Classique vs quantique

[Oss118]

Bonjour,
Voici ma question. On insiste souvent sur la différence entre les phénomènes classiques et les phénomènes quantiques. On peut lire ici et là que tel objet est purement quantique alors que tel autre est classique.
Quel est en définitif la différence entre quelque chose de classique et quelque chose de quantique?
-----

[invite21348749873]

Bonjour,
Voici ma question. On insiste souvent sur la différence entre les phénomènes classiques et les phénomènes quantiques. On peut lire ici et là que tel objet est purement quantique alors que tel autre est classique.
Quel est en définitif la différence entre quelque chose de classique et quelque chose de quantique?

Bonjour
Une quantité est dite quantique quand sa valeur exprimée dans les unités habituelles MKSA est de l'ordre de 10^(-34) ou inférieure.

[maxwellien]

Bonjour, ou dit différemment une quantité qui est de l'ordre de la constante de Planck

[stefjm]

Bonjour
Une quantité est dite quantique quand sa valeur exprimée dans les unités habituelles MKSA est de l'ordre de 10^(-34) ou inférieure.

[/QUOTE]
Valable pour l'action, mais cela m'étonnerait que ce soit vrai pour toutes les grandeurs.

Bonjour, ou dit différemment une quantité qui est de l'ordre de la constante de Planck

Donc une action...

[A voir en vidéo sur Futura]

[deyni]

Classique = "quelque chose de materielle", elle s'utilise sur les points matérielle.

Exemple: la classique n'explique pas pourquoi lorsqu'on chauffe une cuillière elle rougit.
Quantique les phénomènes sont quantifiés. Les energies par exemple prennent des valeurs bien définies.

[albanxiii]

Bonjour,

Quel est en définitif la différence entre quelque chose de classique et quelque chose de quantique?

Contrairement aux réponses déjà données, je vais essayer de ne pas donner dans le farfelu...

Un phénomène classique est expliqué par la physique classique.
Un phénomène quantique ne le peut pas, et il est expliqué par la physique quantique.
C'est un peu circulaire, certes, mais je n'ai pas trouvé mieux.

@+

[Nicophil]

Bonjour,

Prenons l'analogie avec la granularité, la pixellisation d'une photo : en zoomant au niveau microscopique, la physique des milieux continus n'est plus valide.

[invite02232301]

Bonjour,
Dans la bouche d'un physicien matheux ca veut souvent dire une opposition entre qqch de nature non commutatif (le quantique) vs commutatif (le classique).
Exemple: les groupes quantiques par opposition aux groupes classique.
Mais cela peut aussi qualifier certains objets qui sont des "deformations" d'autres.

Sinon je ne pense pas qu'il soit possible ou souhaitable de fixer une definition ancrée dans la roche.

[invite6754323456711]

C'est un peu circulaire, certes, mais je n'ai pas trouvé mieux.

Pour moi c'est une présentation assez pertinente, a l’exception que je remplacerais plutôt "explication" par "prédiction" indépendamment du langage mathématique formel pour l'exprimer (ce qui différencie la physique des mathématiques).

Patrick

[jacquolintégrateur]

Bonsoir
Un système est "quantique":
- dés que les variables canoniques conjuguées intervenant dans les équations qui en expriment la dynamique ne peuvent être mesurées ou déterminées simultanément avec une précision aussi élevée que les conditions de l'expérience ou les possibilités du calcul le permettent et que les écarts types correspondants satisfont, de ce fait, aux relations d'incertitude de Heisenberg.
- cette situation étant assortie de l'indiscernabilité de deux représentants quelconques du système considéré. Cette conditions interdit de faire deux mesures des deux variables canoniques conjuguées du "même" système: les informations obtenues par un radar Doppler sont soumise à "une relation d'ambiguité" ayant presque la même forme que les relations d'incertitude mais un avion n'en est pas pour autant un objet quantique !! I l est toujours possible d'effectuer deux observation sur le même avion, l'une non ambiguë en vitesse et l'autre non ambiguë en distance. Il n'est pas possible de faire une mesure de vitesse et une mesure de position sur un électron car on ne peut être certain qu'il s'agit du même électron !!
Cordialement

[invite6754323456711]

Un système est "quantique":

La non commutativité n'est pas le privilège de la "réalité quantique". Un système est ce que nous en conceptualisons pour rendre de compte des mesures que nous construisons

Patrick

[jacquolintégrateur]

La non commutativité n'est pas le privilège de la "réalité quantique". Un système est ce que nous en conceptualisons pour rendre de compte des mesures que nous construisons

Bonsoir
Je n'ai pas mentionné la non-commutativité: Celle-ci est un théorème , conséquence de la substitution d'opérateurs (linéaires et Hermitiques) aux variables canoniques. On démontre, par ailleurs, que les relations d'incertitude résultent immédiatement de la non commutativité. Naturellement, tout ce formalisme a été construit par ajustements successifs, pour traduire les faits d'expérience.
Cordialement

[chaverondier]

Quel est en définitive la différence entre quelque chose de classique et quelque chose de quantique?

La différence la plus marquante est la suivante :

• Quand j'ai une connaissance maximale de l'état classique d'un système, je sais prédire parfaitement le résultat que va me donner n'importe quelle mesure. De plus, en soignant les conditions de mesure, je sais obtenir ce résultat de mesure en perturbant aussi faiblement que je le souhaite l'état classique de ce système.
• Quand j'ai une connaissance maximale de l'état quantique d'un système, je peux toujours trouver des grandeurs dont je ne sais pas prédire le résultat de mesure (plus exactement, je ne sais prédire que des statistiques de résultats de mesure). De plus, quand je procède à la mesure d'une telle grandeur, je modifie complètement l'état quantique du système.

D'un point de vue mathématique,

• Une algèbre d'observables (modélisant les résultats d'observation d'un système à une échelle où il peut être considéré comme) classique est une algèbre commutative. Cela modélise le fait que le résultat de mesure de deux grandeurs classiques ne dépend aucunement de l'ordre des mesures (si je choisis bien mes conditions de mesure). On peut associer à une telle algèbre, via la construction de Gelfand Neimark Segal, une variété qui s'avère être l'espace des états de mouvement du système classique observé (une notion plus conforme à la relativité que celle d'espace de phase). L'algèbre classique en question est alors l'algèbre commutative des fonctions continues sur cet espace.
• Une algèbre d'observables quantique est non commutative (le résultat de mesure de deux grandeurs quantiques peut dépendre de l'ordre des mesures). On peut lui associer, via cette même construction, un espace de Hilbert vis à vis duquel cette algèbre s'avère être l'espace des opérateurs (bornés, ça suffit) sur cet Hilbert.

On constate donc que la notion d'algèbre est plus générale que celle d'espace (de variété). C'est la base de ce qu'on appelle la géométrie non commutative (cf les travaux d'Alain Connes).

[jacquolintégrateur]

....des opérateurs (bornés, ça suffit)

Bonjour
Cela tient à ce, qu'en pratique, on a souvent affaire à des ensembles discrets de valeurs observables: les "valeurs propres" (et les états propres associés) des opérateurs quantiques (par exemple, les niveaux d'énergie d'un atome isolé). Théorème de Kellog, je crois me souvenir: "Tout opérateur auto-adjoint, compact, possède un spectre, au plus, dénombrable".
Cordialement

[invite21348749873]

Bonjour
Je pense que Oss118 qui ne semble plus être là, a une vision claire de la différence quantique /classique.

[mariposa]

Bonjour,
Voici ma question. On insiste souvent sur la différence entre les phénomènes classiques et les phénomènes quantiques. On peut lire ici et là que tel objet est purement quantique alors que tel autre est classique.
Quel est en définitif la différence entre quelque chose de classique et quelque chose de quantique?

Bonjour,


Il faut souligner du point expérimental (ou de l'observation) l'échelle du phénomène (microscopique ou macroscopique). C'est seulement a très petite échelle de distance que l'on peut observer un phénomène quantique (ce qui est en fait très rare).

A contrario tous les phénomènes quelque soit l'échelle relève en dernier ressort de la MQ. Illustrons cela sur un exemple:

On sait que la propagation de la lumière dans un milieu dielectrique est caractérisée par une vitesse de propagation qui vaut c/n ou n est l'indice du milieu. On utilise cette propriété pour faire des lentilles, par exemple. Nous avons ici une grandeur classique qui relève de l'optique régie par les équations de Maxwell. Il s'agit bien de physique classique. Néanmoins la physique classique est incapable d'expliquer la valeur numérique de l'indice. Seule la MQ peut le faire.

2 autres exemples très simples: La physique classique ne peut pas expliquer pourquoi il existe des conducteurs et des isolants. La physique classique ne peut pas expliquer non plus le diametre d'une étoile a neutrons. C'est la MQ qui peut expliquer cela.

En dernier ressort tous les phénomènes sont quantiques. Le problème est de savoir si la description classique est suffisante pour expliquer un phénomene au regard d'une question posée: Pour un ingénieur opticien le concept d'indice optique suffit en lui-même, la MQ est totalement inutile.

[gatsu]

Bonjour,


Il faut souligner du point expérimental (ou de l'observation) l'échelle du phénomène (microscopique ou macroscopique). C'est seulement a très petite échelle de distance que l'on peut observer un phénomène quantique (ce qui est en fait très rare).
A contrario tous les phénomènes quelque soit l'échelle relève en dernier ressort de la MQ. Illustrons cela sur un exemple:

On sait que la propagation de la lumière dans un milieu dielectrique est caractérisée par une vitesse de propagation qui vaut c/n ou n est l'indice du milieu. On utilise cette propriété pour faire des lentilles, par exemple. Nous avons ici une grandeur classique qui relève de l'optique régie par les équations de Maxwell. Il s'agit bien de physique classique. Néanmoins la physique classique est incapable d'expliquer la valeur numérique de l'indice. Seule la MQ peut le faire.

2 autres exemples très simples: La physique classique ne peut pas expliquer pourquoi il existe des conducteurs et des isolants. La physique classique ne peut pas expliquer non plus le diametre d'une étoile a neutrons. C'est la MQ qui peut expliquer cela.

En dernier ressort tous les phénomènes sont quantiques. Le problème est de savoir si la description classique est suffisante pour expliquer un phénomene au regard d'une question posée: Pour un ingénieur opticien le concept d'indice optique suffit en lui-même, la MQ est totalement inutile.

Assez d'accord avec toi et albanxii sauf qu'il est toujours délicat d'avancer un truc du type "ceci est impossible en physique classique". Même dans le cas de la difference conducteur/isolant, on pourrait imaginer un modèle classique de transport des électrons avec une friction statique impliquant qu'une certaine valeur de champ électrique est nécessaire pour amorcer le mouvement des électrons (l'origine de cette friction statique pourrait etre le fait que l'électron est lié à un noyau et il faut que le travail du champ électrique lui permette dans un premier temps de se libérer de cet état lié).
Même la quantification des "orbites" d'un état lié n'est pas impossible classiquement comme cela a été très bien montré dans les manips d'Yves Couder d'hydrodynamique.
De mon point de vue, les distinctions strictes entre classique et quantique lorsqu'on observe un phénomène donné sont très rares; il faut que le phénomène en question viole un théorème très général pour que cela fasse sens.
Un exemple est celui du théorème de Bohr-van Leeuwen qui stipule qu'il ne peut pas y avoir de phénomènes magnétiques dans un matériau classique à l'équilibre sujet à des fluctuations thermiques seulement, donc si on l'observe en pratique soit les prémices ne sont pas respectés, soit l'origine du phénomène est ailleurs; et il se trouve que la MQ donne une explication plus que satisfaisante au magnétisme observé à l'équilibre (par contre la théorie dynamo, qui s'intéresse à l'origine du champ magnétique terrestre, est classique et est l'exemple typique ou en fait l'un des prémices est faux et où le mouvement du ferrofluide n'est pas soumis qu'à de l'agitation thermique et est en permanence hors équilibre).
Montrer l'existence d'une violation des inégalités de Bell, lorsque c'est possible est aussi plus que bienvenu mais n'est applicable que lorsqu'on a des états intriqués.

Enfin, la discrimination mathématique basée sur les relations de commutations proposée plus haut est valide mais uniquement lorsqu'on peut sonder la matière à très petite échelle dans un laboratoire, ce qui n'est pas toujours le cas si on s'intéresse à un phénomène macroscopique. Par ailleurs, comme déjà évoqué plus haut dans mon message, il existe des réalisations classiques de couplage entre gouttes et ondes à la surface d'un liquide (réalisation de l'onde pilote de Bohm en somme) qui conduisent de façon effective à ces relations de commutation non nulles.

Bref, je pense que dans la majorité des cas, il faut se lever de bonne heure pour affirmer avec 100% de certitude qu'un phénomène est d'origine quantique et non classique (en sachant que je mets Bohm du coté classique puisqu'on peut réaliser les aspects les plus simples de sa théorie avec des objets macroscopiques).

[Nicophil]

On a aussi :
- classique : prédictions déterministes.
- quantique : prédictions probabilistes.

[gatsu]

On a aussi :
- classique : prédictions déterministes.
- quantique : prédictions probabilistes.

seulement à l'échelle microscopique

[Oss118]

En fait je me posais la question suite a la lecture de plusieurs discussions ici. Par exemple sur le spin et je n'arrivais pas a faire clairement une demarcation quantique- classique, et dans la discussion les deux points de vue coexistaient. Du coup je me demandais quelle etait la distinction.

[chaverondier]

En fait je me posais la question suite a la lecture de plusieurs discussions ici, par exemple sur le spin, et je n'arrivais pas a faire clairement une demarcation quantique-classique, et dans la discussion, les deux points de vue coexistaient. Du coup je me demandais quelle etait la distinction.

La question du spin est un peu délicate car il a été découvert dans le cadre de la physique quantique, mais sa base est relativiste donc essentiellement de nature classique. Le spin est, avec l'énergie propre, l'un des deux casimirs des particules relativistes élémentaires (modélisées par les représentations irréductibles du groupe de Poincaré). Il s'agit, par définition, de deux grandeurs invariantes par action du groupe de Poincaré. Les spin est donc un objet de la géométrie relativiste (cf structure of dynamical systems, a symplectiv view of physics, Jean Marie SOURIAU, éditions Birkhäuser, § the principles of symplectic mechanics, Relativistic mechanics, equation (13.110)).

Je cite Jean Marie SOURIAU dans PHYSIQUE ET GÉOMÉTRIE http://www.jmsouriau.com/Publication...sEtGeo1982.pdf

La formulation symplectique subsiste dans le cas des particules à spin (voir le §7) ; [mais] les équations classiques du mouvement de ces objets (Bargman-Michel-Telegdi) n’ont été écrites et utilisées que longtemps après leur description quantique.

Le groupe G = SE(3) des déplacements euclidiens [le groupe combinant les translations et les rotations dans l'espace euclidien 3D] possède un groupe d’homotopie H à deux éléments – l’identité et la symétrie P ; le revêtement universel G' de G est donc différent de G. [il s'agit du produit semi-direct du groupe des translations par SU(2) (le groupe spécial unitaire sur C^2, revêtement universel du groupe des rotations SO(3)).]

Les objets matériels qui ressemblent le plus aux « points mathématiques » sont évidemment les particules de la microphysique ; or l’expérience montre qu’il en existe deux espèces, gérées soit par la géométrie classique du groupe G, soit par la super-géométrie du groupe G' ; on les appelle respectivement bosons (particules de spin entier) et fermions (particules de spin demi-entier).

Par contre, ce qui est vraiment typique de la mécanique quantique, c'est l'information quantique et quelques propriétés et effets typiquement quantiques

• les particules indiscernables
• l'effet tunnel
• le principe d'exclusion de Pauli
• l'intrication quantique et la violation des inégalités de Bell (la non localité quantique)
• l'impossibilité de cloner un état quantique
• la possibilité de téléporter un état quantique en détruisant lors de cet opération toute information sur l'état téléporté (1)

et d'une façon plus générale l'information quantique avec :

• ses qbits,
• ses no-go theorem
• sa "tension" avec la localité et avec la causalité, tension liée à une interprétation illégitime de l'état quantique comme la modélisation intersubjective d'un objet physique, diront majoritairement ceux qui travaillent sur la question, cf, par exemple, Quantum Information and Relativity Theory Asher Peres, Daniel R. Terno http://arxiv.org/abs/quant-ph/0212023)

These so-called paradoxes originate solely from an incorrect interpretation of quantum theory. The latter is thoroughly pragmatic and, when correctly used, never yields two contradictory answers to a well posed question. It is only the misuse of quantum concepts, guided by a pseudo-realistic philosophy, that leads to paradoxical results...
In this review we shall adhere to the view that ρ is only a mathematical expression which encodes information about the potential results of our experimental interventions.

Ces tensions sont particulièrement illustrées par

• une vitesse de groupe supraluminique lors du franchissement de barrières tunnel (Superluminal phase and group velocities: A tutorial on Sommerfeld's phase, group, and front velocities for wave motion in a medium, with applications to the "instantaneous superluminality" of electrons,Raymond Chiao http://arxiv.org/abs/1111.2402)
• l'expérience dite du choix retardé http://strangepaths.com/lexperience-...2007/03/20/fr/
• l'interprétation rétrocausale de l'indéterminisme de la mesure quantique (l'état quantique d'un système à un instant donné est déterminée par la donnée d'un état antérieur ET d'un état futur) et ses "weak probabilities" négatives associées, cf
  • le "three box paradox" : Experimental Realization of the Quantum Box Problem K.J. Resch, J.S. Lundeen and A.M. Steinberg, http://arxiv.org/abs/quant-ph/0310091v1
    

    specifically, we have observed weak probabilities of +1 for rails A and B and a weak probability of −1 for rail C

  • le paradoxe de Hardy : Experimental joint weak measurement on a photon pair as a probe of Hardy's Paradox, J. S. Lundeen, A. M. Steinberg, http://arxiv.org/abs/0810.4229v1
    

    In the context of weak measurements, the resolution of this problem [Hardy's paradox] lies in the fact that weak valued probabilities are not required to be positive definite [5], and so a negative occupation N(OE and OP) = −76% is possible, preserving the probability sum rules.

  • A time-symmetric formulation of quantum mechanics, Yakir Aharonov, Sandu Popescu, and Jeff Tollaksen
    http://jamesowenweatherall.com/SCPPR..._TimeSymQM.pdf

Et un point de vue contraire sur ces considérations d'interprétation délicates
A Very Common Fallacy in Quantum Mechanics: Superposition, Delayed Choice, Quantum Erasers, Retrocausality, and All That, David Ellerman http://arxiv.org/pdf/1112.4522.pdf

Dans Quantum Information and Relativity Theory par exemple, Asher Peres estime que les probabilités négatives obtenues quand on fait subir une symétrie T à l'une des deux parties d'un système composé de deux parties constituent une preuve que cette possibilité n'est pas physique.

If we have two systems, it is physically meaningless to reverse the direction of time for only one of them. One can write a formal expression for this impossible process, but the resulting “density matrix” is unphysical because it may have negative eigenvalues (Peres, 1996).

Il estime ainsi, semble-t-il, qu'une probabilité négative ne peut pas être une notion physique généralisant la notion mathématique plus restrictive de probabilité. Les distributions dites de quasi-probabilité de Wigner, par exemple, généralisent pourtant bien la notion de distribution de probabilités sur l'espace des phases d'un système classique. Elles étendent la modélisation à des états non classiques tels qu'un état quantique de quelques photons dans une cavité microonde par exemple. Leur négativité quand elle à lieu est d'ailleurs la marque du caractère non classique de l'état d'un système mésoscopique (tel qu'un état à un photon dans une cavité microonde par exemple).

(1) La téléportation de l'état quantique d'une particule P d'Alice vers Bob s'obtient

• en utilisant un couple de particules quantiques intriquées A et B, une pour Alice et une pour Bob respectivement,
• la particule P confiée à Alice dont on veut téléporter l'état sur la particule B détenue par Bob
• une mesure dite de Bell réalisée par Alice sur le couple de particules formé de sa particule A et de la particule P dont elle veut téléporter l'état
• un transfert d'information classique destiné à Bob sur le résultat de la mesure de Bell réalisée par Alice
• une transformation unitaire réalisée par Bob sur l'état de la particule B selon le résultat de la mesure de Bell obtenu par Alice