Décohérence = double vie ?

[invite21c5008d]

Bonjour
Si je tire toutes les conséquences de la décohérence, elle implique que nous-mêmes ne cessons de décohérer, donc que nous existons à deux moments successifs de l'espace-temps, dans l'état quantique de nos atomes et dans leur état décohéré, deux moments séparés par une fraction de seconde ?
Mais est-ce que, "au moins", histoire de s'y retrouver un peu, cet intervalle est fixe pour tous nos atomes ? Que, dans la mesure où la vitesse de la décohérence dépend de la taille du système, chacun de nos atomes est informé du nombre de ses partenaires dans notre organisme, sait qu'appartenant à un organisme humain, il doit décohérer à telle vitesse, alors que chez un chat ou un chien, il décohérerait à une autre ?
Et, autre question, sait-on si la décohérence est un processus qui engage l'ensemble de nos atomes en même temps, si nous existons tout entiers à un instant quantique A, et à un instant décohéré B, ou bien si chaque atome décohère quand il veut, donc dans une sorte de brouillage généralisé ?
Merci de vos lumières.
-----

[deep_turtle]

Bonjour,

Si je tire toutes les conséquences de la décohérence, elle implique que nous-mêmes ne cessons de décohérer, donc que nous existons à deux moments successifs de l'espace-temps, dans l'état quantique de nos atomes et dans leur état décohéré, deux moments séparés par une fraction de seconde

Heu... Je ne vois pas pourquoi tu écris ça, le phénomène de décohérence n'a rien à voir avec ce que tu dis. Que l'on existe à deux moments successifs, c'est déjà vrai en physique classique. Et la décohérence n'introduit pas cette « fraction de seconde » que tu mentionnes !

[chaverondier]

Sait-on si la décohérence est un processus qui engage l'ensemble de nos atomes en même temps ?

La décohérence est un phénomène qui engage tous les systèmes non isolés. Elle n'a donc de sens que vis à vis de la notion de système.

La définition d'un système repose sur le choix d'une frontière d'isolement, donc sur le choix fait par un observateur aux yeux duquel ce découpage système observé/reste du monde (genre chat/reste du monde par exemple) présente un caractère pertinent (eu égard à la façon dont cet observateur acquière, enregistre, traite et échange de l'information sur le monde qui l'entoure).

[invite21c5008d]

Merci de vos réponses. Voici en deux mots ce que j'ai compris, ou cru comprendre, et que j'ai sûrement mal expliqué dans ma question.
Un atome, ou tout système, possède un état quantique, caractérisé par une superposition intérieure d'états, qui explique certaines propriétés de la matière (les couleurs, la conductibilité ?), et un comportement classique, qui explique d'autres propriétés. Si ces deux états sont fonctionnels et observables à tout instant, cela suppose qu'ils coexistent dans la matière, de même que la physique quantique coexiste avec la physique classique.
Le passage de l'état quantique au comportement classique, la décohérence, est due aux interactions de l'atome, ou du système, avec son environnement, qui détruisent, brouillent les interférences quantiques du système, et sa superposition d'états intérieurs, donc lui font adopter un comportement classique. (Peut-on dire que l'état quantique est un état individuel d'un système, et l'état décohéré un état collectif ?)
Cette destruction des interférences possède un temps donné, elle n'est pas instantanée : d'après ce que j'ai lu, sa vitesse augmente avec la taille du système, un chat, qui comporte 10 puissance 27 particules, décohère en 10puissance - 23 secondes (c'est pourquoi, pour essayer d'observer la décohérence, on choisit un système de plus petite taille qu'un chat).
Voilà ce que je voulais dire par "exister dans deux états différents, séparés par une fraction de seconde" : notre organisme, comme tout système, n'existe-t-il pas à la fois, au même instant, dans un état quantique, où nos atomes sont dans une superposition intérieure d'états d'énergie, nos particules dans plusieurs positions à la fois, et dans un comportement classique, celui où s'appliquent les lois sûres de la physique classique ? Ces deux états, ou comportements, différents, étant séparés par un intervalle de 10 puissance - X secondes, déterminé par la taille de cet organisme, le nombre de particules qui le constituent ? Et la décohérence, étant liée aux interactions de chacun des atomes avec son environnement, n'est-elle pas un processus permanent dans notre organisme, comme dans tout système, expliquant que tous les objets puissent avoir à la fois des propriétés quantiques et des propriétés classiques ? Enfin, si la vitesse de cette décohérence, dans un objet macroscopique, augmente avec la taille du système, n'y a-t-il pas une frontière qui n'est pas seulement une question de choix de l'observateur d'isoler un système plus ou moins grand, mais une frontière objective, définissant le nombre d'atomes constituant le système et qui interagissent entre eux - qui, en interagissant d'autant plus qu'ils sont plus nombreux, expliqueraient que les interférences quantiques soient brouillées d'autant plus vite ?
Pardon pour les approximations scientifiques, et merci beaucoup de prendre deux minutes pour me répondre, car j'aimerais vraiment comprendre. Je promets, pour le remercier de sa peine, l'envoi d'une bouteille de champagne à celui qui aura la patience de m'expliquer tout cela en quelques mots.

[A voir en vidéo sur Futura]

[chaverondier]

Un atome, ou tout système, possède un état quantique, caractérisé par une superposition intérieure d'états, qui explique certaines propriétés de la matière (les couleurs, la conductibilité ?), et un comportement classique, qui explique d'autres propriétés.

Admettre que certains systèmes puissent posséder un comportement intrinsèquement classique devient une hypothèse de plus en plus douteuse. Plus on avance dans la compréhension et dans l'observation des effets quantiques et plus on s'aperçoit qu'il peut s'en produire à des échelles de plus en plus macroscopiques.

Par ailleurs, dire qu'un système quantique est dans un état quantique superposé, ne veut rien dire. Par exemple, un électron dans un état de spin vertical pur vers le haut est dans un état quantique non superposé vis à vis d'un Stern et Gerlach à axe vertical. Il est au contraire dans un état quantique superposé (spin à droite plus spin à gauche) vis à vis d'un Stern et Gerlach à axe horizontal. Un système quantique peut donc être dans un état quantique non superposé dans la base Hilbertienne associée à une observable et dans un état quantique superposé dans la base Hilbertienne associée à une autre observable.

N'y a-t-il pas une frontière qui n'est pas seulement une question de choix de l'observateur d'isoler un système plus ou moins grand, mais une frontière objective, définissant le nombre d'atomes constituant le système et qui interagissent entre eux - qui, en interagissant d'autant plus qu'ils sont plus nombreux, expliqueraient que les interférences quantiques soient brouillées d'autant plus vite ?

C'est l'hypothèse d'existence d'une frontière classique-quantique objective (cad indépendante de toute notion d'observateur). Cette frontière hypothétique classique-quantique s'appelle la coupure de Heisenberg de la chaîne infinie de Von Neumann.

Pour l'instant, plus les observations s'affinent et plus la plausibilité de l'existence d'une frontière classique-quantique objective supposée s'amenuise (et ce d'autant plus que l'existence d'une telle frontière nous permettrait, certes, de sauver l'hypothèse d'existence d'une réalité extérieure possédant des propriétés physiques objectives, mais violerait le principe de relativité du mouvement).

[invite21c5008d]

l'existence d'une telle frontière nous permettrait, certes, de sauver l'hypothèse d'existence d'une réalité extérieure possédant des propriétés physiques objectives, mais violerait le principe de relativité du mouvement).

Merci de ta réponse. Pour un profane, la phrase "sauver l'hypothèse d'existence d'une réalité extérieure possédant des propriétés physiques objectives" laisse évidemment rêveur - je constate ces propriétés physiques objectives à chaque instant autour de moi...

[deep_turtle]

Mais il y a une grande différence entre "constater un phénomène tous les jours" et en avoir une description physique. On observe tous les jours, depuis loooongtemps, que les objets lâchés tombent par terre, mais c'est un grand succès de la physique que de comprendre le phénomène de gravitation !

Pour la physique quantique, c'est encore plus satisfaisant d'obtenir une explication physique de ce qui nous paraît évident : notre intuition est profondément classique, au sens non-quantique, et ce qui nous semble évident a priori n'est pas forcément compatible avec la physique quantique -- laquelle est totalement en accord avec de nombreux faits expérimentaux, contrairement à la physique classique ! Si on peut concilier les deux, on est content...

C'est, je crois, le sens de la remarque de Chaverondier qui t'a fait réagir.

[invite21c5008d]

Mais il y a une grande différence entre "constater un phénomène tous les jours" et en avoir une description physique.

Bien sûr, je comprends bien la différence entre l'hypothèse au sens scientifique, qui a un sens méthodologique, et au sens courant, qui a un sens ontologique, mettant en doute la réalité d'un phénomène; j'ai répondu cela pour jouer les Candide (que je suis). Mais justement, ce qui m'intéresse, en physique comme en biologie (où, là aussi, le monde tel que nous le connaissons devient de plus en plus une hypothèse, dans les deux sens du terme, une "hypothèse hypothétique" à partir d'un aléatoire originel de plus en plus envahissant), c'est d'essayer de comprendre, depuis le monde réel, ce qui pourrait prolonger la réalisation effective de ces hypothèses (voire les avoir appelées à se réaliser, si l'on croit à une forme quelqconque d'Esprit), soit les forces qui restent à l'oeuvre dans le monde réel, utilisant un principe d'incertitude comme moteur essentiel - et auxquelles on pourrait essayer de raccrocher ce même principe d'incertitude, à l'oeuvre notamment dans la réalité quantique, qui a conduit à la certitude que nous connaissons du monde réel.

[GillesH38a]

La décohérence n'est pas un phénomène arrivant brutalement a un moment précis : c'est un phénomène progressif se faisant dans un ordre de grandeur de temps. C'est comme battre un jeu de carte et se demander a quel moment il devient "mélangé". Au début, il restera un ordre partiel mais qui deviendra inobservable au bout de quelques (une dizaine) de "battements".

Cordialement

Gilles

[invite21c5008d]

Merci de ta réponse. Mais y a-t-il bel et bien, comme je l'ai lu, un principe d'accélération de la décohérence, donc de raccourcissement de cette grandeur de temps, proportionnelle à la taille du système concerné - et, dans ce cas, qu'est-ce qui délimite la taille du système en question ?

[GillesH38a]

Merci de ta réponse. Mais y a-t-il bel et bien, comme je l'ai lu, un principe d'accélération de la décohérence, donc de raccourcissement de cette grandeur de temps, proportionnelle à la taille du système concerné - et, dans ce cas, qu'est-ce qui délimite la taille du système en question ?

la encore, c'est progressif : plus il y a de particules en jeu, plus la décohérence est rapide ((il faudrait d'ailleurs plutot parler de degrés de libertés couplés, c'est le couplage qui est important : un faisceau laser a un grand nombre de photons cohérents mais il a temps de cohérence long, parce qu'ils ne sont pas en interaction).
pour prendre un exemple qui vaut ce qui vaut, plus y a de gens qui parlent en meme temps, plus c'est difficile d'entendre ce qu'ils disent .
Cordialement

Gilles

[Pio2001]

Un atome, ou tout système, possède un état quantique, caractérisé par une superposition intérieure d'états

L'ensemble de ces états pouvant être d'amplitude nulle sauf un. C'est alors un état "classique".

Si ces deux états sont fonctionnels et observables à tout instant,

Un état superposé n'est pas observable, car l'acte d'observer provoque automatiquement le passage à un état classique.

Cette destruction des interférences possède un temps donné, elle n'est pas instantanée : d'après ce que j'ai lu, sa vitesse augmente avec la taille du système, un chat, qui comporte 10 puissance 27 particules, décohère en 10puissance - 23 secondes

Voilà ce que je voulais dire par "exister dans deux états différents, séparés par une fraction de seconde"

En fait, notre organisme est en permanence dans un état classique, jamais dans un état superposé.
Pour cela il faudrait qu'il soit isolé du reste de l'univers pendant au moins 10^-23 secondes.
Et vu le rayonnement thermique permanent qui nous bombarde de myriades de photons, même dans le vide intersidéral, c'est impossible. On est en permanence maintenus dans un état de décohérence "presque" complet.

[invite21c5008d]

En fait, notre organisme est en permanence dans un état classique, jamais dans un état superposé.
Pour cela il faudrait qu'il soit isolé du reste de l'univers pendant au moins 10^-23 secondes.
Et vu le rayonnement thermique permanent qui nous bombarde de myriades de photons, même dans le vide intersidéral, c'est impossible. On est en permanence maintenus dans un état de décohérence "presque" complet.

Merci de ta réponse. Mais alors, comment expliquer, si l'état superposé n'est pas maintenu, que la matière possède, à l'état naturel et non pas forcé comme dans le cas du laser, des propriétés qui ne s'expliquent que par la physique quantique (comme l'existence des couleurs, ou la conductibilité différente des matériaux, si j'ai bien compris) ? Ce "presque complet" suffit ?

[GillesH38a]

L'ensemble de ces états pouvant être d'amplitude nulle sauf un. C'est alors un état "classique".

euh, non, ce serait un état pur, pas un état classique. Justement le problème est qu'on ne sait pas du tout définir précisément ce qu'est un état classique. Un état intriqué pur , projeté sur un sous-ensemble de coordonnées, n'est plus pur mais est représenté par une matrice densité (obtenue par l'opération de trace partielle) Prenons par exemple un état singulet de deux particules corrélées : si on ne regarde qu'une des particules, on la décrira par une superposition statistique (incohérente) de spins +1/2 et - 1/2, quel que soit l'axe de projection. Ce n'est PAS un état pur car il n'est vecteur propre d'aucun opérateur de spin, c'est un état statistique non polarisé. A-t-on le droit de parler de "l'état" de cette particule ? Non.
La question maintenant est : pour le monde "réel", jusqu'ou va la "pureté" de l'état et jusqu'ou va la description statistique? a quel point les particules sont-elles corrélées, y a t-il une limite ou la corrélation s'arrete et ou demarre l'état statistique?

la réponse est : on ne sait pas. On ne sait pas définir exactement a quel moment une superposition cohérente se "brise" en états classiques, il n'y a pas de critère clair...

[invité576543]

Bonjour,

(...)Ce n'est PAS un état pur car il n'est vecteur propre d'aucun opérateur de spin

J'ai lu récemment qu'il y avait toujours une possibilité de trouver une base dans lequel la matrice densité est diagonale. Du coup la notion d'état pur semble dépendre de l'opérateur choisi, non? Cela rend la notion d'état pur encore plus différente de celle d'un état classique, qui est diagonal pour tous les opérateurs.

Cordialement,

[chaverondier]

J'ai lu récemment qu'il y avait toujours une possibilité de trouver une base dans lequel la matrice densité est diagonale. Du coup la notion d'état pur semble dépendre de l'opérateur choisi, non? Cela rend la notion d'état pur encore plus différente de celle d'un état classique, qui est diagonal pour tous les opérateurs.

Non. Il n'y a pas d'ambiguïté sur la notion d'état quantique pur. Un état quantique pur c'est un état quantique aussi bien connu qu'il est possible de le connaître et un « état » quantique mixte est un état quantique mal connu.

Mathématiquement, quand il est représenté par un opérateur densité, un état quantique pur se caractérise par le fait qu'il s'agit d'un projecteur de rang 1. La matrice densité associée à cet opérateur est donc diagonale dans toute base hilbertienne dont l’un des vecteurs orthonormés est le vecteur d'état associé à cet état pur (et cette matrice contient un seul terme diagonal non nul).

Quand, dans une base Hilbertienne où la matrice densité de l’opérateur densité est diagonale, plus d'un terme diagonal est non nul, alors « l’état » représenté par cet opérateur est un état mixte, c'est à dire un état quantique mal connu. L’entropie S = -rho ln (rho) de cet état, où rho désigne l'opérateur densité associé à cet état mixte, est alors strictement positive (car on dispose d'une information incomplète sur cet état quantique).

Par ailleurs, on confond souvent état mixte (état quantique non pur, cad mal connu) et état quantique superposé. Or un état quantique superposé n'est pas un état mixte. C'est un état quantique pur (il est parfaitement connu).

De plus, la notion d'état quantique superposé ne veut rien dire en elle-même. Ce n'est pas une notion absolue, mais une notion relative au choix d'une observable. L'état quantique de spin vertical vers le haut d'un électron est non superposé vis à vis de l'observable de spin vertical.

Ce même état quantique est au contraire un état quantique superposé vis à vis de l'observable de spin horizontal (un spin vertical pur vers le haut est aussi un état quantique pur superposé de spin horizontal droit superposé à un spin horizontal gauche). Cela traduit simplement le fait mathématique suivant : un vecteur parfaitement connu d’un espace vectoriel donné peut avoir une seule ou au contraire plusieurs composantes non nulles selon que la base choisie contient ou pas un vecteur de base qui lui est proportionnel.

[GillesH38a]

Bonsoir Mmy

J'ai lu récemment qu'il y avait toujours une possibilité de trouver une base dans lequel la matrice densité est diagonale. Du coup la notion d'état pur semble dépendre de l'opérateur choisi, non? Cela rend la notion d'état pur encore plus différente de celle d'un état classique, qui est diagonal pour tous les opérateurs.

Cordialement,

Un état pur n'est pas caractérisé par une matrice densité diagonale , mais par une matrice densité egale à son carré C'est une condition indépendante de la base bien sur. (C'est trivialement vérifié dans une base dont un vecteur est l'état pur, comme le propose Bernard : en fait elle est non seulement diagonale dans cette base, mais tres simple : c'est juste un seul 1 sur la diagonale et des zéros partout ailleurs).

Cordialement

Gilles

[invité576543]

Bonjour,

Un état pur n'est pas caractérisé par une matrice densité diagonale , mais par une matrice densité égale à son carré C'est une condition indépendante de la base bien sur.

OK. C'est l'expression "matrice densité" que j'ai interprété de travers.

Cordialement,