La mesure en MQ

[Lévesque]

Bonjour à tous,

je sais que beaucoup n'ont aucune idée de ce qu'est le problème de la mesure en mécanique quantique. Pour ma part, je sais qu'il existe, mais j'aimerais essayer d'en cerner les subtilités au cours de cette discussion.

Pour la lancer, je vous propose la lecture d'une conférence donnée par A. J. Leggett (en Anglais malheureusement) en 2001 à la Nobel Centennial Symposia, Condensation and Coherence in Condensed Systems.

Je propose, en premier lieu, d'identifier les différents concepts présents dans le processus (ou le problème) de la mesure, et de les clarifier un par un.

Merci à tous ceux qui contriburons à clarifier le sujet pour les participants du Forum Physique.


Avec mes plus cordiales salutations,

Simon
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[Floris]

Ah je sais qu'à Nantes, il y aura une école d'été organisé par l'in2p3 et cie a propos de cette question justement. j'aispère que je pourrais venir mais le problème parfois avec toutes ces institutions c'est que c'est un peut comme la famille royale d'engleterre, il faut faire partie de la sect. Bon alé j'arette... humhum

[Lévesque]

Bonjour,

ça fait plusieurs fois que je relis le texte de Leggett. J'accroche toujours sur ça:

what matters is the qualitative idea that not one but a large number of elementary constituents are behaving quite differently in the two branches of the superposition. An important question which may be raised [5], however, is whether this “cooperation” should be achieved in the absence of appreciable interaction between the constituents (as it is in a typical EPR-type situation,for example). For present purposes I shall assume that this is not an essential ingredient, but it should be noted that if we take the opposite view then some of the experiments mentioned in the next section would be disqualified.

Juste pour clarifier... Il souhaite que, dans ses expériences, les "objets" qui doivent être en superposition d'état doivent être constitués de beaucoup de "particules élémentaires"?

Et il mentionne que ce serait difficile à réaliser sans qu'il y ait des interactions appréciables entre les objets?

Et il mentionne que, s'il y avait de telles interactions entre les "particules élémentaires" de l'objet en superposition d'état, alors certaines expériences ne pourrait plus être utilisés pour ce qu'il est en train d'essayer de montrer?

Alors, je me demande, dans ce cas, si l'expérience sur la diffraction du C-60 est disqualifiée?

Il y a de fortes interactions dans la molécule C-60? J'aimerais clarifier ce que cela change... si quelqu'un sait!

Merci,

Simon

[Chip]

J'ai lu l'article un peu rapidement... (en plus j'ai l'impression que pour vraiment l'apprécier il est nécessaire de lire l'autre article de 1980 qu'il donne en référence)

Et il mentionne que ce serait difficile à réaliser sans qu'il y ait des interactions appréciables entre les objets?

Si je comprends bien, je crois qu'il veut dire que dans le cas d'un système dont les constituants interagissent fortement, il faudrait qu'il modifie sa façon d'évaluer la "disconnectivity". Un tel système peut par exemple un comportement "bistable", c'est à dire avoir de lui-même tendance à se mettre dans l'un ou l'autre de deux états très différents. Ce serait "de la triche" en quelque sorte, du moins pour sa "disconnectivity".

Et il mentionne que, s'il y avait de telles interactions entre les "particules élémentaires" de l'objet en superposition d'état, alors certaines expériences ne pourrait plus être utilisés pour ce qu'il est en train d'essayer de montrer?

Peut-être pas, mais il faudrait peut-être modifier l'évaluation de son critère pour ces cas-là.

Alors, je me demande, dans ce cas, si l'expérience sur la diffraction du C-60 est disqualifiée?

Ça doit jouer... mais de là à la "disqualifier"...? Il faudrait vraiment lire ses autres articles pour voir précisément comment il envisage la question.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Lévesque]

D'accord et merci, je vais lire!

Une autre petite question. Leggett ne semble pas très impressionné par la décohérence. En ce sens que pour lui, cela n'explique pas vraiment pourquoi le chat n'est pas en superposition d'état.

En gros, si j'ai bien compris son argument, pour lui, dire qu'il y a décohérence est équivalent à dire qu'un objet macroscopique n'est pas en superposition d'état (ce qui est une évidence).

Il mentionne que pour la plupart du monde, l'interprétation de la MQ doit être telle qu'elle ne permet pas à un électron de choisir un fente ou l'autre dans l'exp. des 2 fente, parce qu'on observe de l'interférence. Ensuite, il dit (traduit par Lévesque)

Maintenant, quand on passe de l'échelle de l'électron à celle du chat, qu'est-ce qui a changé? Certainement que le formalisme de la MQ n'a pas changé (du moins, si on suppose que la MQ est applicable à tout ce qu'on sait à propos du monde; plus sur ça dans un moment). Tout ce que l'argument standard de la décohérence nous dit c'est que, au moins dans une situation expérimentale typique et pas spécialement imaginée, pendant qu'on monte jusqu'au niveau du chat, la possibilité d'observer de l'interférence entre (par exemple) l'état vivant et mort du chat est essentiellement nulle. Et après? Est-ce que l'annulation d'une évidence permet une réinterprétation complète du formalisme? Je ne le crois pas.

J'aimerais bien qu'un connaisseur du phénomène de la décohérence donne son avis là-dessus. La décohérence est-elle une explication, ou seulement un nom donné à un phénomène qu'on ne comprend pas?

Salutations,

Simon

[Chip]

(d'abord je précise que je ne suis pas un spécialiste de la décohérence)

Une autre petite question. Leggett ne semble pas très impressionné par la décohérence. En ce sens que pour lui, cela n'explique pas vraiment pourquoi le chat n'est pas en superposition d'état.

En gros, si j'ai bien compris son argument, pour lui, dire qu'il y a décohérence est équivalent à dire qu'un objet macroscopique n'est pas en superposition d'état (ce qui est une évidence).

Leggett insiste systématiquement dans ses articles ou discussions pour dire qu'il y a une étape qui n'est à ses yeux absolument pas licite dans le raisonnement fait habituellement : celle qui consiste à faire la trace de la matrice densité après le phénomène de décohérence proprement dit (qui est une description du processus d'intrication du système considéré avec le monde "extérieur") et interpréter la matrice densité obtenue comme une superposition statistique. Car cette opération selon lui revient à changer l'interprétation du formalisme de la mécanique quantique : pourquoi cette opération serait-elle licite, simplement sous prétexte qu'on est maintenant au niveau macroscopique et qu'on a bien envie de faire la trace de la matrice densité (sur le monde extérieur) pour retrouver le résultat que l'on cherche? Je crois qu'il est difficile de ne pas admettre qu'il y a là un point problématique!

La décohérence est-elle une explication, ou seulement un nom donné à un phénomène qu'on ne comprend pas?

Je ne suis pas spécialiste mais j'ai l'impression qu'on a parfois donné à ce terme un sens "global", recouvrant le mécanisme d'intrication avec le monde extérieur et le passage au monde "classique", alors qu'en réalité (comme insiste Leggett) ce que décrivent correctement les théoriciens qui ont fait ces avancées serait plus restreint et ne recouvrirait que la première des deux étapes (voir au-dessus). Je pense que chaverondier pourrait préciser...

Sa proposition sur les mesures de flux dans les jonctions Josephson est sûrement très intéressante car c'est une proposition concrète, mais je ne vois pas exactement ce en quoi elle consite, ni comment il obtient les inégalités associées, bref il faudrait lire son article de 1980...

[Karibou Blanc]

'aimerais bien qu'un connaisseur du phénomène de la décohérence donne son avis là-dessus. La décohérence est-elle une explication, ou seulement un nom donné à un phénomène qu'on ne comprend pas?

La décohérence est un phénomène connu et observé en laboratoire par l'équipe de Serge Haroche au moyen de ces expériences d'électrodynanique en cavité (j'ai plus les refs précises en tête). En gros la décohérence nous apprends comment un système quantique dans un état superposé est réduit vers un état propre lorsqu'il est en intéraction avec son environnement. Donc si le chat ou une partie du chat est dans un état superposé à un instant donnée, par le simple fait qu'il respire (par exemple) l'interaction avec cet environnement va le porter vers un état mort ou vivant, et ce en un temps extrèmement (extrèmement) court pour être perçu.

Il y a un formalisme assez complexe pour modéliser cette perte de cohérence qui est basé sur l'intégrale fonctionnelle et qui a été développé par Feynman et son étudiant Vernon.

KB

[Lévesque]

La décohérence est un phénomène connu et observé en laboratoire par l'équipe de Serge Haroche...

.
Je savais tout ça (sans en connaitre les détails). Tu penses quoi de la remarque de Leggett? (voir mon message et celui de chip ci-haut sur la question).

J'ai besoin de lire... Voici des liens essentiels au bon fonctionnement de mon raisonnement logique (entre autre un papier de Haroche et al):

http://parthe.lpthe.jussieu.fr/poinc...embre2005.html

Il y a un formalisme assez complexe pour modéliser cette perte de cohérence qui est basé sur l'intégrale fonctionnelle et qui a été développé par Feynman et son étudiant Vernon.

J'ai fait une recherche rapide sur google, et je trouve rien de concret comme explication sur la méthode. Si quelqu'un a de la lecture à me donner sur le sujet, je suis preneur!

Merci,

Simon

[Karibou Blanc]

Je vais essayer de retrouver mes notes de cours pour me rafraichir la mémoire. En attendant tu peux jeter un coup d'oeil à cela :

http://theoserv.phy.umist.ac.uk/~bra...es/node67.html

Ca a l'air de présenter les choses simplement.

[chaverondier]

La décohérence est un phénomène connu et observé en laboratoire par l'équipe de Serge Haroche au moyen de ces expériences d'électrodynanique en cavité (j'ai plus les refs précises en tête).

Là je suis d'accord.

En gros la décohérence nous apprends comment un système quantique dans un état superposé est réduit vers un état propre lorsqu'il est en interaction avec son environnement.

Là je ne suis plus d'accord. La décohérence est au contraire parfaitement compatible avec la dynamique quantique, dynamique qui interdit cette réduction vers un état propre de l'observable mesurée. Les faits d'observation donnent lieu à la réduction du paquet d'onde, c'est à dire l'observation d'un résultat de mesure mais, sauf interprétation des mondes multiples, la dynamique quantique de décohérence est incompatible avec ces faits d'observation. La dynamique quantique interdit au système de passer d'un état initial à un état final qui ne soit pas image de cet état initial par un opérateur d'évolution unitaire.

Pourtant cette violation d'unitarité de l'évolution est observée lorsque, par exemple, un électron passe d'un état initial de spin horizontal droit à un état de spin vertical up (suite à une mesure de son spin vertical).

Lorsqu'un système interfère avec un appareil de mesure associé à une observable, le système observé s'intrique avec l'appareil de mesure. L'appareil s'intrique à son tour avec l'environnement. L'opérateur densité réduit du système devient alors rapidement diagonal dans la base des vecteurs propres de l'observable en question (je passe sous silence les détails correspondant aux cas de valeurs propres dégénérées). Les termes extradiagonaux de l'opérateur densité réduit (modélisant les interférences entre les composantes de l'état du système observé représenté dans la base des vecteurs propres de l'observable mesurée) se mettent à tendre très rapidement vers zéro.

Avant la mesure, le système était dans un état pur (modélisé par un projecteur de rang un). Suite à la décohérence, il passe dans un état où il forme un tout inséparable avec l'appareil de mesure et avec l'environnement. Cet ensemble est encore dans un état pur, mais un état pur devenu inséparable. On peut quand même donner une information sur l'état du système en le considérant comme un système isolé, mais alors on perd l'information d'intrication.

L'opérateur densité réduit caractérisant ce pseudo-état isolé a la même forme mathématique que celle modélisant un "état" mixte (caractérisant un ensemble de systèmes qui sont dans une distribution d'états purs différents). L'opérateur densité réduit du système observé devient alors une somme pondérée de projecteurs de rang 1. Pour l'instant, tout est parfaitement compatible avec la dynamique quantique.

La mystérieuse réduction du paquet d'onde rentre alors en jeu. Le système se désintrique (sans qu'on sache comment) de l'appareil de mesure et de l'environnement en retombant dans un état propre de l'observable mesurée en parfait conflit avec la dynamique quantique de décohérence. L'opérateur densité réduit redevient (sans qu'on sache comment) celui caractérisant un état pur.

Un seul terme diagonal de l'opérateur densité réduit (opérateur diagonal obtenu à l'issue de la décohérence) survit à une hécatombe qui fait disparaître tous les autres termes diagonaux. C'est la réduction du paquet d'onde, phénomène incompatible avec la dynamique quantique, sauf à rajouter l'hypothèse métaphysique d'une séparation en mondes multiples posant, selon moi, au moins autant de problèmes qu'elle est censée en résoudre (mais il y a loin d'avoir unanimité sur ce point de vue. Voir à ce sujet la FAQ de l'interprétation d'Everett et le point de vue d'Arnold Neumaier sur cette FAQ).

Donc si le chat ou une partie du chat est dans un état superposé à un instant donné, par le simple fait qu'il respire (par exemple) l'interaction avec cet environnement va le porter vers un état mort ou vivant, et ce en un temps extrèmement (extrèmement) court pour être perçu.

Mais on ne sait pas modéliser ce phénomène. Sinon, on aurait résolu le problème de la mesure quantique.

Il y a un formalisme assez complexe pour modéliser cette perte de cohérence qui est basé sur l'intégrale fonctionnelle et qui a été développé par Feynman et son étudiant Vernon.

Je ne sais pas si cette histoire de mesure fonctionnelle est bien résolue au plan mathématique (je ne le crois pas d'après ce que j'ai pu lire, mais il faudrait retrouver les références, je ne sais pas où je les ai rangées) mais par contre ces travaux continuent d'avancer me semble-t-il. Au contraire, pour ce qui est de la réduction du paquet d'onde, de très nombreux paris sont ouverts (et si ça se trouve tout le monde à tort pour l'instant, mais bon...disons qu'on n'en sait rien).

Bernard Chaverondier

[merou]

ça fait longtemps que des mecs qui ne se sentent pas dans leur peau avec ces questions de cohérence et intrférence nous gavent de reflexions : l'interprétation de copenhague s'en tape le coquillard ! alors messieurs , puisque ça revient toujours au danemark pourquoi se casser la tete ?

[invite47fc570e]

Salut

Ce qui distingue le quantique du classique via la décohérance, c'est justement le défit scientifique auxquels nous sommes tous confronté. Le quantique a une approche de modulation statistique qui englobe toutes les probabilités possibles porté sur l'évolution d'un système quelconque. L'aspect intriqué qu'elle supporte pour chaques particuiles en interactions (ou cohérence quantique versus interférence), est englobé dans un matrice de vecteurs d'état pour y êtres approximisé par la suite, le but est de se conformer à la physique (aux comportements) classique et ceci à travers la mécanique du formalisme de la décohérence. Tout cette conversion a pour but d'approximiser l'interprétation mathématique des différents modèles en vigueurs à la réalité objetive qui est observé.

En quantique, nous sommes face a une limites interprétative sur le comportement et le mouvement réelle des particules (entre autres le nombres de dimensions) ! Ainsi l'intervale ou l'interface qui existe entre l'état intriquer (plusieurs états possible) et la physique classique de notre réalité macroscopique, stipule ou démontre cette limite réelle d'interprétation !

Réduction du paquet d'onde dans un vecteur d'état, oui, mais comment en réalité s'effectut-il !

Gilles

[chaverondier]

Puisque ça revient toujours au Danemark pourquoi se casser la tete ?

Une méthode souvent efficace pour savoir quel est l'intérêt d'un fil consiste à le lire. Cf

.http://parthe.lpthe.jussieu.fr/poinc...embre2005.html

Très intéressant. On m'avait effectivement parlé du séminaire Poincaré de novembre 2005 sur la décohérence, mais pas de l'accessibilité en ligne des conférences qui s'y sont déroulées. Par contre, je n'ai pas pu accéder au pdf de S. Haroche et J.M. Raymond du séminaire Poincaré objet du lien ci-dessus.

Bernard Chaverondier

[Chip]

le lien est http://parthe.lpthe.jussieu.fr/poinc...re2005/jmr.pdf (avec "jmr" à la fin au lieu de "rmr")...