Propriété intrinsèque/état physique défini localement

[Lévesque]

Bonjour,

je me demande ce qu'est la différence entre une propriété intrinsèque et un état physique défini localement.

Par exemple, le spin. La propriété intrinsèque, est-ce (i) un électron est un objet qui a un spin, où bien est-ce plus précis (ii) cet électron a comme propriété intrinsèque un spin up selon z. En gros, je me demande si "propriété intrinsèque" est une caractéristique de la particule (i), ou bien si ça défini son état (ii). Je doute que ce soit clair, mais bon... Peut-être comme ça:

Est-ce que propriété intrinsèque est équivalent à état physique défini localement? Sinon, quelle est la différence?

Aussi, si le spin peut être une propriété intrinsèque (i ou ii), quelle est sa différence avec la masse (au repos), disons comme autre propriété intrinsèque d'un type de particules?


Merci,



Simon
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[Lévesque]

Bon, je continue pour attirer des réponses

Bell a montré que l'observation de corrélations entre des particules ne peut pas être expliquée par une théorie qui attribue seulement des états physiques définis localement à ces particules.

Peut-on remplacer états physiques définis localement par propriété intrinsèque? Ce qui donnerait:

L'observation de corrélations entre des particules ne peut pas être expliquée par une théorie qui attribue seulement des propriétés intrinsèques à ces particules [il faut, en plus, ajouter des propriété du système global].

Je ne sais toujours pas si mon questionnement est clair, enfin, je l'espère...


Simon

[Rincevent]

salut,

pas de "vraie réponse", mais quelques commentaires :

L'observation de corrélations entre des particules ne peut pas être expliquée par une théorie qui attribue seulement des propriétés intrinsèques à ces particules [il faut, en plus, ajouter des propriété du système global].

cette phrase me plaît moyen en ce sens où si tu prends deux particules chargées newtoniennes en interaction, on ne peut déjà plus dire qu'une théorie "qui attribue seulement des propriétés intrinsèques" décrit le système : l'interaction dépend dans ce cas de la distance qui n'est pas une propriété intrinsèque. Or, ce que dit l'observation de corrélation va plus loin que ça....

m'enfin, je pense que je perçois ton point de vue/argument et faut que j'y réfléchisse plus... je laisse quand même cette réponse (même si pas super utile à mon goût) pour que tu saches que tu parles pas dans le vide...

Aussi, si le spin peut être une propriété intrinsèque (i ou ii), quelle est sa différence avec la masse (au repos), disons comme autre propriété intrinsèque d'un type de particules?

la différence que je ferais entre les deux est assez minime... toutes deux sont nécessaires pour caractériser de manière unique une représentation du groupe de Poincaré. La seule différence, c'est que le vecteur spin habite un espace qui n'est pas assimilable à celui de Minkowski alors que l'énergie-impulsion, si... mais bon, y'a pas nette coupure entre les deux comme les caractéristiques de l'espace de spin dépendent de celles de l'espace-temps....

la charge électrique me semble une propriété beaucoup plus "intrinsèque"... mais là je m'éloigne beaucoup de ta question initiale

[spi100]

L'observation de corrélations entre des particules ne peut pas être expliquée par une théorie qui attribue seulement des propriétés intrinsèques à ces particules [il faut, en plus, ajouter des propriété du système global].

Tu veux dire une variable cachée ?
Pour ce que je comprends de la démo de Bell, elle montre que l'on ne peut pas décrire un système quantique par la donnée d'une loi de probabilité P(a,b,c,...) avec (a,b,c des propriétés intrinsèques d'une particule) car ce type de description n'introduit pas une "corrélation" assez forte entre les particules d'un même système. Jusque là ça va, et je suis convaincu par les démos que j'ai lu.
Là où je coince un peu, c'est lorsque l'on dit que la démo de Bell montre qu'il n'y a pas de variables cachées. Je ne vois où apparait la réfutation de cette hypothèse dans les démos de Bell

[A voir en vidéo sur Futura]

[spi100]

Aussi, si le spin peut être une propriété intrinsèque (i ou ii), quelle est sa différence avec la masse (au repos), disons comme autre propriété intrinsèque d'un type de particules?

Comme Rincevent,
En théorie des champs, une particule est définie comme étant une représentation irréductible du groupe de Poincaré (définition de Wigner). Or une réprésentation irréductible est étiquetée de façon univoque par deux paramètres : la masse et ... le spin.
On peut donc les placer aux mêmes niveaux d'importances pour l'electron car ces deux paramètres font bien partie de sa définition.

[Lévesque]

L'observation de corrélations entre des particules ne peut pas être expliquée par une théorie qui attribue seulement des propriétés intrinsèques à ces particules [il faut, en plus, ajouter des propriété du système global].

Tu veux dire une variable cachée ?

Le côté variables cachés, c'est plutôt la partie que j'ai remplacé par "propriété intrinsèque", c'est-à-dire états physique défini localement. Ce que la phrase dit, disons dans une immense métaphore, c'est que l'observation du comportement de deux cellules humaines ne peut pas s'expliquer seulement par les propriétés de ces cellules (leur état physique défini localement), il faut tenir compte du fait qu'elle appartiennent à un système plus grand: le corps humain. Mais en fait, c'est pire que ça. On pourrait avoir un système S composé de deux électrons. Or, on ne peut expliquer tous les comportements des deux électrons si on ne tient pas compte aussi des caractéristique du système global S. Par exemple, on décrirait normalement le système S comme étant composé de deux électrons, ayant chacun un masse m, et une composante de spin s (variables cachées locales). Or, peut importe le nombre de caractéristique que tu donnes aux électrons, tu ne sauras reproduire théoriquement la corrélation observée expérimentalement. Tu dois, en plus, ajouter des propriétés globales. Par exemple, tu dois tenir compte de la composante du spin du système global S. Si ce spin est, disons, nul selon z, alors il le restera tant qu'on ne fera pas de mesure. Sachant cela, je peux mesurer la composante selon z du spin d'une seule particule, et en même temps déterminer exactement quelle est la composante de spin de la seconde particule [1]. En mesurant le spin selon z de la particule 1 (je force la particule à faire un choix up ou down), j'obtiens, disons, up. Alors, à cause de la propriété de spin globale, la seconde particule aligne instantanément (peut importe la distance) sa composant selon z down. Voilà l'effet non-local. Parce que le spin individuel de chaque particule (variable caché) dépend du spin global, agir localement sur une des particules agit aussi non-localement sur l'autre particules (variables cachées non-locales).

C'est parce que j'ai supposé que les particules se propagent dans l'espace, avec un spin et une trajectoire bien déterminé (mais inconnu) que la description en est une en terme de variables cachées.


Simon


[1] Dans la théorie de Bohm, par exemple, le spin se manifeste par un mouvement circulatoire autour de la direction du spin. Avant la mesure, les particules n'ont pas de mouvement circulatoire et donc, ne possèdent pas la propriété de spin. C'est l'interaction avec le champ B qui crée le mouvement circulatoire, cad qui donne la propriété de spin. Le plus fou, c'est qu'en mesurant le spin sur une des deux particules, on la force à acquérir un mouvement circulatoire. Mais à cause de la corrélation, instantanément, peut-être à l'autre bout de l'univers, la seconde particule se mets en mouvement circulatoire, malgré qu'aucun champ n'agisse directement sur elle. Tout cela est "caché" parce que tu ne peux pas vérifier si c'est vraiment le cas, ou bien de la pure fantaisie. Imagine-toi en train d'essayer de détecter les effets de la mise en mouvement circulatoire de la seconde particule sans toi-même lui induire le mouvement... Pour réaliser à quel point ce serait difficile, il suffit de réaliser que cela trancherais entre Bohm et MQ orthodoxe.

[chaverondier]

Là où je coince un peu, c'est lorsque l'on dit que la démo de Bell montre qu'il n'y a pas de variables cachées. Je ne vois où apparait la réfutation de cette hypothèse dans les démos de Bell

Et tu coinces à juste titre. Ce que la démo de Bell prouve c'est qu'il ne peut y avoir de variables cachées locales [1]. Sauf interprétation des mondes multiples, l'hypothèse du déterminisme de la mesure quantique et celle de la relativité du mouvement sont incompatibles. L'hypothèse de variables cachées contextuelles donnant lieu à une interprétation déterministe de la mesure quantique est par contre compatible avec la violation des inégalités de Bell (mais donne lieu à une interprétation explicitement non locale de la mesure quantique en violation du principe de relativité du mouvement).

Le no_communication theorem, apportant la preuve d'une impossibilité de mettre à profit la non localité quantique pour transmettre instantanément de l'information, repose d'ailleurs implicitement sur l'hypothèse d'une impossibilité de biaiser le hasard de la mesure quantique [2]

Bernard Chaverondier

[1] Hidden Variables and Nonlocality in Quantum Mechanics, Douglas L. Hemmick, Rutgers University, Mathematical Physics.
http://www.intercom.net/~tarababe/DissertPage.html

[2] La mécanique quantique statistique interdit toute communication instantanée d'information par effet EPR, http://perso.wanadoo.fr/lebigbang/epr.htm

[spi100]

Et tu coinces à juste titre. Ce que la démo de Bell prouve c'est qu'il ne peut y avoir de variables cachées locales [1].

Oui, maintenant je pense comprendre à peu près. L'hypothèse de Bell est que les mesures faites sur les deux particules sont corrélées car tout se passe comme si elles s'étaient mises d'accord avant de se séparer. En des termes moins anthropocentriques, il y a un paramètre intrinsèque à la particule dont la théorie ne tient pas compte, ce qui donne:
- l'impression de mesure aléatoire : tout dépend de la valeur prise par le paramètre cachée, on peut par exemple supposer que les différentes valeurs prises sont équiprobables.
- L'instantanéité de la corrélation : en fait les résultats étaient décidés avant la mesure.

Maintenant ce paramètre caché peut ne pas être intrinsèque mais extrinsèque, on abandonne l'hypothèse de localité mais on peut espérer sauver le déterminisme. Néanmoins, si j'ai bien compris bien sûr, ce qui me gêne, c'est que dans les faits, après mesure sur une des parties du système, les parties sont alors complètement décorrélées. Je ne vois pas pourquoi cette variable extrinsèque assurant la corrélation, devrait disparaitre après mesure. Alors qu'avec la réduction du paquet d'onde, c'est parfaitement clair.

[chaverondier]

Maintenant ce paramètre caché peut ne pas être intrinsèque mais extrinsèque,

Envisager une interprétation déterministe à variables cachées de la mesure de spin horizontal d'un électron (dans un état de spin vertical up avant la mesure par exemple), consiste à supposer que le choix d'une polarisation horizontale droite plutôt qu'une polarisation horizontale gauche à l'issue de la mesure le spin dépend
* de l'état quantique exact du Stern et Gerlach qui réalise la mesure,
* de l'état quantique exact du champ électromagnétique de son entrefer,
* de l'état quantique exact de l'environnement avec lequel ils interagissent (1).

On abandonne l'hypothèse de localité mais on peut espérer sauver le déterminisme.

Comme je le rappelais précédemment (dans une discussion avec Bardamu sur la téléportation quantique)
* si l'on adopte l'hypothèse selon laquelle la mesure quantique présente un indéterminisme de nature thermodynamique statistique, lié à la méconnaissance des causes à l'origine de ce hasard quantique apparent (un peu comme dans un jeu à pile ou face),
* si on envisage la possibilité d'agir sur les causes supposées du hasard de la mesure quantique (et de modifier ainsi les statistiques des résultats de mesure quantique),
alors il devient envisageable de biaiser le hasard du choix de la fameuse clé qui code l'information quantique transmise instantanément dans une expérience de téléportation quantique par exemple. Du coup, plus besoin de transmettre la clé à vitesse inférieure ou égale à la vitesse de la lumière pour compléter l'envoi instantané d'information.

ce qui me gêne, c'est que dans les faits, après mesure sur une des parties du système, les parties sont alors complètement décorrélées. Je ne vois pas pourquoi cette variable extrinsèque assurant la corrélation...

Il n'y a pas de variable extrinsèque assurant la corrélation. La corrélation est assurée par le fait que l'état quantique du couple de particules EPR corrélées n'est pas un état produit (2). Les variables cachées supposées (l'état quantique du champ gravitationnel intriqué avec le système observé et avec l'appareil de mesure quantique ?) permettent seulement de déterminer le résultat de la mesure quantique.

Dans le cas d'un couple de photons de polarisations EPR corrélées par exemple, une fois la mesure quantique de polarisation réalisée d'un côté ou de l'autre, l'état du couple de photons retombe dans un état produit. Dans cet état, une mesure ultérieure de polarisation sur un photon n'a pas d'incidence sur l'état quantique de polarisation de l'autre.

Bernard Chaverondier

(1) Fond de rayonnement gravitationnel inclus car j'ai tendance à le considérer comme témoin principal dans l'affaire des choix quantiques censés être sans cause.

(2) Un état EPR corrélé d'un couple de systèmes est une somme de produits tensoriels d'état quantique de chaque système.

[Lévesque]

L'observation de corrélations entre des particules ne peut pas être expliquée par une théorie qui attribue seulement des propriétés intrinsèques à ces particules [il faut, en plus, ajouter des propriété du système global].

cette phrase me plaît moyen en ce sens où si tu prends deux particules chargées newtoniennes en interaction, on ne peut déjà plus dire qu'une théorie "qui attribue seulement des propriétés intrinsèques" décrit le système : l'interaction dépend dans ce cas de la distance qui n'est pas une propriété intrinsèque. Or, ce que dit l'observation de corrélation va plus loin que ça....

La différence provient du fait que "état physique définie localement" tient compte (entre autre) de la position, tandis que "propriété intrinsèque" n'en tient pas compte?

J'ai l'impression que l'état physique défini localement est seulement une expression pour "ensemble des propriétés intrinsèques". Mais du coup, il y a assurément des variables qui entrent dans la définition complète de l'état, lesquelles ne sont surement pas des propriétés intrinsèques. Peut-être est-ce là une piste de réponse...