Réduction du paquet d'onde et flèche du temps

[chaverondier]

Prenons l’exemple d’une désintégration, une désintégration radioactive a un caractère bien réel et il n’est pas lié à la mesure il me semble.

Si, il faut bien détecter les produits de la désintégration.

Dois-je comprendre que sans la mesure, la MQ ne contiendrait pas de paradoxe ?

C'est ça, mais on peut éliminer tout paradoxe en adoptant (si on arrive à y croire) l'approche épistémique proposée par ROVELLI avec son interprétation relationnelle de la mesure quantique.

Je suis un peu perdu, merci si tu peux m’éclairer.

Ben c'est difficile car je ne sais pas trop quoi croire moi non plus. En fait, rien ne me convient vraiment bien (dans le cas inverse, j'aurais déserté ces discussions depuis longtemps). Par ailleurs, le point de vue selon lequel ces questions seraient sans intérêt au prétexte qu'elles seraient extrêmement difficiles, voir impossible (en tout cas à ce jour) à mettre sous une forme scientifiquement réfutable au sens de Popperien ne me convainc pas vraiment non plus.
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[invité576543]

Par ailleurs, le point de vue selon lequel ces questions seraient sans intérêt au prétexte qu'elles seraient extrêmement difficiles, voir impossible (en tout cas à ce jour) à mettre sous une forme scientifiquement réfutable au sens de Popperien ne me convainc pas vraiment non plus.

Hmm... Pour moi ces questions ont un intérêt, et ce même (et peut-être parce que) j'ai du mal à voir comment on peut éviter de passer par des affirmations non réfutables.

Sur ce dernier point, où le raisonnement suivant faillit-il ?

1- Toute mesure, toute observation donc, fait partie d'une chaîne de van Neumann;

2- Aucun humain n'a jamais observé ni n'observera de chaîne de von Neumann n'impliquant pas un humain;

3- Le principe de réfutation de Popper exige une observation (tout test inclut une observation), et ce par l'entité qui cherche à réfuter.

4- Dans le cadre de cette discussion (et de la science construite par les humains) l'entité cherchant à réfuter est un humain.

5- La phrase "il est possible qu'une chaîne de von Neumann ne passe pas par un humain" n'est pas réfutable par un humain.

Cette non réfutabilité est d'origine logique. Elle n'a pas grand chose à voir avec la physique, mais tout avec la notion de réfutation, à la logique interne de cette notion.

Sur cette base, ma position est

- d'admettre l'existence de chaîne sans humain;
- d'exiger que la physique traite de telles chaînes, même si ça ne sert à rien en pratique;
- d'utiliser l'argumentation ci-dessus pour répondre à ceux qui considèrent que la conscience est nécessairement impliquée dans la mesure.

Les humains et la conscience humaine ne sont particularisés uniquement en conséquence du fait que la science est par essence la connaissance d'êtres connaissant, et, plus particulièrement pour nous, d'humains.

Cette particularisation est une conséquence logique, au sens de la logique des logiciens, des notions de science, et cela apparaît en épistémologie, en particulier avec la réfutation poppérienne.

Admettre l'impossibilité logique d'un discours parfaitement "scientifique" sur l'observation n'interdit pas de prendre comme postulat les chaînes de von Neumann ne passant par un humain (i.e., la possibilité d'observateurs que nous n'observerons jamais) et de demander que le formalisme les prenne en compte.

Et ce tout en ayant pleine conscience qu'on introduit ainsi un loup dans la bergerie poppérienne : il me semble que savoir que le loup est là permet de le circonscrire, de le gérer en pleine connaissance de cause, plutôt que l'ignorer et s'interdire ainsi de savoir quand il peut nuire au discours.

Par ailleurs, je ne vois pas trop comment l'approche de Rovelli peut éviter le problème.

Cordialement,

[chaverondier]

Toute mesure, toute observation donc, fait partie d'une chaîne de Von Neumann

Je détaille un peu ce point pour savoir si on est d'accord sur les problèmes soulevés par le concept de chaîne infinie de Von Neumann :

1/ quand je considère l'état de spin horizontal d'un électron dans un état de spin vertical up, mon électron est dans un état quantique superposé

2/ quand je considère l'état quantique d'un Stern et Gerlach à axe horizontal mesurant l'état de spin d'un électron dans un état de spin vertical up, mon ensemble électron + appareil de mesure est dans un état quantique superposé

3/ quand je considère l'état quantique d'un observateur observant le résultat de mesure d'un Stern et Gerlach mesurant l'état de spin horizontal d'un électron dans un état de spin vertical up, mon ensemble électron + appareil de mesure + observateur est dans un état quantique superposé.

Bref, la chaîne infinie de Von Neumann possède le même degré d'existence que toutes les métaphores employées par la physique (qu'il s'agisse des métaphores vers lesquelles vont nos préférences scientifiques ou pas) à un gros problème près : si je restreint le champ des métaphores à celles qui ne conduisent pas à des prédictions contraires aux faits d'observation, elle n'en fait peut-être pas partie. En effet, quand JE suis l'observateur, alors la chaîne infinie de Von Neumann

• d'une part s'arrête (donc ce n'est plus une chaîne de Von Neumann puisqu'elle n'est pas infinie)
• d'autre part cesse d'être dans un état superposé (quand je suis à jeun je ne vois pas double )

Or la chaîne infinie de Von Neumann prédit au contraire qu'aucun phénomène physique, aucun appareil de mesure, aucun observateur, aucune observation, n'est en mesure de provoquer ce fait d'observation (qu'on appelle la réduction du paquet d'onde).

D'où l'on "déduit" parfois

• que la chaîne infinie de Von Neumann, qu'on n'observe pas, existe
• que la réduction du paquet d'onde, qu'on observe, n'existe pas.

Bref, selon que vous serez éther ou chaîne infinie de Von Neumann, les jugements scientifiques vous rendront vrais ou faux .

Par ailleurs, je ne vois pas trop comment l'approche de Rovelli peut éviter le problème.

Alexei GrinBaum (cf sa thèse sur la refondation informationnelle de la MQ sous la conduite de M. BITBOL en s'appuyant sur l'aide et la philosophie de l'approche Rovellienne de la mesure quantique) part de l'observateur, donc admet dès le départ l'émergence d'une information "de quelque part" reçue par "quelqu'un" qu'il appelle l'observateur informationnel. A partir de là (avec quelques axiomes de nature informationnelle "découlant" de ce qui est observé par mesure) il reconstruit tout le formalisme quantique sans avoir besoin de modéliser physiquement la mesure quantique. Il aboutit à une structure mathématique cohérente et compatible avec les faits d'observation.

Malgré l'énorme difficulté que j'ai à avaler la pilule, je dois reconnaître à cette approche informationnelle un paquet de mérites. En particulier, si on veut essayer de trouver une formulation mathématiquement cohérente du second principe de la thermodynamique (prédisant la croissance de l'entropie des systèmes isolés alors que la dynamique hamiltonnienne de tels systèmes est isentropique), c'est à dire chassant les conflits logiques entre modèle et observation (comme Rovelli le fait pour la mesure quantique) comment faire ?

Eh bien, après réflexion voilà (en très très gros) l'idée envisageable (me semble-t-il). Le second principe signifie en fait que les démons de Maxwell, aptes à

• recueillir,
• enregistrer,
• traiter,
• transmettre,

une quantité d'information supérieure à la quantité d'information maximale compatible avec l'interdiction de faire décroitre l'entropie des systèmes isolés, n'existe pas.

Cela signifie, en fait, que la quantité d'information relative à l'état d'un système isolé (dont l'observateur fait partie) et manquant à cet observateur pour faire une description complète de cet état est toujours supérieure à un seuil qu'on appelle l'entropie macroscopique du système observé. Bref, le rapport entre quantité d'information enregistrable sur un support matériel et quantité d'information qui serait nécessaire pour décrire l'état de ce support est supérieur à un rapport en dessous duquel la stabilité de l'information enregistrée n'est pas suffisante pour que l'on puisse la considérer comme vraiment enregistrée.

L'entropie mesure donc une sorte de rendement informationnel. Ce rendement me semble traduire l'impossibilité de pouvoir disposer de bits d'informations stables sans un milieu possédant des tas de degrés de liberté codant de façon suffisamment redondante cette information pour qu'elle résiste aux agressions de l'environnement.

On comprend d'ailleurs pourquoi le temps ne peut plus s'écouler au quand on s'approche du big bang (le temps "bouillonne sans s'écouler") puisque l'on ne peut plus rien enregistrer. Il fait trop chaud pour garder une information au frais. Du coup, les distances mesurées avec la lumière semble plus courtes (la lumière semble aller plus vite) puisqu'une sorte de temps inobservable s'écoule sans possibilité d'enregistrer cet écoulement.

Je me demande, si le manque de possibilités de définir les distances et durées à l'échelle de Planck ne pourrait pas être, là aussi, plus facile à faire reposer sur une base informationnelle, avec des choses assez proches de ces considérations d'entropie, de température, de vitesse de propagation des particules virtuelles, d'impossibilité de les observer, etc, etc.

Toutefois, ce qui me gène terriblement, c'est de finalement tout faire reposer sur le concept d'information. Que peut bien représenter l'information, vue comme concept premier, si elle n'a pas d'abord un objet auquel elle s'applique ?

[invité576543]

Je détaille un peu ce point (...) ensemble électron + appareil de mesure + observateur est dans un état quantique superposé.

D'accord sur ce passage.

Bref, la chaîne infinie de Von Neumann possède le même degré d'existence que toutes les métaphores employées par la physique (qu'il s'agisse des métaphores vers lesquelles vont nos préférences scientifiques ou pas)

Je ne vois pas cela comme une métaphore, juste comme une "mise en prose" de l'unitarité de l'évolution de la fonction d'onde. La chaine infinie est une conséquence de la méthode qui consiste à esquiver le paradoxe de la mesure en faisant grossir à chaque fois le système pour y internaliser la mesure.

à un gros problème près : si je restreint le champ des métaphores à celles qui ne conduisent pas à des prédictions contraires aux faits d'observation, elle n'en fait peut-être pas partie.

C'est bien ce que cherche à soulever comme point. Parce que la prédiction d'observation inclut la notion d'observation, l'appliquer à la notion même d'observation pose un problème de pure logique.

En effet, quand JE suis l'observateur, alors la chaîne infinie de Von Neumann

- d'une part s'arrête

Pas vraiment. Ca dépend pour qui. Pour la personne concernée, oui. Pour un autre observateur qui va chercher à modéliser et prédire l'observateur, non.

Il y a là immédiatement un des aspects du problème de "pure logique". Il n'est pas possible de se mettre d'accord sur "alors la chaîne s'arrête", ce qui ruine toute possibilité d'y appliquer un critère genre celui de Popper.

Or la chaîne infinie de Von Neumann prédit au contraire qu'aucun phénomène physique, aucun appareil de mesure, aucun observateur, aucune observation, n'est en mesure de provoquer ce fait d'observation (qu'on appelle la réduction du paquet d'onde).

La prédiction n'est pas contredite, parce qu'il existe toujours la possibilité qu'un observateur B observe l'acte d'observation d'un observateur A.

Ou encore, la prédiction n'est contredite que pour une et une seule personne. Peut-on dire alors qu'elle est contredite?

Si on prend les humains de la chaîne, la prédiction est contredite par toutes les personnes, mais s'applique à des cas différents. Une sorte de contradiction qui se contredit elle-même, qui est nécessairement logiquement incohérente.

que la chaîne infinie de Von Neumann, qu'on n'observe pas, existe

On ne peut pas le "déduire". Dans mon message précédent, j'avais, il me semble, été clair : on doit traiter cela (ou son contraire) comme un postulat.

[QUOTE]que la réduction du paquet d'onde, qu'on observe, n'existe pas.[/LIST]
Pareil, et même traitement.

que vous serez éther ou chaîne infinie de Von Neumann, les jugements scientifiques vous rendront vrais ou faux

Pas d'accord. Je pense plutôt que le jugement scientifique tombe là sur une limite, sur une impossibilité logique, constitutive.

Alexei GrinBaum (cf sa thèse sur la refondation informationnelle de la MQ sous la conduite de M. BITBOL en s'appuyant sur l'aide et la philosophie de l'approche Rovellienne de la mesure quantique) part de l'observateur, donc admet dès le départ l'émergence d'une information "de quelque part" reçue par "quelqu'un" qu'il appelle l'observateur informationnel. A partir de là (avec quelques axiomes de nature informationnelle "découlant" de ce qui est observé par mesure) il reconstruit tout le formalisme quantique sans avoir besoin de modéliser physiquement la mesure quantique.

Dans un message plus ancien dans cette discussion, j'argumente que la notion de science physique part nécessairement de l'observateur. Personne, dans cette discussion, n'a relevé le défi de définir ce qu'est la science physique sans utiliser la notion d'observateur.

Qu'on postule l'observation ou qu'on postule une réduction du paquet d'onde est pour moi la même chose.

Il aboutit à une structure mathématique cohérente et compatible avec les faits d'observation.

Comment postuler l'observation pourrait-il amener une contradiction avec des faits d'observation?

Malgré l'énorme difficulté que j'ai à avaler la pilule, je dois reconnaître à cette approche informationnelle un paquet de mérites.

La notion même de science physique est informationnelle!

Toutefois, ce qui me gène terriblement, c'est de finalement tout faire reposer sur le concept d'information. Que peut bien représenter l'information, vue comme concept premier, si elle n'a pas d'abord un objet auquel elle s'applique ?

Il y a un énorme travail à faire sur la notion d'information, àmha.

Mon métier concerne basiquement la transmission entre machines, et les langages (code et sémantique) utilisés pour les communications entre machines.

Dans ce contexte, la distinction entre "quantité d'information" et "information ayant un sens" est très visible. La première est une notion de borne posée à une "capacité à représenter", l'autre parle de représentation.

Ce qui me fait réagir assez négativement à beaucoup de choses que je vois écrites en physique (dont la deuxième moitié du message en référence), qui mélangent les deux notions.

Je n'ai pas le niveau et les connaissances pour affiner la notion d'information, mais mon sens critique et mon expérience allument plein de lampes rouges très souvent quand je lis (ou écris !!!) le mot information en physique.

Cordialement,

[mariposa]

Je détaille un peu ce point pour savoir si on est d'accord sur les problèmes soulevés par le concept de chaîne infinie de Von Neumann :

1/ quand je considère l'état de spin horizontal d'un électron dans un état de spin vertical up, mon électron est dans un état quantique superposé

2/ quand je considère l'état quantique d'un Stern et Gerlach à axe horizontal mesurant l'état de spin d'un électron dans un état de spin vertical up, mon ensemble électron + appareil de mesure est dans un état quantique superposé

3/ quand je considère l'état quantique d'un observateur observant le résultat de mesure d'un Stern et Gerlach mesurant l'état de spin horizontal d'un électron dans un état de spin vertical up, mon ensemble électron + appareil de mesure + observateur est dans un état quantique superposé.

Bonjour,

Le point 3 est faux et même absurde.

Avec du simple bon sens, il est facile d'automatiser une mesure, et donc sans intervention humaine (autre que celle de la conception de l'appareil de mesure). Il est même possible de piloter une imprimante qui écrirait sur le papier en toutes lettres: le spin est up.

Bien entendu il ne s'agit pas d'une expérience de pensée mais d'une expérience parfaitement réalisable.

Pour que l'expérience soit réalisable il y a une condition obligatoire (au moins) a remplir:

Il faut que l'appareil de mesure possède un continum de densité d'états couplé au spin. Cela est la conséquence immédiate du fait que la mesure est une projection sur un état |spin> (un état propre associé à l'appareil de mesure et non pas un état propre de l'appareil de mesure).

Formellement:

L'hamiltonien s'écrit:

H = Hs + Hsm + Hm (s comme spin m comme mesure)

a t = 0

H = Hs + Hm

| hor> = a|up> + b |dw>

m dans un état quelconque (raisonnable)

à t> 0

le spin est dans l'état quantique |up> (par exemple)
L'éguille de l'appareil de mesure a fait un déplacement vers la gauche (ou avec une imprimante : le spin est up)

Autrement dit le couplage système quantique/appareil de mesure est l'objet d'une une double évolution:

vers le spin up pour le système quantique:
vers le déplacement de l'aiguille pour l'appareil de mesure.


L'erreur fondamentale du raisonnement de la chaine de Von Neuman est de ne pas tenir compte du fait qu'en présence d'un nombre infini de degrés de liberté il y a des mécanismes émergents. Ce sont ces degrés de liberté infinis qui brisent la chaine de Von Neumann.

La physique du solide c'est justement le règne des mécanismes émergents et je constate que c'et une notion qui n'est pas comprise (même chez beaucoup de physiciens du solide).

[GillesH38a]

Cela est la conséquence immédiate du fait que la mesure est une projection sur un état |spin> (un état propre associé à l'appareil de mesure et non pas un état propre de l'appareil de mesure).

deux remarques :

a) il est impossible de définir un état propre d'un système macroscopique, et d'ailleurs un état quantique pur en général, puisqu'il est forcément couplé à un environnement - et qu'on ne sait faire aucune mesure de son état quantique.$

b) il n'y a aucune regle en général dans la meca Q qui parle de projection, hors de la mesure, qui joue donc un role particulier- sans etre défini autrement justement par le fait qu'il faille faire une projection.

Il suffit de se demander ce que deviendrait le meme électron en interagissant avec quelque chose de macroscopique, mais qui ne serait pas un appareil de mesure. Comment ecrirait-on 'évolution de la fonction d'onde?

[invité576543]

Le point 3 est faux et même absurde.

Avec du simple bon sens, il est facile d'automatiser une mesure, et donc sans intervention humaine (autre que celle de la conception de l'appareil de mesure). Il est même possible de piloter une imprimante qui écrirait sur le papier en toutes lettres: le spin est up.

A ce que j'en comprends, cela ne change rien. C'est l'imprimante qui est dans un état superposé, puis le papier, et ce jusqu'à ce quelqu'un le lise...

C'est plus clair dans l'interprétation d'Everett. En gros on ne sait pas dans quel "monde" on se trouve avant d'avoir lu le papier imprimé.

La difficulté est ailleurs, en particulier dans l'idée du couplage à l'environnement, qui fait que le "on" a "mesuré" sans le savoir(1) avant d'avoir lu le papier, parce qu'il fait partie de l'environnement .

Mais même en prenant l'interaction avec l'environnement, on obtient la même chose, en moins parlant : il y a une chaîne causale entre ce qui est mesuré et l'observateur, et cette chaîne transporte la superposition.

Cordialement,

(1) Autre point intéressant sur la notion d'information.

[GillesH38a]

L'erreur fondamentale du raisonnement de la chaine de Von Neuman est de ne pas tenir compte du fait qu'en présence d'un nombre infini de degrés de liberté il y a des mécanismes émergents. Ce sont ces degrés de liberté infinis qui brisent la chaine de Von Neumann.

La physique du solide c'est justement le règne des mécanismes émergents et je constate que c'et une notion qui n'est pas comprise (même chez beaucoup de physiciens du solide).

certes, mais la violation de l'unitarité de l'opérateur d'évolution ne fait certainement pas partie de ces processus émergents; j'aimerais bien savoir en quoi une infinité de degrés de libertés suffit en elle meme à expliquer la "disparition" de la composante quantique associée à |dw>, dans ton exemple....