet une sorte de raisonnement à l'envers. On peut tenir le raisonnement suivant :
1) Si je m'amuse à gommer quantiquement avant la détection par l'écran, je m'attends à avoir une figure d'interférence.
2) Un gommage quantique ne doit rien changer à l'état des particules
3) Or ce gommage quantique peut très bien avoir lieu après la détection.
4) Donc j'ai nécessairement du flou au lieu d'une figure d'interférence !

Après pour expliquer pourquoi il y a une figure d'interférence par corrélation avec D1 (R01) ou D2 (R02), à première vue je sais pas...

[fabrej0]

Qui a essayé de lire le .pdf associé sur le site ? Je trouve la démonstration louche. Alors qu'il y a une totale symétrie entre la voie 1 (B réfléchi et A transmis) et la voie 2 (A réfléchi et B transmis), l'auteur introduit un signe (-) seulement pour un des parcours... Moi je dirais - / + pour l'un et + / - pour l'autre mais là j'aboutis à une absence d'interférence...

[fabrej0]

désolé, ma fin de phrase est fausse, ce que je voulais dire : je n'aboutis pas à un déphasage de Pi/2 entre R01 et R02 qui expliquerait le recouvrement d'une frange sombre par une frange claire