question sur la communication à distance

[invitecb0dc3ae]

Une question à propos de l'effet EPR. Je ne suis pas sûr d'avoir tout compris, alors ma question est peut-être idiote.
La particule A est dans une superposition d'états (+) et (-). Elle est envoyée vers un détecteur qui révèle qu'elle est dans l'état (+). Elle a une particule corrélée, B, qui se trouve à 10 000 km de là. Je sais alors que si mon observation a mis A dans l'état (+), B se trouve dans l'état (-).
Mais pour en être sûr, il me faut vérifier : envoyer la particule B vers un détecteur de même type, de même orientation, etc. Je constate alors qu'elle est bien dans l'état (-). Toutes les fois que je répète l'expérience, j'obtiens le même résultat. J'en conclus que si je trouve toujours B dans l'état symétrique de A, c'est que les deux particules communiquent.
Mais qu'est-ce qui me prouve que c'est bien ma première observation qui a mis B dans l'état (-) et non la deuxième ?
Etant corrélées, les deux particules sont symétriques. Si je fais une mesure sur l'une et que j'obtiens tel résultat, en faisant une mesure identique sur l'autre, comment pourrais-je obtenir autre chose qu'un résultat symétrique ? Si tel est le cas, il n'est pas nécessaire que les particules communiquent pour être toujours dans deux états symétriques.
Je serais reconnaissant aux camarades physiciens s'ils pouvaient m'éclairer.
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[Meumeul]

SAlut,

ce qui suggere qu'il y a quelque chose entre les deux particules, c'est le fait que le taux de correlation experimental correspond a la description quantique (ou la projection d'une particule projette sa particule intriquee de facon "conjuguee") et ne correspond pas aux taux previsibles par les autres theories proposees (en particulier la theorie a variable cachee locale qui aurait permis de ne pas apporter de petit soucis vis a vis de la relativite). Bien sur, cela laisse la place ouverte a d'autres theories, mais pour l'instant, la quantique marche plutot bien et predit ce resultat (confirme experimentalement).

Pour aller plus loin sur la question "qu'est-ce qui me prouve que c'est bien ma première observation qui a mis B dans l'état (-) et non la deuxième", il y a quelques developpement recents de meca Q relationnelle qui creusent la question, mais la je maitrise plus du tout...

[invitecb0dc3ae]

Merci Meumeul pour ta réponse.
Intéressant. Alors, comme ça, on ne sait pas de façon certaine si c'est l'observation de la première particule qui met la seconde dans l'état symétrique (effet physique non local), ou si c'est l'observation de la seconde (effet physique local) ? Et on parle quand même de non localité comme s'il s'agissait d'un fait établi ? Il me semble qu'il y a là un sérieux problème - non pour la MQ, qui est tout à fait cohérente, mais une fois de plus pour son interprétation.
Il me semble en outre qu'il y a en MQ un principe selon lequel "un état quantique n'existe pas tant qu'il n'a pas été observé"(physiquement). Je dirais que tant que l'état de la seconde particule n'a pas été observé (physiquement), il existe comme potentialité - laquelle est actualisée par l'observation. Mais je sais aussi que le formalisme mathématique a quelque difficulté à distinguer potentiel et actuel : le pb vient peut-être en partie de là ?

[Meumeul]

On parle de la non-localite comme un fait etabli car dans la maniere dont on comprend les choses, elle existe. Maintenant, il y a des developpements "visant" a retablir la localite ou a montrer que c'est une non-localite apparente (faut bien avouer que c'est genant -- et c'est a prendre avec des pincettes, on commence a franchement depasser mes competences), mais a ma connaissance, il n'y a encore rien de completement abouti.

En esperant eclaircir un poil...

Quant au cote "probleme de l'interpretation", je serais plutot tente de dire que ca pose des problemes a la relat plus qu'a la MQ (mais c'est peut etre un pbm de point de vue) et toute la partie sur la mesure proprement dite, je crois qu'il va falloir attendre l'aide des caids !

[A voir en vidéo sur Futura]

[chaverondier]

Une question à propos de l'effet EPR. Je ne suis pas sûr d'avoir tout compris, alors ma question est peut-être idiote.

Non, non. Ca fait 80 ans qu'on se la pose et, pour l'instant, on ne sait pas formuler de réponse qui soit jugée complètement satisfaisante par tout le monde (cela dit, c'est le camarade mécanicien qui répond, mais bon...).

J'en conclus que si je trouve toujours B dans l'état symétrique de A, c'est que les deux particules communiquent.

C'est vrai seulement dans l'interprétation dite réaliste de la réduction du paquet d'onde, celle qui admet l'hypothèse selon laquelle on peut parler du résultat d'une mesure quantique que l'on aurait obtenu si on avait fait cette mesure. C'est l'hypothèse dite de contrafactual definiteness. Elle consiste aussi à supposer que les résultats de mesure obtenus correspondent à une réalité objective, c'est à dire une réalité indépendante de la notion d'observateur.

L'interprétation réaliste (correspondant au point de vue de John Bell) offre toutefois l'inconvénient d'entrer en conflit avec le principe de relativité du mouvement ou encore avec le principe de causalité. Asher Peres conteste ce point de vue. Il a coutume de dire "unperformed quantum measurements have no outcomes".

Une interprétation de la mesure quantique permet de conserver à la fois le déterminisme, la réversibilité, la localité, le principe de causalité et l'unitarité des évolutions quantiques (tout en expliquant l'irréversibilité, la non localité et l'indéterminisme perçus par l'observateur). Il s'agit de l'interprétation d'Everett (dite des états relatifs ou des mondes multiples).

Malheureusement, dans cette interprétation, le résultat de mesure quantique observé perd son objectivité. Il devient définitivement le résultat de l'interaction d'un système observé avec un observateur. Cet observateur ne peut pas être, en final, un appareil de mesure, car cet appareil se met dans un état quantique superposé. Il ne sélectionne donc pas un résultat de mesure particulier.

Pour observer un résultat de mesure quantique unique, on a, à ce jour, besoin d'un observateur humain. Dans cette interprétation, il n'y a donc jamais de réduction objective du paquet d'onde. Cette interprétation a plus ou moins la réputation d'être mathématiquement cohérente. Elle a cependant 2 inconvénients

1/ Elle ne serait pas encore très claire au plan de l'interprétation des statistiques des résultats de mesure quantiques (voir les recherches actuelles sur le principe dit d'envariance = environnement induced invariance, visant à résoudre ce problème, cf le tour d'horizon accessible en ligne proposé par Maximilien Schlosshauer sur les recherches concernant la mesure quantique).

2/ Selon une remarque de Gilles H, on peut reprocher à l'interprétation des mondes multiples de reposer sur la notion de fonction d'onde de l'univers. Or,
* si la fonction d'onde d'un système représente le catalogue des informations qu'un observateur peut avoir au maximum sur ce système
* et si la "séparation" de l'observateur en "plusieurs jumeaux" dans un état quantique superposé cache à "l'"observateur l'information en la possession de ses copies, que représente la fonction d'onde de l'univers ? La notion semble auto-contradictoire.

Dans une optique Everett, la fonction d'onde d'un système ne semble pouvoir conserver un sens physique clair que si elle concerne un système observable. Cela exige la présence d'un observateur extérieur au système. Oui, mais c'est en conflit avec la base même du modèle d'Everett de la mesure quantique qui repose sur une hypothétique fonction d'onde de l'univers (notion introduisant donc implicitement un observateur extérieur à l'univers, ce qui pose problème).

Il faut ajouter à cela que les notions de causalité et de localité sont peut-être (probablement ?) indissociables de la notion d'information classique. De plus, le problème de meure quantique est probablement difficilement dissociable du problème du mariage mécanique quantique gravitation. Bref, les problèmes de mesure quantique, de localité, de causalité, d’indéterminisme, d’irréversibilité, d’information classique posent des questions très délicates, semblant presque à coup sûr exiger le recours à un observateur et sans solution jugée satisfaisante par tout le monde à ce jour. BC

[invitecb0dc3ae]

Diable, diable, dans quoi l'oncle Archibald s'est-il aventuré, avec ses pesants sabots ?

C'est vrai seulement dans l'interprétation dite réaliste de la réduction du paquet d'onde, celle qui admet l'hypothèse selon laquelle on peut parler du résultat d'une mesure quantique que l'on aurait obtenu si on avait fait cette mesure. C'est l'hypothèse dite de contrafactual definiteness. Elle consiste aussi à supposer que les résultats de mesure obtenus correspondent à une réalité objective, c'est à dire une réalité indépendante de la notion d'observateur.

Bon, il y a peut-être aussi un problème avec le réalisme. En quoi la référence à un observateur vous gène-t-elle ? Il me semble que c'est plutôt la physique classique qui estimait pouvoir connaître la réalité telle qu'elle est en soi - sans référence à un observateur. Bohr et Heisenberg disaient, je crois, que ce que nous mesurons c'est "la nature exposée à nos méthodes de questionnement", i.e., si je comprends bien, non la nature "en soi", mais la nature "pour nous", telle qu'elle nous apparaît à travers le rapport physique que nous établissons avec elle (et que le formalisme mathématique nous permet de transcender - mais sans pouvoir jamais nous en affranchir totalement). Autrement dit, nous n'avons jamais accès à la réalité immédiatement, mais par la médiation de ce rapport. En quoi le fait de ne plus balayer l'observateur sous le tapis contredirait-il le réalisme ?

D'autre part, concernant l'objectivité : parlons-nous d'objectivité au sens classique, ou bien de ce que d'Espagnat appelle "objectivité faible" ? (que je rapprocherai de la formule "la nature exposée à nos méthodes de questionnement"). Dans cette optique, ce que nous pouvons connaître, l'information que nous produisons, concerne seulement ce que notre rapport à la réalité nous permet de saisir. Dès lors, l'observateur reste par définition à la fois présent et extérieur au système observé - ce qui lui interdit l'accès à une connaissance absolue (mais bon, on n'en demande pas tant...).

Cela étant, l'idée d'Univers multiples me paraît quelque peu délirante. Du moins si l'on entend par là des Univers physiques. Mais s'agit-il vraiment d'Univers physiques, ou de représentations d'Univers physiques ?

En tout cas, merci de votre patience, camarades physiciens (ou mécaniciens), et du soutien que vous apportez aux masses populaires dans leur juste lutte pour essayer d'y voir un peu plus clair.

[invitec00162a9]

Bonsoir,
je ne suis pas du tout physicien, mais j'aimerais tenter ma chance. Rien ne prouve que les 2 particules communiquent ; d'ailleurs, si je ne me trompe pas, il y a une expérience EPR où les détecteurs sont en mouvement pour que chaque particule croie que l'autre n'a pas encore atteint son détecteur. Et pourtant, on observe toujours les mêmes corrélations.
Si communication il y a, c'est l'expérimentateur qui l'établit en confrontant les 2 mesures. Et ça se fait à une vitesse inférieure à celle de la lumière.
Une piste, pour lever le paradoxe, serait d'avoir une théorie dans laquelle l'espace-temps émerge de processus quantiques plus primitifs, car alors le phénomène EPR se produirait "en-dessous" de l'espace-temps. On fait ça tous les jours en informatique dans des simulations de réalité virtuelle, reste à voir si l'Univers fait pareil.

[chaverondier]

Rien ne prouve que les 2 particules communiquent

Non, mais supposer qu'elles ne communiquent pas (alors qu'il y a violation des inégalités de Bell) n'est pas sans difficulté d'interprétation non plus [1-3].

D'ailleurs, si je ne me trompe pas, il y a une expérience EPR où les détecteurs sont en mouvement pour que chaque particule croie que l'autre n'a pas encore atteint son détecteur. Et pourtant, on observe toujours les mêmes corrélations.

C'est la réfutation expérimentale de l'hypothèse dite de multi-simultanéité réalisée par le Groupe de Physique Appliquée de Genève piloté par le professeur Nicolas Gisin [4,5]. Elle prouve que l'interprétation dite réaliste de la réduction du paquet d'onde est incompatible avec la causalité relativiste.

L'interprétation dite réaliste de la réduction du paquet d'onde (le point de vue de John Bell) est cependant compatible avec la causalité ayant cours dans un référentiel quantique privilégié supposé (avec son feuilletage en feuillets 3D de simultanéité quantique universelle et sa chronologie universelle associée). Il s'agit du référentiel associé à un milieu supposé de propagation des ondes quantiques.

Cette chronologie quantique absolue permettrait d'interpréter la mesure quantique comme ayant un caractère explicitement non local, en conflit avec le principe de relativité du mouvement (l'invariance de Lorentz), mais en respectant cependant le principe de causalité (les causes précèdent les effets). Ce référentiel privilégié ne tiendrait alors aucun compte de la simultanéité relative associée aux référentiels comobiles avec les polariseurs. La réfutation de l'hypothèse de multi-simultanéité ne réfute donc pas l'interprétation explicitement non locale de la mesure quantique proposée par John Bell.

L'interprétation dite réaliste peut conduire à la possibilité (de principe) de communication à vitesse supraluminique, mais ce n'est pas obligatoire. En effet, même dans l'interprétation dite réaliste (donc explicitement non locale en conflit avec l’invariance de Lorentz), si l'observateur expérimentateur ne peut pas biaiser les statistiques quantiques par une action sur les causes supposées du hasard quantique (par exemple en raison de quelque chose d'analogue au théorème H de Boltzmann [6]), le no-communication theorem [7] (reposant implicitement, via l’emploi qui est fait de l’opérateur densité, sur l’impossibilité supposée de biaiser les statistiques quantiques) reste valide. L’exploitation de la non localité quantique à des fins de communication à vitesse supra-luminique reste alors impossible (malgré la violation d’invariance de Lorentz induite par l’interprétation réaliste [8]).

Bon, je ne défends plus à fond l'interprétation réaliste de la réduction du paquet d'onde car, malgré certains de ses défauts [9], j'ai mieux compris l'interprétation des mondes multiples (grâce à Gilles H) et certains des avantages de cette interprétation (très choquante quand même dans sa présentation actuelle et, me semble-t-il, non dépourvue de ses problèmes elle aussi). Par contre, je doute qu'on puisse la considérer comme aboutie.

Par ailleurs, je me demande même s'il n'existerait pas une sorte de compatibilité (bien cachée et à trouver) entre l'interprétation dite réaliste et une interprétation de type mondes multiples (quelque chose qui ressemblerait un peu à « l'à peu près compatibilité » entre l'irréversibilité observée à l'échelle macroscopique en thermodynamique classique et la réversibilité de la dynamique des systèmes isolés observée en physique statistique classique).

Si communication il y a, c'est l'expérimentateur qui l'établit en confrontant les 2 mesures. Et ça se fait à une vitesse inférieure à celle de la lumière.

C'est bien possible, mais ça nous oblige à voir le temps et sa flèche d'une façon bien différente de celle dont nous la percevons intuitivement. L'expérience dite du choix retardé (d'ailleurs pas mal discutée sur ce forum) et son effaceur quantique donnent un bon exemple de l'écart entre ce que nous dit cette expérience et la façon dont nous sommes habitués à percevoir écoulement du temps, causalité et localité comme s'il s'agissait forcément de concepts universels et objectifs (cad qui seraient indépendants de la notion d'observateur et de leur limitation d'accès à l'information [10]).

On est peut-être amené à considérer que le temps, pourtant partagé sans incohérences entre des observateurs distincts, repose sur des échanges d'information classiques et n'a pas de signification (ou a une signification restant à définir ?) en dehors de tels échanges d'information classique.

Dans notre dos, la nature fait ce qu'elle veut en se moquant un peu (beaucoup ?) de nos considérations de localité et de causalité émergeant (peut-être ? probablement ?) de nos limitations d'accès à l'information.

Une piste, pour lever le paradoxe, serait d'avoir une théorie dans laquelle l'espace-temps émerge de processus quantiques plus primitifs, car alors le phénomène EPR se produirait "en-dessous" de l'espace-temps. On fait ça tous les jours en informatique dans des simulations de réalité virtuelle, reste à voir si l'Univers fait pareil.

Reste à proposer un modèle qui tienne la route. Pas facile. Il y a de nombreux candidats, mais rien d'abouti pour l’instant me semble-t-il. BC

[1] D. L. Hemmick, Hidden Variables and Nonlocality in Quantum Mechanics, Ph.D. dissertation, Rutgers university, Mathematical Physics Dept.; http://www.intercom.net/~tarababe/dissertation.pdf

[2] J.S. Bell, Physics, 1, 195 (1964) et "Speakable and Unspeakable", Quantum Mechanics, Cambridge University Press (1987).

[3] P. Davis and J. Brown, The Ghost In the Atom, ed. 1986, sect. 3. John Bell (Cambridge University Press, Cambridge).

[4] V. Scarani, W. Tittel, H. Zbinden, and N. Gisin, The speed of quantum information and the preferred frame: analysis of experimental data, Phys. Lett. A 276, 1-7 (2000); http://arxiv.org/abs/quant-ph/0007008

[5] V. Scanari and N. Gisin, Superluminal hidden communication as the underlying mechanism for quantum correlations: constraining models. Braz. J. Phys. [online]. 2005, vol. 35, no. 2a [cited 2007-01-09], pp. 328- 332,http://www.scielo.br/pdf/bjp/v35n2a/a18v352a.pdf

[6] A. Valentini, Signal-locality, uncertainty, and the subquantum Htheorem. II, Phys. Lett. A 158, 18 (1991).

[7] A. Peres and D. R. Terno, Quantum information and relativity theory, Reviews of modern physics, volume 76, January 2004.

[8] I. Percival, Quantum transfer functions, weak nonlocality and relativity,
Phys. Lett. A 244, 495-501 (1998).

[9] A. Neumaier, comments on the Everett FAQ; http://www.mat.univie.ac.at/~neum/manyworlds.txt

[10] P. Martinetti, C. Rovelli, Classical and quantum gravity, 2003, vol. 20, no22, pp. 4919-4931, Diamonds's Temperature: Unruh effect for bounded trajectories and thermal time hypothesis; http://arxiv.org/abs/gr-qc/0212074