Physique quantique : pourquoi faite compliqué quand on peut faire simple ?

[thejoker]

Bonsoir à tous,

Une petite question que je me pose depuis que je fais de la physique quantique, dont le principe de superposition d'état est assez difficilement imaginable. Je n'ai jamais compris pourquoi on ne pouvait pas plutôt voir les choses autrement.

En effet, on considère que le système est réellement dans une superposition d'états, et que quand on fait une mesure, on perturbe le système qui se retrouve ensuite uniquement dans l'état qui correspond à la mesure qu'on a faite.

Mais pourquoi on ne pourrait pas considérer tout simplement que le système est tout le temps dans un état précis, mais qu'on ne le connait pas, et lorsque qu'on fait une mesure pour le connaitre, eh bien voilà on le connait, tout simplement. Ce serait tout de même moins farfelu !...

Par exemple pour le chat de Schrodinger, la physique quantique nous dit que dans sa boite (quand on le voit pas) il est à la fois mort et vivant, et que quand on ouvre la boite pour regarder, hop! il devient soit uniquement mort, soit uniquement vivant. Ne pourrait-on pas plutôt considérer que quand il est caché dans sa boite, il est soit uniquement mort, soit uniquement vivant (on ne le sait pas), et quand on ouvre la boite, du coup on a une chance sur 2 de le trouver mort et une chance sur deux de le trouver vivant ? Et avant d'ouvrir la boite, comme on ne sait pas s'il est mort ou vivant, mais seulement qu'il a 1/2 chance d'être mort et 1/2 chance d'être vivant, on le représenterait par |chat> = (probabilité d'être mort)*|mort> + (probabilité d'être vivant)*|vivant> = 1/2*|mort> + 1/2*|vivant> (c'est pas normalisé mais c'est juste pour le principe), mais SANS DIRE qu'il est les 2 à la fois ! On dirait qu'en vrai il est dans l'un des deux états, mais qu'on sait pas lequel.

Ce serait une théorie qui devrait aboutir aux mêmes constatations expérimentales au moment de la mesure (ie. l'ouverture de la boite), mais qui serait moins farfelue...

Pourquoi n'est-ce pas possible de considérer les choses comme ça ?

Merci d'avance pour vos éclaircissements.
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[Hermillon73]

Bonsoir à tous,

Une petite question que je me pose depuis que je fais de la physique quantique, dont le principe de superposition d'état est assez difficilement imaginable. Je n'ai jamais compris pourquoi on ne pouvait pas plutôt voir les choses autrement.

En effet, on considère que le système est réellement dans une superposition d'états, et que quand on fait une mesure, on perturbe le système qui se retrouve ensuite uniquement dans l'état qui correspond à la mesure qu'on a faite.

Mais pourquoi on ne pourrait pas considérer tout simplement que le système est tout le temps dans un état précis, mais qu'on ne le connait pas, et lorsque qu'on fait une mesure pour le connaitre, eh bien voilà on le connait, tout simplement. Ce serait tout de même moins farfelu !...

Par exemple pour le chat de Schrodinger, la physique quantique nous dit que dans sa boite (quand on le voit pas) il est à la fois mort et vivant, et que quand on ouvre la boite pour regarder, hop! il devient soit uniquement mort, soit uniquement vivant. Ne pourrait-on pas plutôt considérer que quand il est caché dans sa boite, il est soit uniquement mort, soit uniquement vivant (on ne le sait pas), et quand on ouvre la boite, du coup on a une chance sur 2 de le trouver mort et une chance sur deux de le trouver vivant ? Et avant d'ouvrir la boite, comme on ne sait pas s'il est mort ou vivant, mais seulement qu'il a 1/2 chance d'être mort et 1/2 chance d'être vivant, on le représenterait par |chat> = (probabilité d'être mort)*|mort> + (probabilité d'être vivant)*|vivant> = 1/2*|mort> + 1/2*|vivant> (c'est pas normalisé mais c'est juste pour le principe), mais SANS DIRE qu'il est les 2 à la fois ! On dirait qu'en vrai il est dans l'un des deux états, mais qu'on sait pas lequel.

Ce serait une théorie qui devrait aboutir aux mêmes constatations expérimentales au moment de la mesure (ie. l'ouverture de la boite), mais qui serait moins farfelue...

Pourquoi n'est-ce pas possible de considérer les choses comme ça ?

Merci d'avance pour vos éclaircissements.

Bonjour,

Une telle conception parait difficilement compatible avec les phenomenes d'oscillations d'un etat a l'autre. Donc, il me semble que votre hypothese est juste invalidee par des constatations experimentales.

Cordialement.

[david_champo]

Bonjour

Bonjour,

Une telle conception parait difficilement compatible avec les phenomenes d'oscillations d'un etat a l'autre.

Quels phénomènes d'oscillations ?

[doul11]

bonjour,

Pourquoi n'est-ce pas possible de considérer les choses comme ça ?

il faut faire attention a la signification d'une équation et a l'interprétation que l'on peut en faire, c'est la tout le problème de la MQ.

la superposition ne veut pas dire "être dans plusieurs états en même temps" mais que l'état du système est une combinaison linéaire des états propres , on peut se représenter l'espace de Hilbert de l'état du chat : avant mesure le vecteur d'état ce trouve quelque part entre les deux états propres |mort> et |vivant> donc |chat>=p1|mort> + p2|vivant> et on sait ou est le vecteur avec les probabilité |p1|² et |p2|².

la superposition est l'état du chat avant la mesure, ce qui est troublant c'est que l'on ne peut mesurer que des état propres, c'est là que les problèmes arrivent : l'interprétation de la MQ

la superposition marche bien, si ça ne vous convient pas vous pouvez toujours essayer de trouver une autre théorie, bon courage

[A voir en vidéo sur Futura]

[david_champo]

Bonjour,

Je suis entièrement d'accord avec doul11.

[chaverondier]

Pourquoi on ne pourrait pas considérer tout simplement que le système est tout le temps dans un état précis, mais qu'on ne le connaît pas, et lorsque qu'on fait une mesure pour le connaître, eh bien voilà on le connaît, tout simplement. Ce serait tout de même moins farfelu !

La raison, avec un grand R, c'est le phénomène d'interférence. Un état superposé (dans une base donnée, la notion d'état superposé n'est pas une notion absolue. Elle dépend de ce que l'on observe) se manifeste par le fait qu'il peut donner lieu à des phénomènes d'interférence.

Quand, par exemple, un rayonnement pourtant émis et absorbé de façon discrète (par quanta) peut évoluer selon "deux chemins" et que l'on ne dispose pas d'un moyen permettant de savoir par "quel chemin" le quanta (le quanton diront certains) est passé, les deux chemins interfèrent. Cela signifie que ce ne sont pas les probabilités de passer par un chemin ou par un autre qui s'ajoutent, mais les amplitudes de probabilité (les probabilités étant le carré des amplitudes de probabilité) du moins tant qu'on ne dispose pas d'information (dite which way) précisant le chemin par lequel de "quanton" est passé.

Pour les fans des symboles mathématiques et des équations, la même chose dite de façon un peu plus lourde et détaillée :

Pour un système quantique dans un état quantique initial noté |I>, la probabilité d'évoluer vers un état final noté |F> est le carré p = |<F|I>|² d'un nombre complexe (le carré de sa norme pour être plus précis) appelé amplitude de probabilité, notée <F|I>, d'évoluer de l'état quantique |I> vers l'état quantique |F>

Si l'évolution de |I> à |F> peut se faire en passant :

• soit par l'état intermédiaire |e1>
• soit par l'état intermédiaire |e2>

alors :

• Si l'on dispose d'une possibilité de savoir par lequel de ces deux états intermédiaires le système est passé (information dite which way, enregistrée de façon thermodynamiquement irréversible par un détecteur) alors ce sont les probabilités
  p1 = |<F|e1><e1|I>|² d'évoluer de l'état |I> vers l'état |F> en passant par |e1>
  p2 = |<F|e2><e2|I>|² d'évoluer de l'état |I> vers l'état |F> en passant par |e2>
  qui s'ajoutent.
  
  La probabilité p d'évoluer de |I> à |F> vaut :
  p = p1+p2
  
  Le quanton se comporte comme une particule
  .
  .
• Si l'on ne dispose d'aucune possibilité de savoir par lequel de ces deux états intermédiaires le système est passé (pas de création d'entropie associée à un enregistrement dans un appareil de mesure macroscopique au passage du système par l'un des deux états) alors ce sont les amplitudes de probabilité qui s'ajoutent.
  
  a1 = <F|e1><e1|I> d'évoluer de l'état |I> vers l'état |F> en passant par |e1>
  a2 = <F|e2><e2|I> d'évoluer de l'état |I> vers l'état |F> en passant par |e2>
  
  On a alors, pour la probabilité p d'évoluer de |I> vers l'état |F> :
  p = |a1 + a2|²
  
  Le "quanton" se comporte comme une onde, du moins tant qu'il n'est pas détecté (par exemple par un écran dans le cas emblématique de l'expérience des fentes de Young)

Pour plus de détails voir, par exemple, mécanique quantique, de Feynman, éditions DUNOD, Chapitre 3, amplitudes de probabilité.

PS : il existe bien une façon de voir les choses un peu comme tu l'envisages (c'est une idée de David Bohm) mais

• d'une part elle n'est pas très naturelle car elle exige une onde ET une particule.
• d'autre part on peut faire émerger la notion de particule d'une vision totalement "ondulatoire" ("l'ondulation" se propageant dans un espace mathématique approprié au système quantique considéré). Les particules sont en fait des excitations de champs. La vision classique, c'est à dire la notion d'espace-temps exprimant sous une forme mathématique notre intuition classique de pouvoir localiser précisément des évènements) émerge statistiquement (sans que nous en ayons vraiment conscience) de notre position d'observateur macroscopique et des limitations d'accès à l'information ayant cours à notre échelle d'observation.

Ces limitations d'accès à l'information (modélisées par le second principe de la thermo) restent incontournables (pour encore un bon moment en tout cas) puisque l'information que nous acquérons émerge systématiquement d'un appareil de mesure macroscopique. Il réalise un enregistrement irréversible créant de l'entropie en sacrifiant les informations non classiques pour conserver une information classique résistant aux agressions de l'environnement (notamment les constantes du mouvement).

[KilyBurny]

Bonjour,

c'est pas en observant des chats dans des boîtes qu'on a déduit ce résultat! D'autres expériences, comme les fentes de Young, ont conduit à cette théorie.

[Deedee81]

Salut,

c'est pas en observant des chats dans des boîtes qu'on a déduit ce résultat! D'autres expériences, comme les fentes de Young, ont conduit à cette théorie.

On ne peut pas te donner tort
Quoi-que.... (ne dit-on pas que les chats sont des extraterrestre ?, c'est peut-être eux qui nous ont soufflé cette théorie )

Ceci dit, les bases expérimentales initiales ce n'est pas Young qui se décrit très bien avec la théorie ondulatoire de la lumière (et à l'époque il n'était pas encore possible de le faire avec des électrons).

Les bases c'est :
- le spectre des atomes
- la structure de l'atome (expériences de Rutherford, entre autre)
- Le rayonnement de corps noir
- l'effet photo-électrique

Young avec des électrons a par contre un caractère pédagogique puissant (voir le cours de Feynman).

[Les Terres Bleues]

Mais pourquoi on ne pourrait pas considérer tout simplement que le système est tout le temps dans un état précis, mais qu'on ne le connait pas, et lorsque qu'on fait une mesure pour le connaitre, eh bien voilà on le connait, tout simplement.

C'est tout à fait possible, mais tu constateras sans difficulté que ta proposition relève déjà de l'interprétatif.

Une nouvelle preuve du caractère quantique du monde (pas ultra-récente mais pas très vieille non plus) qui intéressera peut-être certains.

Cordiales salutations.