Décohérence et irréversibilité

[invitebf2c1540]

La décohérence quantique implique une irréversibilité temporelle (puisque les termes correspondant aux interférences diminuent exponentiellement avec le temps).

Comment est-ce possible sachant que les lois de la physique quantique sont toutes réversibles ?

Quelle est le mécanisme exacte de la décohérence ? Peut-on l'utiliser pour expliquer que dans une expérience des fentes de young, les interférences disparaissent si on mesure le passage d'un électron par l'une des fentes ?

La décohérence fonctionne-t-elle avec un environnement qui serait dans une superposition d'état, ou faut-il partir du principe que l'environnement est dans un état "classique" ?
-----

[invite0fa82544]

La décohérence quantique implique une irréversibilité temporelle (puisque les termes correspondant aux interférences diminuent exponentiellement avec le temps).

Comment est-ce possible sachant que les lois de la physique quantique sont toutes réversibles ?

Quelle est le mécanisme exacte de la décohérence ? Peut-on l'utiliser pour expliquer que dans une expérience des fentes de young, les interférences disparaissent si on mesure le passage d'un électron par l'une des fentes ?

La décohérence fonctionne-t-elle avec un environnement qui serait dans une superposition d'état, ou faut-il partir du principe que l'environnement est dans un état "classique" ?

Les équations fondamentales (Schrödinger par exemple) sont en effet invariantes dans le renversement du temps. Toutefois, quand on somme sur une partie des degrés de liberté d'un système, les équations dynamiques pour les autres degrés de liberté peuvent ne plus l'être.
Un exemple classique : le traitement quantique complet d'un atome couplé au champ électromagnétique, qui met en évidence la durée de vie finie de l'atome, et donc son évolution irréversible.
Il en va d'alleurs de même en Physique classique, quand on couple un petit système à un gros, et que l'on prend la limite thermodynamique.
La théorie de la décohérence implique justement la participation d'un nombre infini de degrés de liberté.
La discussion physique de la notion d'irréversibilité repose sur l'analyse des échelles de temps. Quand l'une d'entre elles diverge (exemple : le temps de Poincaré d'un système à une infinité de degrés de liberté), on est fondé à parler d'irréversibilité.
Le fait est que tout passage à la limite peut faire perdre certaines propriétés : une somme finie de fonctions analytiques est analytique, la série correspondante peut ne pas l'être (penser à la fonction de partition d'un système critique).
De surcroît, la considération parfois nécessaire de plusieurs limites exige de bien préciser la problématique physique, car les différents processus de limite ne commutent pas toujours (exemple : brisure d'ergodicité pour un ferromagnétique)

[invitebf2c1540]

Est-ce qu'il s'agit finalement d'une irréversibilité de la même nature que l'irréversibilité de la thermodynamique, c'est à dire fondée sur la contingence des événements (d'un état improbable vers un état plus probable) ?

[Deedee81]

Salut,

Est-ce qu'il s'agit finalement d'une irréversibilité de la même nature que l'irréversibilité de la thermodynamique, c'est à dire fondée sur la contingence des événements (d'un état improbable vers un état plus probable) ?

Oui.

D'ailleurs les calculs montrent que la décohérence est réversible. Les états "non diagonaux" restent présents mais intriqués à travers l'environnement (ce n'est que la matrice réduite qui se décohère, le système global reste décrit de manière unitaire sans disparition de la cohérence). Et après un temps (virtuellement collosal) le système (réduit, c'est-à-dire le système observé) peut revenir à son état cohérent.

C'est uniquement le nombre élevé et (a priori et initialement) aléatoire des micro états de l'environnement qui introduit cette irréversibilité.

C'est typiquement le même genre de mécanisme qu'en thermodynamique. On y fait d'ailleurs des hypothèses analogues sur l'environnement (distributions gaussiennes des états, etc.).

Ce mécanisme n'en reste pas moins très important pour expliquer la classicalité et l'apparente irréversibilité de la mesure (réduction irréversible de la fonction d'onde).

Par contre, sur l'origine fondamentale de l'irréversibilité, cela n'apporte aucune aide.

Il y a beaucoup d'articles intéressants sur le sujet et souvent abordables sur ArXiv. Faut faire quelques recherches.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebf2c1540]

Merci pour vos réponses très éclairante.
Mais du coup je m'interroge : la décohérence ne suppose-t-elle pas que l'environnement, lui, est dans un état "classique" ? Est-ce qu'il ne s'agit pas d'un raisonnement circulaire ?

[Deedee81]

Salut,

Mais du coup je m'interroge : la décohérence ne suppose-t-elle pas que l'environnement, lui, est dans un état "classique" ? Est-ce qu'il ne s'agit pas d'un raisonnement circulaire ?

Non. C'est ça qui est beau dans ce mécanisme. La "classicalité" en émerge assez naturellement (il faut bien entendu, pour bien comprendre l'émergence de la classicalité, tenir compte aussi des effets liés aux grands nombres, du principe de correspondance,... C'est complexe et tout n'est pas encore bien compris).

Si ça t'intéresse, voici un article fort intéressant sur la décohérence (pas vraiment sur l'irréversibilité)
http://xxx.lanl.gov/abs/quant-ph/0312059
La section III.F est un peu bizarre, mais tout le reste constitue une excellente introduction au sujet. Il explore même le statut des interprétations de la MQ. C'es très abordable (il faut connaitre les notations de la MQ et leur signification, Wikipedia peut aider pour cela, mais pour le reste les calculs y restent à un niveau élémentaire).

Pour l'irréversibilité, il y a l'incontournable livre du docteur Zeh.
http://www.rzuser.uni-heidelberg.de/...ime-direction/