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notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique



  1. #1
    cobazia

    Question notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique


    ------

    Bonjour,

    Quelqu'un pourrai-t-il m'expliquer ce qu'est la cohérence et l'incohérence des états en physique quantique. Ce que je sais, c'est que quand les états sont incohérents, on somme les probabilités et non les amplitudes. La cohérence serait quand les particules intéragissent entre elles, c'est a dire qu'on ne peut pas les décrire indépendamment les unes des autres? et l'incohérence quand elles sont toutes isolées? Dans ce cas, le paradoxe EPR ne s'appliquerait qu'au cas cohérent?
    Et la décohérence dans tous ca? c'est le passage de la cohérence a l'incohérence au bout d'un certain temps?

    Merci pour vos réponses
    Marianne

    -----

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  3. #2
    .:Spip:.

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    ce que je sais, pas grand chose, c'est que l'on applique ca surtout pour un nuage electronique d'un atome. on passe de l'incoherence a la coherence ('que l'on apelle decoherence) lorsque on effectue une mesure sur l'atome. les electrons sont sur une orbite tandis qu'auparavant, on etait pas capable de dire sur quelle orbite, ils se trouvaient.

    je ne suis pas sur de moi...
    Soyez libre, utilisez Linux.

  4. #3
    dupo

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    t la décohérence dans tous ca? c'est le passage de la cohérence a l'incohérence au bout d'un certain temps?
    je crois qu"on parle plus volontiers d'états séparables ou non.
    Il existe des critères de séparabilités en cherchant une fonction qui peut traduire si on a enchevêtrement ou non. Et la décohérence ça doit être le passage d'un état non-séparable à un état séparable.

    Alors, c'est quoi un état séparable ? peut-être que c'est suffisament intuitif pour ne pas donner sa définition mathématique ?

    mais je ne crois pas qu'il y ait d'incohérence en MQ ?

  5. #4
    chaverondier

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par dupo
    La décohérence ça doit être le passage d'un état non-séparable à un état séparable.
    C'est le contraire. La décohérence fait passer l'ensemble système + appareil de mesure + environnement d'un état séparable à un état non séparable. Le passage d'un état non séparable à un état séparable (ou supposé tel) c'est le phénomène mystérieux (et incompatible avec la dynamique quantique) de réduction du paquet d'onde.
    Citation Envoyé par dupo
    Alors, c'est quoi un état séparable ? peut-être que c'est suffisamment intuitif pour ne pas donner sa définition mathématique ?
    Un état séparable c'est (par exemple) l'état quantique d'un système formé de deux parties S1 et S2 qui n'ont jamais interagi ou qui sont en apparence dans le même état que si elles n'avaient jamais interagi. Dans un tel cas, l'opérateur densité réduit du système S1 est un état pur (un projecteur de rang 1). Quand au contraire on réalise, par exemple, une mesure quantique du système S1 avec l'appareil de mesure S2, alors il y a décohérence (annulation très rapide des termes extra-diagonaux de l'opérateur densité réduit du système S1 quand il est exprimé dans la base Hilbertienne préférée de l’Hamiltonien effectif tenant compte de l’appareil de mesure S2 et son environnement). L'opérateur densité réduit du système S1 devient alors un état mixte, c'est à dire une somme pondérée de projecteurs de rang 1 (cf http://arxiv.org/PS_cache/quant-ph/pdf/0312/0312059.pdf ).
    Citation Envoyé par dupo
    Mais je ne crois pas qu'il y ait d'incohérence en MQ ?
    Si. Sauf à rajouter l'hypothèse métaphysique des mondes multiples, la réduction non unitaire, indéterministe et irréversible du paquet d'onde est incompatible avec l'évolution quantique unitaire, déterministe et réversible du phénomène de décohérence (problème de la chaîne infinie de Von Neumann). On ne sait pas modéliser le phénomène qui provoque la disparition brutale (au profit d’une seule) des différentes branches d’univers formant un état quantique superposé à l’issue du phénomène de décohérence.

    Bernard Chaverondier

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    dupo

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Si. Sauf à rajouter l'hypothèse métaphysique des mondes multiples, la réduction non unitaire, indéterministe et irréversible du paquet d'onde est incompatible avec l'évolution quantique unitaire, déterministe et réversible du phénomène de décohérence (problème de la chaîne infinie de Von Neumann). O.
    1) je crois qu'il faudrait quand même ne pas toujours parler de monde multiple quand on parle de mécanique quantique.
    2) je ne comprend pas bien ce que tu entends par impossibilité de modéliser
    on ne sait pas modéliser le phénomène qui provoque la disparition brutale (au profit d’une seule) des différentes branches d’univers formant un état quantique superposé à l’issue du phénomène de décohérence
    Par exemple, le passage des équations de la MQ aux équations de la méca classique (les équations du mouvement pour les valeurs moyenne), ben ça fait parti de la classe de problème que tu cites ? ou pas ?

    Sinon, ma vision est peut-être trop naïve, mais je ne comprend pas le mot modélisation: quand j'ai une théorie qui dit qu'il faut faire le produit scalaire , c'est pas une bonne modélisation ?
    C'est de ça qu'on parle ou pas ?

  8. #6
    dupo

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    annulation très rapide des termes extra-diagonaux de l'opérateur densité réduit du système S1 quand il est exprimé dans la base Hilbertienne préférée de l’Hamiltonien effectif tenant compte de l’appareil de mesure S2 et son environnement).
    absolument anti-pédgogique !

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  10. #7
    Floris

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Bonsoir, il se fait tard alors il se peut que je dise de grosses stupiditées. Ma question n'est pas vraiment scientifique. Mais simplement, j'aimerais savoir une chose ou plutôt connaitre votre point de vue. L'hypothèse des mondes multiples n'est t'elle pas un moyen had-oc ou une façon de voir ce phénomène avec le sens commun?
    Encore désolé pour cet interuption. Merci à vous.
    Cordialement
    Floris
    Dernière modification par Floris ; 29/05/2005 à 22h46.

  11. #8
    chaverondier

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par dupo
    1) je crois qu'il faudrait quand même ne pas toujours parler de monde multiple quand on parle de mécanique quantique.
    Pour l'instant, c'est la seule solution qu'on a trouvée pour rétablir la compatibilité entre postulat de projection et dynamique quantique.
    Citation Envoyé par dupo
    2) je ne comprend pas bien ce que tu entends par impossibilité de modéliser [la réduction du paquet d’onde].
    La même chose que si on avait le second "principe" de la thermodynamique et pas le modèle qu'en donne la physique statistique via la croissance de l'entropie et le théorème H de Boltzmann.
    Par exemple, le passage des équations de la MQ aux équations de la méca classique (les équations du mouvement pour les valeurs moyenne), ben ça fait partie de la classe de problème que tu cites ? ou pas ? Sinon, ma vision est peut-être trop naïve, mais je ne comprend pas le mot modélisation: quand j'ai une théorie qui dit qu'il faut faire le produit scalaire, c'est pas une bonne modélisation ? C'est de ça qu'on parle ou pas ?
    Je parle du problème de la mesure quantique, la modélisation de ce phénomène lui-même. Elle a progressé avec l'étude de la décohérence et il y a pas mal d’études intéressantes là dessus comme les travaux de Serge Haroche et JM Raimond du laboratoire Kastler Brossel, les travaux de Hans Dieter Zeh, de Zurek, de Anton Zeilinger, la quantum state diffusion du professeur Nicolas Gisin et Ian Percival par exemple. Toutefois, la réduction du paquet d'onde reste (à mon avis) à modéliser. Peut-être s'agit-il comme le pense Roger Penrose d'un phénomène de décohérence gravitationnelle (cf Roger Penrose on Gravitational Reduction of the Wave Packet http://dhushara.tripod.com/book/quan...nrose/penr.htm ) ?
    Citation Envoyé par dupo
    Citation Envoyé par chaverondier
    décohérence=annulation très rapide des termes extra-diagonaux de l'opérateur densité réduit du système S1 quand il est exprimé dans la base Hilbertienne préférée de l’Hamiltonien effectif tenant compte de l’appareil de mesure S2 et son environnement.
    Absolument anti-pédagogique !
    Je sais bien, mais un excès de pédagogie donne des messages qui sont trop long et finalement l'information ne passe pas non plus. Du coup, de temps en temps je fais comme ça. Ca permet de développer la réflexion et le débat sur le sujet avec ceux qui connaissent la question. La question qui m’intéresse plus précisément est celle de savoir s’il existe une possibilité de biaiser le hasard quantique (en vue de transmettre de l’information à vitesse supraluminique) et ces discussions m’apportent des liens et des remarques qui me permettent de continuer à réfléchir. Je mets aussi la ou les références qui permettent à ceux qui ne connaissent pas le sujet d'en prendre connaissance s'il les intéresse (ici [1]). Finalement, tout le monde y trouve son compte (en principe).

    Bernard Chaverondier

    [1] Decoherence, the Measurement Problem, and Interpretations of Quantum Mechanics, Maximilian Schlosshauer, Department of Physics, University of Washington, Seattle. Summary : Environment-induced decoherence and superselection have been a subject of intensive research over the past two decades. Yet, their implications for the foundational problems of quantum mechanics, most notably the quantum measurement problem, have remained a matter of great controversy. This paper is intended to clarify key features of the decoherence program, including its more recent results, and to investigate their application and consequences in the context of the main interpretive approaches of quantum mechanics. http://arxiv.org/PS_cache/quant-ph/pdf/0312/0312059.pdf

  12. #9
    dupo

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Les modèles de " décohérence " permettent d'expliquer, dans des cas simples, l'absence de superpositions macroscopiques. Si un petit système (un seul atome) peut être bien isolé de son environnement, il n'en est pas de même pour un système macroscopique. Une aiguille (un chat) est très fortement couplé e à l'univers, par toutes sortes de mécanismes de friction. Ces interactions introduisent un " bruit " qui " brouille " les superpositions quantiques. L'alternative quantique (vivant et mort) se transforme très rapidement en une alternative classique (vivant ou mort). Cette transformation, la décohérence, s'effectue d'autant plus vite que la " distance " entre les états de la superposition est plus grande. Pour des systèmes microscopiques, la cohérence quantique peut " vivre " aussi longtemps que le système lui-même. Pour des systèmes macroscopiques, le temps de décohérence est si court que l'on ne peut observer que le produit final : un chat vivant ou mort, une aiguille dans une position ou une autre.
    qui provient du site du CNRS
    ?????
    avec ce que tu dis:
    La décohérence fait passer l'ensemble système + appareil de mesure + environnement d'un état séparable à un état non séparable.
    un état est non-enchevêtré s'il est séparable.

    ??!! heu, moi j'comprend plus rien du tout ?

  13. #10
    chaverondier

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par CNRS
    Les modèles de " décohérence " permettent d'expliquer, dans des cas simples, l'absence de superpositions macroscopiques. Si un petit système (un seul atome) peut être bien isolé de son environnement, il n'en est pas de même pour un système macroscopique. Une aiguille (un chat) est très fortement couplée à l'univers, par toutes sortes de mécanismes de friction. Ces interactions introduisent un " bruit " qui " brouille " les superpositions quantiques. L'alternative quantique (vivant et mort) se transforme très rapidement en une alternative classique (vivant ou mort). Cette transformation, la décohérence, s'effectue d'autant plus vite que la " distance " entre les états de la superposition est plus grande. Pour des systèmes microscopiques, la cohérence quantique peut " vivre " aussi longtemps que le système lui-même. Pour des systèmes macroscopiques, le temps de décohérence est si court que l'on ne peut observer que le produit final : un chat vivant ou mort, une aiguille dans une position ou une autre.
    Citation Envoyé par dupo
    qui provient du site du CNRS ????? [est-il compatible ?] avec ce que tu dis : un état est non-enchevêtré s'il est séparable.
    Oui
    Citation Envoyé par dupo
    ??!! heu, moi j'comprend plus rien du tout ?
    Dans le morceau de texte ci-dessus, il manque une partie de l'explication qui est nécessaire pour comprendre le processus mesure quantique. Un électron dans un état de spin + selon x, est dans un état de polarisation pur mais superposé selon z (selon cette direction de polarisation l’électron et est à la fois "mort et vivant"). Il est pourtant bien dans un état séparé de l’environnement. Si maintenant on réalise sa mesure quantique avec un polariseur à axe vertical z, très rapidement, il va y avoir décohérence, c'est à dire que la corrélation entre la composante de spin up et la composante de spin down initialement présentes dans son opérateur densité réduit rhô=|+_x><+_x| (sous la forme de termes extradiagonaux figurant dans la représentation de cet opérateur densité dans la base |up_z> et |down_z>) vont s'annuler.

    Pour autant, la corrélation n'a pas disparu. Elle s'est diffusée (de façon unitaire, déterministe et réversible) dans l'appareil de mesure sous forme de corrélation EPR entre l'électron et le polariseur, puis, toujours de façon unitaire, déterministe et réversible, cette corrélation se diffuse du polariseur vers l'environnement. Selon le fameux paradoxe de la chaîne infinie de Von Neumann, la corrélation EPR ne casse jamais et l'électron appartient toujours à deux branches d'univers superposées avec un spin up dans l'une et un spin down dans l'autre. Le système observé n’est alors plus dans un état séparé de l’environnement. Il s’est intriqué avec lui au cours de ce phénomène de décohérence.

    Et pourtant, il existe un moment où l'opérateur densité réduit de l’électron va rebasculer d'un état mixte (dans lequel il n'y a plus cohérence entre composante up et composante down mais où on ne sait toujours pas quel est le spin vertical choisi) état dans lequel il est intrinqué avec l'environnement à un état pur où l'électron aura un spin up ou down bien déterminé. L’électron retombe alors à nouveau dans un état quantique séparé de l’environnement, mais il aura changé de spin. Il était dans un état de spin selon x avant la mesure, il se retrouve dans un état de spin selon z après la mesure.

    Le phénomène de décohérence au cours duquel le système observé s'intrique avec l'appareil de mesure, puis avec l'environnement n'est que la première partie de la mesure (la partie normale et qu'on sait modéliser). La retombée indéterministe et irréversible dans l'état mort ou vif (spin up ou spin down) qui achève la mesure quantique, c'est à dire le phénomène de réduction du paquet d'onde, n'est toujours pas connu et, à ce jour, la seule façon qu'on a trouvée pour le rendre compatible avec la MQ est d'inventer l'hypothèse métaphysique des mondes multiples (sire ! Nous avons besoin de cette hypothèse).

    Penrose n'y croit pas (Roger Penrose on Gravitational Reduction of the Wave Packet http://dhushara.tripod.com/book/quan...nrose/penr.htm ). Il pense que la réduction du paquet d'onde tire son origine d'un phénomène de décohérence gravitationnelle (qui reste à modéliser).

    Pour bien comprendre la problématique de la mesure quantique, il faut lire en détail http://arxiv.org/PS_cache/quant-ph/pdf/0312/0312059.pdf .

    Bernard Chaverondier
    Dernière modification par chaverondier ; 30/05/2005 à 09h41.

  14. #11
    dupo

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    La décohérence fait passer l'ensemble système + appareil de mesure + environnement d'un état séparable à un état non séparable.
    pardon de revenir sur ça ! mais ça c'est ce que tu dis.
    Et j'ai dit qu'un état est non-enchevêtré s'il est séparable.
    ça veut dire que tu dis que la décohérence, c'est la passage d'un état non enchevêtré, à un état enchevêtré de la mécanique quantique.
    Or, on dit que c'est l'état quantique qui est cohérent, et la décohérence fait passer de la cohérence quantique à un état classique.

    Mais tu dis le contraire ?
    Tu me diras, que c'est juste un problème de définition, mais comme je lis souvent, c'est bien la cohérence quantique qui disparait après le phénomène de décohérence.

    bon, ça se trouve, j'ai été dans l'erreur pendant tout ce temps !

  15. #12
    chaverondier

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par chaverondier
    La décohérence fait passer l'ensemble système + appareil de mesure + environnement d'un état séparable à un état non séparable.
    Citation Envoyé par dupo
    Pardon de revenir sur ça ! mais ça c'est ce que tu dis. Et j'ai dit qu'un état est non-enchevêtré s'il est séparable.
    Tout à fait. Dans la situation où le chat serait dans l'état cohérent vivant et mort, le chat est intriqué avec l'atome radioactif et la fiole de poison, mais l'ensemble atome radioactif + fiole de poison + chat est par contre séparé de l'environnement tant que la superposition chat vivant + chat mort est une superposition cohérente (ce qui ne dure pas bien longtemps).
    Citation Envoyé par dupo
    ça veut dire que tu dis que la décohérence, c'est le passage d'un état non enchevêtré, à un état enchevêtré de la mécanique quantique.
    C'est ça. Au départ l'ensemble atome + fiole + chat était dans un état pur (le chat était vivant et mort avec possibilité d'interférence entre ces deux états) mais ça ne dure que très peu de temps. Très rapidement, la cohérence entre état vivant et état mort est détruite par intrication EPR du chat avec l'environnement.
    Citation Envoyé par dupo
    Or, on dit que c'est l'état quantique qui est cohérent, et la décohérence fait passer de la cohérence quantique à un état classique. Mais tu dis le contraire ?
    Non, je ne dis pas le contraire. Ce que je dis est plus complet et plus précis c'est tout.

    Dire que la décohérence fait passer le système d'un état quantique à un état classique n'est pas faux mais c'est d'une part incomplet (il manque l'étape finale : la réduction du paquet d'onde) et d'autre part imprécis (car un état peut-être superposé donc non classique vis à vis d'une observable et non superposé donc classique vis à vis d'une autre).

    C'est comme si on disait (en supposant que j'aie des fruits, du lait, de la farine et du beurre) que pour manger un gâteau il faut le préparer puis le faire cuire. Ce n'est pas suffisant, à la fin il faut quand même bien le manger vraiment et la préparation+cuisson aussi bien décrite soit-elle ne décrit pas cette action finale.

    Pour faire passer le chat de l'état mort et vif à l'état mort ou vif, il faut

    * d'abord la décohérence rapide mais progressive, unitaire, déterministe et réversible provoquant l'intrication avec l'environnement et la perte de cohérence entre les composantes de l'état quantique (s'il s'agit d'un état quantique superposé pour l'observable en jeu),

    * ensuite la désintrication brutale, non unitaire, indéterministe et irréversible, avec retombée du chat dans un état séparé de l'environnement (mais non superposé pour l'observable considérée) par un phénomène de nature inconnue qu'on appelle la réduction du paquet d'onde

    L’incompatibilité entre ces deux phénomènes oblige à inventer l'hypothèse métaphysique des mondes multiples, pirouette qui permet de lever l'incohérence mathématique que l'on a sans cette hypothèse ad-hoc (elle est acceptée par des gens très bien parce-qu’à ce jour on n’a rien de plus sérieux à proposer qui soit mathématiquement cohérent).
    Citation Envoyé par dupo
    Comme je lis souvent, c'est bien la cohérence quantique qui disparaît après le phénomène de décohérence.
    C'est exact. C'est bien pour cela qu'il manque quelque chose : la réduction du paquet d'onde. En effet, l'état final (chat dans un état mort ou chat vif mais "connu" c'est à dire caractérisé par des traces accessibles à l'observation) est à nouveau un état cohérent (son opérateur densité réduit est à nouveau celui d'un état pur, c'est à dire un projecteur de rang un).
    Citation Envoyé par dupo
    bon, si ça se trouve, j'ai été dans l'erreur pendant tout ce temps !
    C'est le cas de beaucoup de monde sur ce sujet pointu. Jette un coup d'oeil sur le papier de Schlosshauer si tu veux vraiment en savoir plus (il est vraiment très intéressant et dresse un panorama assez complet des recherches actuelles sur la mesure quantique)

    Bernard Chaverondier

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  17. #13
    Lévesque

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par chaverondier
    Pour autant, la corrélation n'a pas disparu. Elle s'est diffusée (de façon unitaire, déterministe et réversible) dans l'appareil de mesure sous forme de corrélation EPR entre l'électron et le polariseur, puis, toujours de façon unitaire, déterministe et réversible, cette corrélation se diffuse du polariseur vers l'environnement. Selon le fameux paradoxe de la chaîne infinie de Von Neumann, la corrélation EPR ne casse jamais et l'électron appartient toujours à deux branches d'univers superposées avec un spin up dans l'une et un spin down dans l'autre. Le système observé n’est alors plus dans un état séparé de l’environnement. Il s’est intriqué avec lui au cours de ce phénomène de décohérence.
    Je pense que pour vraiment comprendre le phénomène de décohérence, il faut être en mesure de bien apprécier ce qui est dit ici par Chaverondier. À relire plusieurs fois.

    En fait, Monsieur Chaverondier stoppe sa description de la chaîne infinie au système "environnement". Mais ce n'est pas parce que la description stoppe que la chaîne, elle, stoppe.

    Pour bien comprendre ce qu'est la chaîne infinie de von Neumann, on utilise souvent des ordinateurs. En pratique, un ordinateur peut enregistrer le résultat de mesures et être considéré comme un observateur à part entière (sauf erreur de ma part).

    Disons qu'on oublie le phénomène de décohérence. Imaginons ce qui se produirait sans lui selon la MQ ; nous verrons alors bien son rôle. Le chat de Schrödinger me paraît approprié, malgré que certain sortent leur fusil dès qu'ils l'apperçoivent...

    Donc, on a une système S1 = Atome + Chat + Poison dans une boîte noire. L'atome est dans une superposition d'état intact/désintégré, le poison est dans une superposition d'état non-diffusé/diffusé et le chat dans une superposition d'état vivant/mort. Disons qu'un ordinateur_1 fasse une mesure du rythme cardiaque du chat. Cet ordinateur_1 tombe alors automatiquement dans une superposition d'état "résultat1_1 = Chat vivant" et "résultat2_1 = Chat mort". Disons qu'ensuite un ordinateur_2 mesure l'état de l'ordinateur_1. Alors l'ordinateur_2 tombe automatiquement dans une superposition d'état "résultat1_2 = ordinateur_1 affiche résultat1_1" et "résultat2_2 = ordinateur_1 affiche résultat2_1". On peut ajouter autant d'ordinateurs qu'on veut, complexifier nos apareils, les construire avec des cellules, et en faire des êtres vivants. On se retrouve donc avec un puissant problème. Pourquoi moi, et tous les gens que je connais, ne semblent pas être dans un état que je puisse considérer comme "superposé"? Pourquoi, en plus, les objets qui m'entourent ne semblent pas être dans des états superposés? L'aiguille sur un cadran ne peut pas à la fois se retrouver à la position +10 et à la position -10, peut-importe les unités...

    Le rôle des mondes multiple est justement de lever cette difficultée. Selon cette interprétation, un "univers" est créé pour chaque résultat d'une mesure. Deux univers ont été créés lorsque l'ordinateur_1 a effectué sa mesure sur le chat. Dans l'un d'eux, l'ordinateur_1 affiche un résultat, dans l'autre univers l'ordinateur_1 affiche l'autre résultat. Dans cette chaîne, l'univers se divise en 2 à chaque mesure parce qu'il y a 2 résultats possibles pour la mesure. Il est démontrable qu'il serait impossible pour un être humain d'être conscient d'un carrefour qu'il rencontre, et de chaque passage en un univers donné. À mon goût, cette explication est absolument délicieuse. Comme une histoire si belle qu'on a de la difficulté à croire en sa véracité...

    Pour von Neumann, l'ordinateur n'est pas un observateur à part entière. Il faudrait une conscience pour briser la chaîne de von Neumann. La brisure de la chaîne, c'est la réduction du paquet d'onde. Le chat est dans une superposition de deux états (n'oubliez pas, on suppose que le phénomène de décohérence n'existe pas) et cet état est réduit à mort OU vivant par la prise de conscience de cet état par un être "doué de conscience".

    Pour comprendre la décohérence, il faut supposer qu'à un certain niveau (de taille, de masse, de nombre de niveau d'énergie...aucune idée!) les objets subissent une telle influence de leur environnement que leur état superposé est réduit en un état pur en très peu de temps. L'atome a le droit d'être dans un état superposé, mais si on en ajoute, qu'on augmente la taille (ou autre paramètre à déterminer) du système, à un certain point, l'objet obtenu n'a plus le droit d'être dans un état superposé. Il interragirait trop avec son environnement pour avoir ce droit. La chaîne de von Neumann se briserait donc naturellement en un point précis entre le niveau quantique et le niveau classique. On explique alors pourquoi nous n'observons jamais d'états superposés à l'échelle humaine. Ce qu'il faut modéliser, c'est ce qui se passe exactement entre l'environnement et l'objet pour qu'il perde son droit d'état superposé.

    Je laisse les spécialistes compléter. J'avoue que je comprends au fur et à mesure que j'explique... J'espère ne pas avoir écrit trop de stupidités, il se fait tard

    A+

    Simon

  18. #14
    chaverondier

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par Lévesque
    Disons qu'on oublie le phénomène de décohérence.
    Dans la suite, ce que vous proposez d'oublier n'est pas la décohérence mais au contraire la réduction du paquet d'onde.
    Citation Envoyé par Lévesque
    Imaginons ce qui se produirait sans lui selon la MQ ;
    Imaginons ce qui se produirait sans la réduction du paquet d'onde selon la MQ ;
    Citation Envoyé par Lévesque
    Le rôle des mondes multiple est justement de lever cette difficulté. Selon cette interprétation, un "univers" est créé pour chaque résultat d'une mesure. À mon goût, cette explication est absolument délicieuse. Comme une histoire si belle qu'on a de la difficulté à croire en sa véracité...
    Seule l'exigence de cohérence mathématique la supporte. Elle n'a aucune possibilité de réfutation expérimentale. C'est donc une hypothèse métaphysique. C'est l'hypothèse métaphysique la plus simple, qui permette de casser la chaîne infinie de Von Neumann (pour refléter le fait que l'on observe un résultat de mesure et non une superposition de résultats de mesure) sans provoquer d’incohérence mathématique. Dans l'hypothèse des mondes multiples, l'évolution du "méta-univers" multi-branches reste en effet tout le temps unitaire et déterministe.
    Citation Envoyé par Lévesque
    N'oubliez pas, on suppose que le phénomène de décohérence n'existe pas.
    C'est au contraire la réduction du paquet d'onde (et non la décohérence) dont vous supposez l'inexistence dans votre explication.
    Citation Envoyé par Lévesque
    Pour comprendre la décohérence…
    Pour comprendre la mesure quantique, pas la décohérence.
    Citation Envoyé par Lévesque
    Il faut supposer qu'à un certain niveau la chaîne de Von Neumann se briserait naturellement en un point précis entre le niveau quantique et le niveau classique.
    Une hypothèse envisagée (notamment par Penrose, mais il n'est pas le seul [1] [2] ) c'est que cela se produirait aux environs de la masse de Planck (22 micro-grammes) par interaction avec le fond de rayonnement gravitationnel.

    Bernard Chaverondier

    [1] Décohérence gravitationnelle
    http://arachne.spectro.jussieu.fr/Vacuum/Decoherence/

    [2] Roger Penrose, On Gravitational Reduction of the Wave Packet
    http://dhushara.tripod.com/book/quan...nrose/penr.htm

  19. #15
    dupo

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Donc, on a une système S1 = Atome + Chat + Poison dans une boîte noire. L'atome est dans une superposition d'état intact/désintégré, le poison est dans une superposition d'état non-diffusé/diffusé et le chat dans une superposition d'état vivant/mort.
    pour prolonger la discussion !
    heuu, je trouve vraiment artificiel de dire que tel objet est dans une superposition de tel états. Parce que je veux bien qu'on considère le chat, le poison, mais pour moi l'hamiltonien du poison, je ne sais pas c'est quoi en terme de variable canonique, et je ne connais ses états propres, donc, je ne sais pas du tout, quelles sont les états possibles de ce système.

    Bon, parce que pour moi, c'est comme si je dis:" soit un électron, il est dans l'état: près de moi , ou loin de moi. Alors, l'électron est dans une superposistion d'état près de moi, et loin de moi. Ben, j'aimerais bien savoir c'est la valeur moyenne de la position dans un de ces états !

    Et si le chat en fait c'est un spin...ben, je ne pense pas que toute mesure quantique soit une interaction entre spin.
    Enfin, voilà, faut que je lise le papier sur la mesure quantique,vite

    Enfin, je sais pas , ai-je un esprit trop étroit, et contradictoire ?
    certainement !

  20. #16
    dupo

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    et concernant l'intrication:
    dans de grand système de qu-bits, on montre que les qu-bits disparaissent à cause de l'apparition d'un chaos quantique.
    Enfin, pour moi, ça montre qu'au moins dans ce système, les intrications disparaissent bien avant la mesure, et qu'au final on mesure des valeurs quasi classique.
    La mesure ici, n'interviendrait pas, il faudrait que j'ai le temps de voir ça plus en détail, pffff, bon, allez, je quitte le sujet !

  21. #17
    Floris

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Bonjour: Ma question n'est pas vraiment scientifique. Mais simplement, j'aimerais savoir une chose ou plutôt connaitre votre point de vue. L'hypothèse des mondes multiples n'est t'elle pas un moyen had-oc ou une façon de voir ce phénomène avec le sens commun?
    Encore désolé pour cet interuption. Merci à vous.
    Cordialement
    Flo

  22. #18
    Lévesque

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par chaverondier
    La décohérence fait passer l'ensemble système + appareil de mesure + environnement d'un état séparable à un état non séparable.
    Citation Envoyé par dupo
    Pardon de revenir sur ça ! mais ça c'est ce que tu dis. Et j'ai dit qu'un état est non-enchevêtré s'il est séparable.
    Citation Envoyé par chaverondier
    Tout à fait. Dans la situation où le chat serait dans l'état cohérent vivant et mort, le chat est intriqué avec l'atome radioactif et la fiole de poison, mais l'ensemble atome radioactif + fiole de poison + chat est par contre séparé de l'environnement tant que la superposition chat vivant + chat mort est une superposition cohérente (ce qui ne dure pas bien longtemps). C'est ça.
    J'ai l'impression que dupo utilise le mot "séparable" dans le sens que le système atome radioactif + fiole de poison + chat comprend trois éléments distincts : séparables. D'un autre côté, il semble que Monsieur Chaverondier utilise le mot "séparable" dans le sens que le système atome radioactif + fiole de poison + chat est isolé de son environnement : séparable.

    Je me trompe?

  23. Publicité
  24. #19
    Lévesque

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par chaverondier
    Dans la suite, ce que vous proposez d'oublier n'est pas la décohérence mais au contraire la réduction du paquet d'onde.
    Quel effet la décohérence a-t-elle sur le paquet d'onde du système chat + fiole + atome? En termes simples, ça casse l'intrication entre ces trois objets, ou bien ça réduit le paquet d'onde de l'objet "Chat" parce que celui-ci est un objet classique? Si ça réduit le paquet d'onde, alors je ne comprends pas votre remarque. Il faudrait m'expliquer plus en profondeur.

    Supposons un atome d'hydrogène, dans un superposition d'état de deux niveaux d'énergies. Ce que je crois comprendre, c'est que si le phénomène de décohérence n'affecte pas l'atome, alors celui-ci existe dans un état superposé d'énergies (il est isolé de l'environnement). Si, par la pensée, j'introduit de la décohérence causée par l'environnement, alors le paquet d'onde est réduit et après cet instant, l'atome existe dans un état d'énergie bien défini.

    Ça ressemble à ce que vous dites:
    Citation Envoyé par chaverondier
    Au départ l'ensemble atome + fiole + chat était dans un état pur (le chat était vivant et mort avec possibilité d'interférence entre ces deux états) mais ça ne dure que très peu de temps. Très rapidement, la cohérence entre état vivant et état mort est détruite par intrication EPR du chat avec l'environnement.
    Donc, le phénomène de réduction du paquet d'onde peut exister dans mon exemple, seulement il ne peut pas être causé par une "décohérence" causée par l'environnement. La preuve: j'ai conservé le même exemple et ajouté l'hypothèse de von Neumann. Il peut alors y avoir réduction du paquet d'onde, par une certaine prise de conscience, malgré que la décohérence n'en soit pas la cause. Le chat est dans un état superposé tant que personne n'a ouvert la boite.

    Justement, l'introduction du phénomène de décohérence a été inventé pour donner une explication au fait que le paquet d'onde de tous les objets classiques est réduit. Donc, j'ai l'impression que l'utilisation du mot "contraire" dans votre énoncé :
    Citation Envoyé par chaverondier
    Dans la suite, ce que vous proposez d'oublier n'est pas la décohérence mais au contraire la réduction du paquet d'onde.
    me rend tout à fait confu.

  25. #20
    Lévesque

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par dupo
    pour prolonger la discussion !
    heuu, je trouve vraiment artificiel de dire que tel objet est dans une superposition de tel états.
    Tout le reste de votre texte tend à montrer que l'utilisation d'un objet dans une superposition de deux états ne semble pas intuitif.

    Un atome d'hydrogène dans un état superposé de 2 énergies, ça vous irait? Si vous mesurez l'énergie de l'atome avec un petit amas d'atomes, qui conserve l'information, alors ce petit amas d'atome se retrouve dans une superposition de deux états (au minimum). Vous pourriez prendre un autre paquet d'atomes, puis un autre et ainsi de suite, conservant toujours l'information sur l'état de l'atome d'hydrogène, j'usqu'à un cadran qui indique "niveau fondamental" ou "premier niveau". Vous faites ensuite une série de mesures, toujours sur des atomes d'hydrogènes dans cet état superposé d'énergies. À chaque fois, vous trouvez soit "niveau fondamental" soit "premier niveau", rien d'autre. Cependant, on sait que l'atome était dans un état superposé avant la mesure. À quel endroit dans la chaine de paquets d'atomes (le 2e? le 1000e? à celui qui a telle masse? dans le cadran? entre le cadran et l'humain? dans le cerveau de l'humain?) la brisure se produit-elle?

    Vous devez, pour éviter le paradoxe, fixer un endroit (la coupure) clair, vérifiable expérimentalement, où la chaine d'objets quantiques s'arrête, pour devenir des objets classiques. Parce que l'observation du résultat de la mesure donne toujours soit "niveau fondamental", soit "premier niveau" (état classique), alors que l'atome était dans une combinaison de deux états avant la mesure (état quantique). Cette "coupure" doit se trouver entre l'objet quantique (pouvant exister dans un état superposé) et un objet classique (n'ayant pas le privilège d'être dans un état superposé).
    Dernière modification par Lévesque ; 01/06/2005 à 05h04.

  26. #21
    chaverondier

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par Lévesque
    Quel effet la décohérence a-t-elle sur le paquet d'onde du système chat + fiole + atome ? En termes simples, ça casse l'intrication entre ces trois objets ?
    Pas du tout. La décohérence intrique d'abord l'atome radioactif avec la fiole de poison, puis propage l'intrication au chat, puis intrique l'ensemble atome+fiole+chat avec l'environnement proche et ainsi de suite. Si on rejette l'hypothèse du phénomène de réduction du paquet d'onde alors, de proche en proche, la décohérence propage par intrication la superposition d'état de l’atome radioactif (|désintégré>+|pas désintégré>) à l'ensemble de l'univers. L’univers avec tous les observateurs qu’il contient se retrouve « coupé en deux ».

    Appliqué à la mesure d'énergie d'un atome dans la superposition |état fondamental>+|état excité> tous les observateurs sont alors dans deux états (un état dans chaque branche d’univers). Pour chaque observateur initial
    * un observateur se retrouve dans un état (dans une branche d'univers) où il observe le niveau fondamental,
    * une « copie » de cet observateur est dans un état où il observe le niveau excité.

    Une autre hypothèse (plus raisonnable mais restant à modéliser puis à valider) consiste à envisager au contraire que le phénomène de réduction du paquet d’onde existe et stoppe la propagation du phénomène de décohérence aux environs d'objets de taille comparable à une celle d’une petite puce (c’est à dire quand la masse du système intriqué par propagation de la décohérence atteint environ la masse de Planck soit 22 microgrammes).
    Citation Envoyé par Lévesque
    Justement, l'introduction du phénomène de décohérence a été inventée pour donner une explication au fait que le paquet d'onde de tous les objets classiques est réduit.
    La décohérence n'a pas été inventée. Elle découle mathématiquement de la dynamique quantique. En outre, elle a été observée expérimentalement et son action provoque des effets qui sont diamétralement opposés à ceux de la réduction du paquet d’onde.

    Mathématiquement, la décohérence se traduit par le passage de l'opérateur densité réduit du système observé d'un état pur (projecteur de rang 1 et de trace 1) à un état mixte (somme pondérée de projecteurs de rang 1 gardant la même diagonale). Ce nouvel état est obtenu par une annulation dynamique très rapide des termes extradiagonaux de l'opérateur densité réduit du système observé lors de l'interaction de l'appareil de mesure avec l'environnement (si cet opérateur densité réduit est exprimé dans la base des vecteurs propres de l'observable mesurée).

    C'est au contraire l'hypothèse de réduction du paquet d'onde qui a été rajoutée pour tenir compte de ce qu'on observe (une seule valeur de l'observable et non plusieurs) mais sans que l'on sache modéliser sa cause et le moment où le phénomène de réduction du paquet d'onde casse la propagation du phénomène de décohérence en faisant retomber le système observé dans un état pur (repassage instantané, indéterministe et irréversible de l'opérateur densité réduit d'un état mixte à un état pur, donc avec création d'information, c'est à dire « tout le contraire » du phénomène de décohérence).

    Bernard Chaverondier

  27. #22
    Magellan

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par chaverondier Voir le message
    Tout à fait. Dans la situation où le chat serait dans l'état cohérent vivant et mort, le chat est intriqué avec l'atome radioactif et la fiole de poison, mais l'ensemble atome radioactif + fiole de poison + chat est par contre séparé de l'environnement tant que la superposition chat vivant + chat mort est une superposition cohérente (ce qui ne dure pas bien longtemps). C'est ça. Au départ l'ensemble atome + fiole + chat était dans un état pur (le chat était vivant et mort avec possibilité d'interférence entre ces deux états) mais ça ne dure que très peu de temps. Très rapidement, la cohérence entre état vivant et état mort est détruite par intrication EPR du chat avec l'environnement.Non, je ne dis pas le contraire. Ce que je dis est plus complet et plus précis c'est tout.

    Dire que la décohérence fait passer le système d'un état quantique à un état classique n'est pas faux mais c'est d'une part incomplet (il manque l'étape finale : la réduction du paquet d'onde) et d'autre part imprécis (car un état peut-être superposé donc non classique vis à vis d'une observable et non superposé donc classique vis à vis d'une autre).

    C'est comme si on disait (en supposant que j'aie des fruits, du lait, de la farine et du beurre) que pour manger un gâteau il faut le préparer puis le faire cuire. Ce n'est pas suffisant, à la fin il faut quand même bien le manger vraiment et la préparation+cuisson aussi bien décrite soit-elle ne décrit pas cette action finale.

    Pour faire passer le chat de l'état mort et vif à l'état mort ou vif, il faut

    * d'abord la décohérence rapide mais progressive, unitaire, déterministe et réversible provoquant l'intrication avec l'environnement et la perte de cohérence entre les composantes de l'état quantique (s'il s'agit d'un état quantique superposé pour l'observable en jeu),

    * ensuite la désintrication brutale, non unitaire, indéterministe et irréversible, avec retombée du chat dans un état séparé de l'environnement (mais non superposé pour l'observable considérée) par un phénomène de nature inconnue qu'on appelle la réduction du paquet d'onde

    L’incompatibilité entre ces deux phénomènes oblige à inventer l'hypothèse métaphysique des mondes multiples, pirouette qui permet de lever l'incohérence mathématique que l'on a sans cette hypothèse ad-hoc (elle est acceptée par des gens très bien parce-qu’à ce jour on n’a rien de plus sérieux à proposer qui soit mathématiquement cohérent). C'est exact. C'est bien pour cela qu'il manque quelque chose : la réduction du paquet d'onde. En effet, l'état final (chat dans un état mort ou chat vif mais "connu" c'est à dire caractérisé par des traces accessibles à l'observation) est à nouveau un état cohérent (son opérateur densité réduit est à nouveau celui d'un état pur, c'est à dire un projecteur de rang un).C'est le cas de beaucoup de monde sur ce sujet pointu. Jette un coup d'oeil sur le papier de Schlosshauer si tu veux vraiment en savoir plus (il est vraiment très intéressant et dresse un panorama assez complet des recherches actuelles sur la mesure quantique)

    Bernard Chaverondier
    Je tombe très tard dans cette discussion et n'ai qu'une seule petite question à poser : cette fameuse réduction du paquet d'onde n'est-elle pas un "effet normal" de la mesure, un état final "obligé" de la réalité ??? Comment cette réduction du paquet d'onde est-elle si inconnue ou inexplicable ?

  28. #23
    Magellan

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    Citation Envoyé par chaverondier Voir le message
    ....Le phénomène de décohérence au cours duquel le système observé s'intrique avec l'appareil de mesure, puis avec l'environnement n'est que la première partie de la mesure (la partie normale et qu'on sait modéliser). La retombée indéterministe et irréversible dans l'état mort ou vif (spin up ou spin down) qui achève la mesure quantique, c'est à dire le phénomène de réduction du paquet d'onde, n'est toujours pas connu et, à ce jour, la seule façon qu'on a trouvée pour le rendre compatible avec la MQ est d'inventer l'hypothèse métaphysique des mondes multiples (sire ! Nous avons besoin de cette hypothèse).
    Bernard Chaverondier
    Cela apparaît pourtant comme le choix de la facilité. Pour expliquer un spin up et un spin down intriqués, on les situe dans deux mondes multiples séparés puisqu'ils ne peuvent être ensemble dans un seul même monde !!! Mais notre univers pourrait peut-être suivre une logique floue ou le oui et non coexistent en même temps ???? Ou avoir une autre explication §voir penrose) ?

  29. #24
    LAZAR

    Re : notion de cohérence et d'incohérence en physique quantique

    notre univers pourrait peut-être suivre une logique floue ou le oui et non coexistent en même temps ????
    Je sais pas, mais de là à exhumer un topic de 7 ans ....

    lazar

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