Voilà (enfin) mon analyse. Deux questions à la fin. Mais allez-y, donnez-vous en à coeur joie. Flambez moi
Voici une expérience de pensée que j'ai imaginé récemment. Je suis tombé là-dessus en réinterprétant l'expérience de Young à l'aide de l'interprétation relationnelle des états relatifs. C'est une variante de l'expérience et je me suis relu deux fois car j'ai cru que le résultat était idiot !
Notons qu'on n'a pas besoin de cette interprétation pour comprendre. L'expérience a pour but de voir si le processus de réduction est physique ou pas. Par exemple, les interprétations "sans réduction" clament que la réduction n'est qu'apparente.
Ce type de résultat n'est pas incompatible avec la version habituelle de Copenhague affirmant que la réduction n'est qu'une mise à jour des connaissances. Et elle peut être incompatible avec certaines versions des mondes multiples qui prônent une "division" à chaque interaction.
Je donne le principe général et laisse l'écriture détaillée avec le formalisme de la MQ au soin des curieux. Ce n'est pas difficile mais un peu lourd et long (ce message l'est déjà bien assez) bien qu'instructif (son principal intérêt est de montrer comment le regroupement des termes d'une superposition dans une base donnée, selon ce qu'on mesure, donne des résultats forts différents).
Mesure sans perturbation
Commençons par un préliminaire simple mais indispensable car on lit trop souvent qu'une mesure perturbe forcément un système microscopique "tellement fragile". Ce n'est pas nécessairement vrai. En tout cas pas au sens où on l'entendrait, par exemple, en physique classique (il s'agit d'une confusion entre une "véritable" perturbation qui modifie l'état d'un système, tel que donné par l'évolution unitaire, et la réduction).
Considérons un système S mesuré par un observateur O. "Observateur" pris ici au sens large (expérimentateur humain, appareil de mesure, système quelconque, particule) et "mesure" également (toute interaction modifiant l'état de l'observateur).
Le schéma de von Neumann d'une expérience de mesure idéale est alors :
Et si S est dans un état superposé :
avant réduction, bien sûr.
On dit aussi que O et S sont mis en corrélation.
On peut douter de ce résultat pour des observateurs macroscopiques mais certainement pas microscopiques, c'est une base élémentaire de la MQ. Et c'est dans ce sens que je l'emploie ici.
Expérience de Young
On considère une expérience habituelle avec, par exemple, des électrons. On fait passer un électron à la fois et on note la distribution des impacts sur la cible.
Si on mesure par quelle fente passent les électrons, alors la figure d'interférence est détruite. Mais si on ne mesure pas par où passent les électrons, on observe une figure d'interférences.
Observateur microscopique
Un "observateur" microscopique regarde par quelles fentes passent les électrons. En fait, O se met en corrélation avec l'état des électrons "fente 1" ou "fente 2" et se retrouve dans un état superposé (pour celui qui veut écrire le détail).
Par microscopique on entend suffisament petit pour ne pas se décohérer (trop vite) car cela implique une interaction avec l'environnement et donc avec l'expérimentateur, ce serait une mesure "implicite".
Du point de vue de l'expérimentateur aucun changement, l'observateur microscopique (et l'électron avec) est simplement dans un état superposé.
L'observateur microscopique compte les endroits où l'électron frappe la cible (encore une corrélation et une augmentation du nombre de termes de la superposition) et vérifie s'il y a des franges d'interférence Il lui suffit d'observer une zone où les électrons arrivent rarement (quand on a des interférences) et de comptabiliser suffisamment de cas (cette comptabilisation est un regroupement de termes, une mise en corrélation d'un "compteur" avec un ensemble de termes) selon les fentes par où passent les électrons.
Après "suffisament" d'électrons, l'expérimentateur vérifie qu'il y a des franges d'interférences puis "interroge" (mesure) l'observateur microscopique sur ce qu'il a constaté au niveau des interférences avec comme résultat : "non, il n'y a pas de franges d'interférence !!!!!". Le résultat contradictoire constaté n'est qu'apparent (il ne faut pas oublier que l'observateur microscopique est dans un état superposé, il y a un regroupement des termes dû au "comptage" et ce qu'on mesure c'est le résultat final, le "compteur", et pas le détail des impacts constatés par l'observateur, sinon, ça ne marche plus) mais il est particulièrement amusant (je trouve).
Conclusion
Cette expérience montre donc qu'un observateur (microscopique) peut constater une réduction et ses conséquences sans qu'il y ait réellement réduction (physique). Ce résultat s'étend (si on admet le schéma de von Neumann pour tout observateur et le fait que la décohérence n'est qu'une interaction banale avec l'environnement) à tout système et toute mesure.
Je trouve ce résultat en soit plus intéressant que le coté contre-intuitif de l'expérience (on n'a certainement pas fini d'imaginer des expériences quantiques avec de tels résultats contre-intuitif !) car ce coté "bizarre" disparaît vite quand on creuse un peu.
Remarques
- Une telle expérience serait très intéressante à effectuer. Pas seulement à cause de son résultat bizarre (les deux observateurs confrontent leurs résultats et sont en désaccord pour la même expérience !) Mais parce qu'elle peut éliminer certaines interprétations.
- Tel quel, elle est irréalisable. L'observateur microscopique est trop complexe et effectue trop de tâche pour être concevable en tant que système microscopique insensible à la décohérence. C'est "théoriquement" réalisable mais "pratiquement" pas.
Questions
- Que pensez-vous de cette expérience ? En particulier, pensez-vous que j'ai commis une erreur et pourquoi ? (c'est toujours possible ! Et tant que je suis le seul à avoir fait l'analyse il me reste un petit doute )
- Auriez-vous une idée d'une variante ou d'une adaptation qui rendrait l'expérience de pensée plus proche d'une version qui pourrait réellement être implémentée en pratique ?
(non pas que j'aie l'intention ou les moyens d'effectuer une telle expérience mais telle qu'elle, elle est assez artificielle)
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