Superposition d'etat

[choenix]

Salut,

Je sais qu'on ne peut pas faire de parallèle entre la mécanique classique et quantique. mais je vais essayer de faire pour expliquer plus simplement ma question.

En mécanique quantique.
Comme toujours on prends l'exemple du chat de Schrödinger, à la fin de l'expérience on dit que le chat est mort ET vivant tant qu'on a pas vérifier (fait une mesure).

En mécanique classique.
Je prends une boite noire dans la quelle un système fait tomber une boule qui a 50% de chance de devenir rouge ou 50% de deveinr bleu. A la fin de l'expérience on dit que la boule est rouge OU bleu tant qu'on a pas vérifier (fait une mesure).

Comme on le sait dans ces deux expériences les seules choses qui changent sont le "ET" et le "OU".

Mais dans l'expérience en mécanique classique, c'est notre logique qui nous oblige a dire qu'elle est que la boule est rouge ou bleu, pourtant ce ne sera aussi que la mesure qui le confirmera. Mais quand est il vraiment tant qu'on a pas fait la mesure! et idem pour la mécanique quantique.

Dans les deux cas on ne peut rien affirmer tant que la mesure a pas été faite. Autant dire que tant que la mesure n'est pas faite on se trouve dans l'ignorance des états et cela pour la mécanique classique et quantique. La superposition serait plutôt l'ignorance de ces états et il y aurait aucune différence entre les deux mécaniques.

Je sais que la superposition découle bien sur d'équation abstraite pour moi ,et qui ne peuvent être que validé que par l'expérimentation. Donc cela me pose quelques questions :

A t on déjà observé un état de superposition ? ( je pense que oui )
Mais comment puisque pour l'observer on doit faire une mesure et que cette mesure détruit l'état de superposition ?

bye.
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[invitea774bcd7]

Tu peux dire que le chat est mort ou vivant s'il n'y a que ça qui te gène

[mariposa]

[QUOTE=choenix;1933995]

A t on déjà observé un état de superposition ? ( je pense que oui )
Mais comment puisque pour l'observer on doit faire une mesure et que cette mesure détruit l'état de superposition ?

bye.

Bonjour,

Par principe un état |FI> est superposé dans la base des vecteurs propres d'un opérateur quelconque noté O.

Si cet opérateur O est celui attaché au système de mesure M, alors le valeurs mesurées par M seront les valeurs propres de M avec une distribution correpondant au module-carré des projections de |FI> sur les vecteurs propes |m> de M

[choenix]

re

Tu peux dire que le chat est mort ou vivant s'il n'y a que ça qui te gène

Guerom00 tu me met encore plus le doute. c'est justement le ET qui fait la superposition !

Désolé Mariposa, mais ton explication est hors de ma compréhension.

bye

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea774bcd7]

Peu importe, ce ne sont que des mots. Ça ne veut rien dire
Pour répondre à ta question : dans l'expérience de S. Haroche, il y a création et mesure d'états de superposition du champ électromagnétique dans une cavité (des « états chat » justement…) Donc oui : ça existe

[winc]

Salut !

( pour mariposa : je ne pense pas que choenix sache ce que c'est une base de vecteurs propres !)

Comme tu l'as dit choenix, la mesure "détruit" la superposition des états.
Par définition, on ne peut pas observer(c-à-d mesurer) un état résultant de la superposition de plusieurs états. Mais le terme "détruit" est a expliquer plus précisément si tu veux comprendre la notion de mesure quantique.

Pour illustrer, on peut imaginer une expérience très simple :
Tu lances un photon sur un miroir semi-transparent parfait incliné à 45 °, et tu as 1 détecteur(A) de photon derrière le miroir (qui détectera si le photon l'a traversé) et un autre détecteur(B) au dessus du miroir (qui détectera si le photon a été réfléchit).

Puisque le miroir est parfaitement semi-transparent, tu as 1 chance sur 2 de détecter le photon en (A)(qu'on appelera état (a)) et 1 chance sur 2 en (B)(qu'on appelera état (b)).
Avant que le photon atteigne le miroir, il y a superposition des états (a) et (b) : on dit que l'état du photon avant traversé du miroir vaut 1/2 fois (a) plus 1/2 fois (b). Le facteur 1/2 correspond à la probabilité de détecter le photon en (A) ou (B). Leur somme vaut 1, ce qui veut dire que tu es certain de détecter, quoiqu'il se passe, le photon soit en (A) soit en (B) (c'est très simple n'est-ce pas ?!).
Une fois le miroir atteint, le photon "choisit" quel état il "préfère" et va se nicher en (A) ou (B).
Donc le fait d'effectuer une mesure ne "détruit" pas réellement la superposition d'états, elle nous indique simplement le choix du système quantique, comme dans le cas du chat de Schrödinger.

D'ailleurs l'expérience de pensée du chat de Schrödinger a justement été inventé par Scrödinger lui-même, qui ne croyait pas que le caractère probabiliste de l'état des particules quantiques ne leurs soient propre. Il pensait qu'il devait forcément y avoir un équivalent à notre échelle physique, d'où son fameux chat à la fois mort et vivant ! Malheureusement pour lui, la transition quantique/classique se fait à des échelles de l'ordre du dixième de micromètre . Mais on peut tout de même le féliciter, car son chat permet d'expliquer de façon plus intuitive la superposition des états à l'amateur de science, même si c'est faux en pratique !

winc

[Thwarn]

La vrai difference entre superposition d'etat et avoir une probabilité classique, c'est que dans le premier cas on peut faire des interferances, pas dans le deuxieme.
Sinon, il n'y aurait clairement pas de difference au moment de la mesure.

[choenix]

re

tout a fait Winc, je ne sais ce que c'est une base de vecteurs propres ! sinon peut être que j'aurai surement pas a me poser ces questions et elles me paraitraient évidentes , mais ce n'est pas le cas.

je comprends bien ton explication avec les miroirs ... sauf que tu dis

Donc le fait d'effectuer une mesure ne "détruit" pas réellement la superposition d'états, elle nous indique simplement le choix du système quantique, comme dans le cas du chat de Schrödinger.

Durant son déplacement le photon est en superposition d'état..
Quand le photon décide de choisir un "chemin" et qu'il est détecte soit en A soit en B, ce dernier n'est plus en superposition (on ne le détecte pas aux deux endroit en même temps ou alors çà répond a ma question).

Si il n'est donc plus en superposition d'état au moment de sa détection, elle a donc disparue ? Et on mesure (détecte dans ce cas) un photon qui n'est plus en superposition.

D'ou ma 1er question sait on a ce jour observer vraiment un état de superposition.

bye

[Thwarn]

Comme je le disais dans mon message precedent, on "observe" les superpositions d'état en jouant sur les interferences, par exemple avec les fentes d'Young.

[invitea774bcd7]

D'ou ma 1er question sait on a ce jour observer vraiment un état de superposition.

Je t'ai répondu. On a alors besoin d'un mécanisme de mesure indirect et non-destructif

[choenix]

re

merci pour vos réponses..
Oui guerom00 je me doutais bien que si c'était faisable, çà serait par une méthode indirecte..
Donc comme le dit Thwarn par exemple avec l'expérience des fentes de Young qui la met en évidence (méthode expérimentale).

Ce qui en soulève une autre question...
je connaissais l'expérience de Young pour la dualité onde corpuscule.
La superposition et la dualité onde corpuscule sont donc intimement liée ?

bye

[Pio2001]

Dans les deux cas on ne peut rien affirmer tant que la mesure a pas été faite. Autant dire que tant que la mesure n'est pas faite on se trouve dans l'ignorance des états et cela pour la mécanique classique et quantique. La superposition serait plutôt l'ignorance de ces états et il y aurait aucune différence entre les deux mécaniques.

Bonjour choenix,
La différence, c'est que si on a une connaissance parfaite des deux mécanismes, on peut prédire quelle sera la couleur de la boule, en modélisant toutes les actions et réactions microscopiques, en tenant compte de l'attraction de la Lune, de la vitesse du vent et tout ça. Tandis que pour le chat, on a prouvé que c'était impossible. Aucun mécanisme, ni microscopique, ni macroscopique, ne peut être à l'origine de son état.
On appelerait ce mécanisme "variable cachée", car il ne fera de toutes façon pas partie de la mécanique quantique. Comme on a montré que les résultats expérimentaux que l'on obtient sont en contradiction avec l'hypothèse des "variables cachées locales". Cela voudrait dire qu'un tel mécanisme (les variables cachées) violerait les lois de la physique (certaines de ses parties dépasseraient la vitesse de la lumière).

On peut construire un mécanisme à boules avec une complexité suffisament grande pour interdire toute prédiction en pratique, mais on connaît tout de même les lois de la mécanique qui font fonctionner ce mécanisme.
Avec le chat, non seulement on ne connaît aucune loi de la nature qui pourrait présider au choix de son état, mais on a de plus montré qu'il ne peut en exister aucune !
C'est très très gênant, et cela pousse la plupart des scientifiques à se retrancher dans le positivisme ( = tant que ça marche, on n'y touche pas). Plein de citations en découlent :
"C'est comme si on se demandait combien d'anges peuvent tenir sur la pointe d'une aiguille" (Pauli)
"Tais-toi et calcule" (apocryphe attribué à Feynmann).
"Dieu ne joue pas aux dés" (Einstein).

A t on déjà observé un état de superposition ? ( je pense que oui )
Mais comment puisque pour l'observer on doit faire une mesure et que cette mesure détruit l'état de superposition ?

Avec les fentes d'Young, quand on envoie les photons un par un, on observe des impacts sur l'écran.
Au fur et à mesure, les impacts dessinent des frangent d'interférence. Ce qui prouve que les photons sont tous passés par les deux fentes à la fois.
Or, l'effet photoélectrique, la stabilité des atomes, le rayopnnement de corps noir etc, prouvent que les photons sont insécables. Par conséquent, ils sont en superposition entre les deux fentes.

[choenix]

re

Merci pour cette réponse Pio2001.

Bye

[mariposa]

Avec les fentes d'Young, quand on envoie les photons un par un, on observe des impacts sur l'écran.
Au fur et à mesure, les impacts dessinent des frangent d'interférence. Ce qui prouve que les photons sont tous passés par les deux fentes à la fois.

Bonjour,

Il faudrait mieux préciser que chaque photon individuel passe à la fois par les 2 fentes. Donc le photon "interfère" avec lui-même. Ceci prouve donc que les objets en cause ne sont ni des ondes ni des particules et non pas tantôt l'un, tantôt l'autre comme trop souvent écris. C'est pourquoi JML a proposé d'appeler ces objets des quantons, histoire d'attirer l'attention qu'il s'agit d'aure chose.

La nature profonde des quantons s'explique clairement dans le cadre de la QED.

Or, l'effet photoélectrique, la stabilité des atomes, le rayopnnement de corps noir etc, prouvent que les photons sont insécables. Par conséquent, ils sont en superposition entre les deux fentes.

Le caractère insécable de la particule n'est en rien un argument. L'expérience des trous d'Young a été reproduite avec une multitude de "particules" et donc y compris des particules composites. Il me semble (à vérifier") que l'expérience a été réalisée avec des grosses molécules comme les furrélènes.

Dans les principes l'expérience peut marcher en diffractant des flux d'éléphants.

[choenix]

re

merci a toi aussi Mariposa pour ce complément d'informations, puisque je faisais l'erreur.

par contre j'avais pas eus de réponse a celle-ci

La superposition et la dualité onde corpuscule sont donc intimement liée ?

Mais d'aprés ce que tu dis, la superposition est un "état" des objets appelés "quantons", qui n'est ni ondulatoire ni corpusculaire.

Ceci prouve donc que les objets en cause ne sont ni des ondes ni des particules et non pas tantôt l'un, tantôt l'autre comme trop souvent écris. C'est pourquoi JML a proposé d'appeler ces objets des quantons, histoire d'attirer l'attention qu'il s'agit d'autre chose.

bye

[mariposa]

Mais d'aprés ce que tu dis, la superposition est un "état" des objets appelés "quantons", qui n'est ni ondulatoire ni corpusculaire.

bye

Supposons qu 'une personne A jette un caillou dans l'eau il provoque une vague qui est une onde de surface de forme mathématique S1(x,y,t)

Supposons qu 'une personne B jette un caillou dans l'eau il provoque une vague qui est une onde de surface de forme S2 (x,y,t).

Que se passe-t-il si A et B avait jeté en même temps leur caillou. La réponse est: A eux deux ils auraient provoqués des vagues dont la forme mathématiques est S1(x,y,t) + S2(x,y,t) ce qui represente une combinaison linéaire (ou d'une manière équivalente une superposition). Quand les fréquences des ondes sont identiques on parle plus précisemment d'interférences.

En fait tous les phénomènes physiques régits par des équations différentielles linéaires aux dérivées partielles ont pour solutions des superpositions de solutions. C'est par exemple le cas des ondes électromagnétiques.

Dans l'expérience des trous Young à haute intensité chaque fente se comporte à elle seule comme l'exemple des caillous (principe de Huygens). On a donc une fente A et une fente B et le résultat en un point C quelconque c' est la superposition des 2 sources.

Ce qui devient problématique est qu' a très basse intensité (par exemple un photon par an(?) on obtiend un bip sur le détecteur et pourtant au bout de 1000 ans on récolte une figure d'interférence classique.

Donc tout se passse comme si le photon se coupait en 2 pour finalement interférer avec lui-même.

Ce n'est donc ni une particule, ni une onde c'est quelquechose de nouveau. On l'appelera provisoirement quanton, une appelation par défaut. Plus tard on montre qu'il s'agit d'une excitation élémentaire du vide électromagnétique. et là tout devient clair, pour ne pas dire évident!

[pithut]

je me demande une chose : si on arrivait, pour une raison x ou y, à mesurer le résultat indirectement; est-ce que cela changerais quelque chose : c'est à dire est-on sur que le résultat de l'expérience est fixé par l'instrument de mesure? pourquoi ne serait-il pas du tout dû simplement au fonctionnement de notre esprit.C'est à dire de la même façon qu'une illusion d'optique, qui peu faire croire à notre cerveau par exemple qu'une représentation 2D nous fasse voir une image en 3 dimension(lunettes spéciales 3D)?

[Pio2001]

Le caractère insécable de la particule n'est en rien un argument. L'expérience des trous d'Young a été reproduite avec une multitude de "particules" et donc y compris des particules composites. Il me semble (à vérifier") que l'expérience a été réalisée avec des grosses molécules comme les furrélènes.

Je pense que c'est important, sinon, on pourrait avancer l'hypothèse que la moitié du photon est passé par une fente, et l'autre moitié par l'autre fente, de sorte qu'aucune partie du photon n'a jamais été en superposition d'état.

je me demande une chose : si on arrivait, pour une raison x ou y, à mesurer le résultat indirectement; est-ce que cela changerais quelque chose

Directement ou indirectement, cela ne change rien. Cela provoque dans les deux cas l'apparition du résultat de mesure. Comme dans l'expérience EPR, où on mesure la polarisation d'un photon "à distance", en envoyant son jumeau sur un polariseur.

Quant à notre esprit, c'est une interprétation valide... mais peu fertile. On a le droit de l'adopter, mais cela ne fait pas avancer le schmilblick d'un millimètre tant qu'on ne sait pas observer un esprit sans faire intervenir un autre esprit.

[pithut]

Directement ou indirectement, cela ne change rien. Cela provoque dans les deux cas l'apparition du résultat de mesure. Comme dans l'expérience EPR, où on mesure la polarisation d'un photon "à distance", en envoyant son jumeau sur un polariseur.

dans ce cas le fait de dire que c'est l'appareil de mesure qui fait apparaitre le résultat est en partie érroné...

Quant à notre esprit, c'est une interprétation valide... mais peu fertile. On a le droit de l'adopter, mais cela ne fait pas avancer le schmilblick d'un millimètre tant qu'on ne sait pas observer un esprit sans faire intervenir un autre esprit.

tu veu dire que l'interprétation de notre esprit est juste mais inutile pour interpréter le résultat?

[Pio2001]

dans ce cas le fait de dire que c'est l'appareil de mesure qui fait apparaitre le résultat est en partie érroné...

On ne peut pas prouver que c'est faux. C'est bien l'appareil du côté A qui a fait apparaître du côté A l'état des photons A et B (non séparables).
Du côté de B rien n'est apparu. Le photon n'a pas été mesuré.

tu veu dire que l'interprétation de notre esprit est juste mais inutile pour interpréter le résultat?

On ne peut pas non plus prouver qu'elle est juste. Esprit ou appareil, cela ne change rien du tout.