Photon unique + miroir semi-réfléchissant

[Chaospace]

Bonjour,

je voudrais savoir ce qu'il se passe précisément dans cette expérience :

L'exemple d'un photon émis vers un miroir semi-réfléchissant est bien connu des spécialistes. En moyenne, une fois sur deux, la particule est soit réfléchie, soit transmise dans la direction du photon incident. Pour savoir ce qu'il est advenu d'elle, on utilise deux détecteurs placés derrière le miroir : l'un dans le sens de la transmission, et l'autre à 90°, dans celui de la réflexion.
En répétant l'expérience un grand nombre de fois, on constate que la moitié des photons a bien été enregistrée par le premier détecteur, et l'autre par le second - exactement comme le prévoient les équations de la mécanique quantique. Mais, en dépit de ce résultat final, la mécanique quantique est incapable de décrire le comportement d'une particule individuelle. Elle ne peut qu'évaluer la probabilité de l'observer dans l'un ou l'autre des détecteurs. Et elle ne donne aucune information sur le chemin que cette particule emprunte jusqu'aux appareils de mesure.

Tous les photons sont censés avoir le même comportement face à un phénomène identique non ? Ou est-ce dû à leur polarisation ?
Mais admettons que tous les photons, émis un par un, aient la même polarisation, la même longueur d'onde (peut on parler de longueur d'onde pour UN photon ?), en bref des photons identiques, pourquoi ne sont-ils pas tous réfléchis ou tous transmis ?
Peut on envisager une propriété cachée ? (genre il existe 2 types de photons photon et anti-photon sont les mêmes, mais c'est peut être là qu'est la différence... )
Ou alors, il y a un phénomène chaotique lors du contact entre le photon et le miroir. (Je n'aime pas parler de hasard).

Merci.
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[invite7ce6aa19]

Bonjour,

je voudrais savoir ce qu'il se passe précisément dans cette expérience :



Tous les photons sont censés avoir le même comportement face à un phénomène identique non ? Ou est-ce dû à leur polarisation ?
Mais admettons que tous les photons, émis un par un, aient la même polarisation, la même longueur d'onde (peut on parler de longueur d'onde pour UN photon ?), en bref des photons identiques, pourquoi ne sont-ils pas tous réfléchis ou tous transmis ?
Peut on envisager une propriété cachée ? (genre il existe 2 types de photons photon et anti-photon sont les mêmes, mais c'est peut être là qu'est la différence... )
Ou alors, il y a un phénomène chaotique lors du contact entre le photon et le miroir. (Je n'aime pas parler de hasard).

Merci.

C'est tout "simplement" que fondamentalement la "nature" et donc la théorie de la MQ est d'essence aléatoire. Le phénomène que tu décris est analogue à un jeu de pile ou face.

[Chaospace]

On dit que c'est aléatoire tant qu'on ne connait pas la cause... comme en radioactivité (désintégration) il n'y a que des loi probabilistes ou statistiques.
J'ai du mal à admettre que l'aléatoire ou le hasard puisse régir quelque chose.

[invite88ef51f0]

Salut,
Et pourtant, l'expérience est en parfait accord avec cet aspect aléatoire et réfute les interprétations à base de variables cachées (violation des inégalités de Bell).
Désolé pour ton intuition.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chaospace]

oui c'est clair...

[invite499b16d5]

Salut,
Et pourtant, l'expérience est en parfait accord avec cet aspect aléatoire et réfute les interprétations à base de variables cachées (violation des inégalités de Bell).
Désolé pour ton intuition.

bonjour,
comme je l'ai signalé ailleurs, un segment de série pseudo-aléatoire suffisamment grande peut être interprété par ceux qui l'observent comme étant purement aléatoire, il n'empêche que la série est déterministe.
L'intuition du "bon-sens" n'est peut-être pas à jeter aux orties si facilement.

[invite99de76d9]

L'aspect aléatoire et "déterministe" n'ont rien d'antinomique, si l'on s'intéresse à la nature.
Ce qu'il y a, c'est qu'il faut déterminer précisément ce que peut dire le terme "déterministe".
Le déterminisme classique relie les causes aux effets ; il s'intéresse en fait à des systèmes fermés de la nature pour en tirer les lois de la nature globale (on part du petit pour remonter vers le grand).
Mais le déterminisme "véritable", celui de la Nature dans sa globalité, est plutôt à prendre dans le sens de "caractère déterminant".

C'est bien la nature qui détermine les lois du hasard, c'est toujours elle qui manifeste ces lois du hasard ; le hasard n'est ainsi pas quelque "d'extérieur", transcendant la nature, mais quelque chose qui lui est inhérent.

La nature est bien "déterministe", déterminante concernant le comportement de la matière, que cela réponde des lois statistiques ou du principe d'action-réaction ne change rien. Celui qui "connaîtrait" la nature essentielle pourrait prédire son évolution statistique, même si cela est impossible pour un individu pensant, je me suis tout de même permis de le mentionner.

Pour reprendre : le hasard est de la nature, il ne s'en distingue pas, déterminisme global et aléatoire sont donc parfaitement compatibles.

[invite499b16d5]

C'est bien la nature qui détermine les lois du hasard, c'est toujours elle qui manifeste ces lois du hasard ; le hasard n'est ainsi pas quelque "d'extérieur", transcendant la nature, mais quelque chose qui lui est inhérent.

C'est exactement ce que je voulais imager avec mon scénario tiré par les cheveux de série pseudo-aléatoire!
Et c'est ça qui me gêne dans la MQ: les physiciens, qui se veulent pragmatiques, nous disent cependant sans perdre leur flegme "les particules obéissent au Hasard".
Alors, je leur dis: si les particules obéissent au Hasard, maintenant fournissez-nous une théorie du Hasard. D'où vient-il et comment agit-il sur les particules.
Ca rappelle la situation à la fin du XIX siècle: qu'est-ce qui agit sur l'aiguille aimantée? le "fluide" magnétique. Qu'est ce qui agit sur la Lune? la "force" gravitationnelle.
Depuis, on a largement précisé ce qu'étaient ces fluides et forces. C'est ce qu'il reste à faire avec ce foutu Hasard, nouvelle substance qui embarrasse la Physique plus qu'autre chose, si elle ne peut le justifier.

[Chaospace]

L'intuition du "bon-sens" n'est peut-être pas à jeter aux orties si facilement.

Je suis d'accord.

C'est bien la nature qui détermine les lois du hasard, c'est toujours elle qui manifeste ces lois du hasard ; le hasard n'est ainsi pas quelque "d'extérieur", transcendant la nature, mais quelque chose qui lui est inhérent.

Alors là je ne suis pas d'accord. On ne peux pas parler de "loi du hasard" car par définition le hasard n'obéit à aucune loi physique ! Sinon on serait capable de prédire des choses avec cette loi (si on la connaissait) et le concept de hasard s'effondrerait.

[invite499b16d5]

Alors là je ne suis pas d'accord. On ne peux pas parler de "loi du hasard" car par définition le hasard n'obéit à aucune loi physique ! Sinon on serait capable de prédire des choses avec cette loi (si on la connaissait) et le concept de hasard s'effondrerait.

Et pourtant je pense qu'il a raison. Ce qu'il veut simplement dire, et moi aussi, c'est justement qu'il n'y a pas de hasard, ni dans cet Univers, ni même en tant que concept. En revanche, il y a des choses qui semblent arriver parfaitement au hasard. Comme dans une série pseudo-aléatoire. Si tu connais la "graine" de la série, tout s'explique. Mais si tu ne la connais pas, bonjour l'interprétation!
La plupart des séries pseudo-aléatoires qu'on sait fabriquer finissent par se répéter. Mais d'une part, on peut imaginer qu'elle ne se répète qu'au bout de mille milliards d'années; d'autre part -seul un mathématicien pourra confirmer à 100%- je suppose qu'on peut en concevoir qui ne se répètent jamais.

PS le hasard, c'est un peu comme le néant: un concept qui ne se définit que négativement (=ce qui n'obéit à aucune loi). On ne peut donc même pas dire que c'est une notion, c'est juste une notion de l'absence.

[Chaospace]

Ce qu'il veut simplement dire, et moi aussi, c'est justement qu'il n'y a pas de hasard, ni dans cet Univers, ni même en tant que concept. En revanche, il y a des choses qui semblent arriver parfaitement au hasard. Comme dans une série pseudo-aléatoire. Si tu connais la "graine" de la série, tout s'explique. Mais si tu ne la connais pas, bonjour l'interprétation!

Oui, ça s'appelle un phénomène chaotique. C'est pas ça qui me pose problème. Un phénomène chaotique n'a rien de hasardeux, puisqu'il obéit aux lois de la physique, et il dépend des conditions initiales.
Même si on ne peut pas prédire à long terme un phénomène, ça ne veut pas dire qu'il aura lieu par hasard.

Ce qui me pose problème, c'est le pur hasard. Et apparemment c'est le cas en MQ pour l'expérience du photon unique et du miroir semi-réfléchissant. C'est pour ça que j'ai ouvert (à nouveau ?) ce sujet. Et donc ce phénomène ne serait ni chaotique, ni pseudo aléatoire, mais aléatoire pur.

Difficile à admettre sachant que tout obéit à des lois.

[invite499b16d5]

Ce qui me pose problème, c'est le pur hasard. Et apparemment c'est le cas en MQ pour l'expérience du photon unique et du miroir semi-réfléchissant. C'est pour ça que j'ai ouvert (à nouveau ?) ce sujet. Et donc ce phénomène ne serait ni chaotique, ni pseudo aléatoire, mais aléatoire pur.
Difficile à admettre sachant que tout obéit à des lois.

La MQ se borne selon moi à "prendre acte" du caractère apparemment aléatoire des observations, cette apparence étant vérifiée à une précision extrême; mais je ne pense pas qu'elle ait jamais "démontré" que celles-ci " soient "obligées" de ne respecter aucune loi, ce qui est la définition du hasard pur, mais tu en conviendras, une telle "obligation" semble assez impossible à démontrer!

[invitea774bcd7]

La MQ se borne selon moi à "prendre acte" du caractère apparemment aléatoire des observations, cette apparence étant vérifiée à une précision extrême; mais je ne pense pas qu'elle ait jamais "démontré" que celles-ci " soient "obligées" de ne respecter aucune loi, ce qui est la définition du hasard pur, mais tu en conviendras, une telle "obligation" semble assez impossible à démontrer!

Si si : tout ça est formalisé si je ne m'abuse. C'est les lois de Poisson, les processus Markoviens et tout le tralala, non ?
Je me rappelle de ce talk de Haroche où il mesurait combien il avait de photons dans sa cavité et où l'on voyait « pousser » une distribution de Poisson au fur et à mesure

[invite7ce6aa19]

Et c'est ça qui me gêne dans la MQ: les physiciens, qui se veulent pragmatiques, nous disent cependant sans perdre leur flegme "les particules obéissent au Hasard".


Alors, je leur dis: si les particules obéissent au Hasard, maintenant fournissez-nous une théorie du Hasard. D'où vient-il et comment agit-il sur les particules.

Le hasard obéit à des lois très précises. Il existe des milliers de livres qui expliquent cela et est enseigné à l'Université dans le premier cycle.

En l'occurence et pour simplifier la théorie de la MQ est un processus stochastique sur les amplitudes de probabilité en fait un processus de Markov.

On peut écrire l'équation d'évolution d'un vecteur d'état de l'espace de Hilbert sous la forme:

|Fi(t2)> = U(t2,t1).|Fi(t1)>

U(2,t1) est l'opérateur d'évolution de l'état entre t1 et t2

On peut representer les vecteurs et les opérateurs par des matrices en choisissant une base. Prenons la base des points |r>, on trouve:

Fi(r2,t2) = G (r2,r1,t2,t1).Fi(r1,t1)

Dans le langage des physiciens

G s'appelle la fonction de Green à 2 temps ou propagateur ou anplitude de transition.

Dans le langage des "mathématiciens".

Fi(r,t) est une variable aléatoire indicé par t. La variable continue r indique qu'il s'agit bien d'un vecteur. C'est donc de densité de probabilité (une amplitude pour les physiciens).

G (r2,r1,t2,t1) est une densité de probabilité conditionnelle à 2 temps.

C'est avec ce formalisme que l'on prévoit des accords théorie /éxpérience avec 10 chifres significatifs!!!

Les lois du hasard sont extrèmement précises et la MQ peut être d'une très grande précision.

[invite99de76d9]

1) En démontrant que les lois statistiques sont extrêmement précises et définies, vous ne faites que démontrer que l'évolution des particules l'est aussi (en fonction de ces lois justement)

2) Ce que ne disent pas ces lois mathématiques, c'est "l'ordre" dans lequel elles vont se réaliser. Cet ordre ne dépend pas de ces lois purement mathématiques, mais d'autre chose. Et cette chose est définie par la nature essentielle de l'Être. C'est toujours l'Être, ou la "Nature" qui établira ce qui adviendra, et dans quel ordre. Que ce soit une loi statistique (non encore sortie et qui ne risque pas de l'être) ou autre peu importe, cette loi, en tant qu'elle existe, dépend bien de la Nature.

[invite499b16d5]

1) En démontrant que les lois statistiques sont extrêmement précises et définies, vous ne faites que démontrer que l'évolution des particules l'est aussi (en fonction de ces lois justement)

2) Ce que ne disent pas ces lois mathématiques, c'est "l'ordre" dans lequel elles vont se réaliser. Cet ordre ne dépend pas de ces lois purement mathématiques, mais d'autre chose. Et cette chose est définie par la nature essentielle de l'Être. C'est toujours l'Être, ou la "Nature" qui établira ce qui adviendra, et dans quel ordre. Que ce soit une loi statistique (non encore sortie et qui ne risque pas de l'être) ou autre peu importe, cette loi, en tant qu'elle existe, dépend bien de la Nature.

Sur ce coup, nous sommes tout à fait d'accord.

[invite499b16d5]

1) En démontrant que les lois statistiques sont extrêmement précises et définies, vous ne faites que démontrer que l'évolution des particules l'est aussi (en fonction de ces lois justement)

Les particules sont "obligées" par quelque chose à exhiber un comportement strictement aléatoire.
On ne peut mieux exprimer le fait qu'il y a bien un déterminisme à l'oeuvre.
Si tel n'était pas le cas, rien n'empêcherait les photons -et sur une période de temps aussi longue que l'on voudra- de passer toujours par la même fente d'Young. Et alors, la MQ serait prise en défaut.

[invite7ce6aa19]

2) Ce que ne disent pas ces lois mathématiques, c'est "l'ordre" dans lequel elles vont se réaliser. Cet ordre ne dépend pas de ces lois purement mathématiques, mais d'autre chose. Et cette chose est définie par la nature essentielle de l'Être. C'est toujours l'Être, ou la "Nature" qui établira ce qui adviendra, et dans quel ordre. Que ce soit une loi statistique (non encore sortie et qui ne risque pas de l'être) ou autre peu importe, cette loi, en tant qu'elle existe, dépend bien de la Nature.

Justement si.

S'il n'y avait pas d'ordre (temporel) les temps t1, t2, etc... qui repèrent des variables aléatoires distinctes (qui indice les valeurs aléatoires) pourraient être appelées arbitrairement a,b,c, bertrand, alexis etc.. C'est justement parceque qu'il y a un ordre que l'on se sert de l'ensemble des nombres réels t sur une droite orientée et que l'on a un processus de Markov.

D'ailleurs cette approche est une des stratégies possibles pour expliquer l'émergence du temps (a partir d'un ensemble sans temps)a savoir un ordonnancement dans un ensemble de variables aléatoires. Cet ordre étant justement l'émergence du temps.

[invite7ce6aa19]

Si tel n'était pas le cas, rien n'empêcherait les photons -et sur une période de temps aussi longue que l'on voudra- de passer toujours par la même fente d'Young. Et alors, la MQ serait prise en défaut.

Pour la bonne compréhension des choses: chaque "photon" passe par les 2 fentes. C'est ce que montre l'expérience de diffraction à basse intensité et que la MQ explique convenablement.

[invite99de76d9]

Justement si.

S'il n'y avait pas d'ordre (temporel) les temps t1, t2, etc... qui repèrent des variables aléatoires distinctes (qui indice les valeurs aléatoires) pourraient être appelées arbitrairement a,b,c, bertrand, alexis etc.. C'est justement parceque qu'il y a un ordre que l'on se sert de l'ensemble des nombres réels t sur une droite orientée et que l'on a un processus de Markov.

D'ailleurs cette approche est une des stratégies possibles pour expliquer l'émergence du temps (a partir d'un ensemble sans temps)a savoir un ordonnancement dans un ensemble de variables aléatoires. Cet ordre étant justement l'émergence du temps.

Aucune formule statistique ne prévoit dans quel ordre les différentes itérations vont se produire. En outre, bien évidemment que les instants t sont quant à eux prédéfinis ; après l'instant t1 venant l'instant t2 etc. ; ce n'est pas sur cela que se penche la statistique, mais sur les valeurs que prennent les variables en ces instants t, c'est cela son domaine, et cela, elle ne le définit pas de manière ordonnée, seulement moyenne.

[invite499b16d5]

Pour la bonne compréhension des choses: chaque "photon" passe par les 2 fentes. C'est ce que montre l'expérience de diffraction à basse intensité et que la MQ explique convenablement.

je le sais bien, que chaque photon passe par les 2 fentes!
Mais en remettant ce que j'ai dit dans le contexte où je l'ai dit, cela prouve justement une forme de déterminisme.
J'ai jeté un oeil rapide sur les processus de Markov, je ne vois pas en quoi l'aléatoire quantique en est un.

[invite7ce6aa19]

J'ai jeté un oeil rapide sur les processus de Markov, je ne vois pas en quoi l'aléatoire quantique en est un.

Ce que j'ai écrit au post #14 et qui est déduit de l'équation de Schrodinger est un exactement processus de Markov mais attention sur les amplitudes (dans ce sens ce n'est pas rigousement un processus de Markov).

Si maintenant si j'introduis un temps t intermédiaire entre t1 et t2 je trouve ce que l'on appelle en probabilité l'équation de Chapmann-Kolmogorov et si je multiplie à l'infini les temps intermédiaires on trouve ce que l'on appelle en MQ l'intégrale de chemins (path integral).

Au bout du compte cette intégrale de chemin permet de calculer l'amplitude de probabilité pour aller de r1 à l'instant t1 vers le point r2 à l'instant t2 comme une superposition linéaire de chemins (chaque chemin est caractérisé par une phase qui dépend du lagrangien le long de ce chemin).

Ceci constitue une formulation alternative de la MQ traditionnelle (l'équation de Schrodinger) que l'on nomme formulation canonique.

[invite499b16d5]

Au bout du compte cette intégrale de chemin permet de calculer l'amplitude de probabilité pour aller de r1 à l'instant t1 vers le point r2 à l'instant t2 comme une superposition linéaire de chemins (chaque chemin est caractérisé par une phase qui dépend du lagrangien le long de ce chemin).

pour connecter la notion d'intégrale de chemin aux probabilités sans trop de maths, est-il correct de dire ceci:
la probabilité pour que r2 arrive quand on a r1 est la somme de toutes les probabilités individuelles de chaque scénario imaginable menant de r1 à r2; mais il me semble que si on le dit comme ça, c'est une tautologie, non? j'ai mal dû comprendre

[invitea774bcd7]

Vous connaissez pas l'image qu'a fait Feynman ? Où toutes les parties du miroir réfléchissent le rayon lumineux. Mais le seul rayon qui « survie » l'intégrale des chemins est celui de la réflexion spéculaire (angle incident=angle réfléchi par rapport à la normale au miroir)

[invite499b16d5]

Vous connaissez pas l'image qu'a fait Feynman ? Où toutes les parties du miroir réfléchissent le rayon lumineux. Mais le seul rayon qui « survie » l'intégrale des chemins est celui de la réflexion spéculaire (angle incident=angle réfléchi par rapport à la normale au miroir)

j'ai certes lu "Lumière et matière", qui est à peu près à mon niveau . Mais le rapport avec les proba ne me paraît pas encore tout à fait clair

[invitea774bcd7]

Oublie les probas… Le photon va partout à la fois mais il se trouve que tous les chemins sauf un s'annulent. C'est tout

[invite7ce6aa19]

pour connecter la notion d'intégrale de chemin aux probabilités sans trop de maths, est-il correct de dire ceci:
la probabilité pour que r2 arrive quand on a r1 est la somme de toutes les probabilités individuelles de chaque scénario imaginable menant de r1 à r2; mais il me semble que si on le dit comme ça, c'est une tautologie, non? j'ai mal dû comprendre

Soit un chemin A parcouru par une "particule" qui mène de r1 à r2 (entre les instants t1 et t2). A ce chemin on associe un "poids" qui une amplitude de probabilité complexe P(A). Pour un autre chemin B ce sera P(B) etc...

L'amplitude de probabilité totale sera:

P = P(A) + P(B) + P (C) + etc...

Et il y a l'évidence une infinité de chemins possibles pour aller de r1 à r2

Chaque amplitude de probabilité est calculée à partir du Lagrangien classique de chaque trajectoire.

La probabilité (la vraie) c'est |P|2

En physique classique la particule classique suit un seul chemin celui qui minimise l'action (càd l'intégrale du Lagrangien)

En mécanique quantique la "particule" passe par tous les chemins à la fois (c'est bien sur une image et il faut se rappeler qu'une "particule" quantique n'est pas une particule classique).

[invite499b16d5]

Oublie les probas… Le photon va partout à la fois mais il se trouve que tous les chemins sauf un s'annulent. C'est tout

oui, mais on se retrouve avec ce problème de "hasard": pourquoi un seul de ces chemins est choisi lors d'une expérience à photon unique...

[invite499b16d5]

et il faut se rappeler qu'une "particule" quantique n'est pas une particule classique).

ça, sois tranquille, je ne risque pas de l'oublier!

[invitea774bcd7]

oui, mais on se retrouve avec ce problème de "hasard"

Y a que toi qui pense que c'est un « problème »