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MQ: dualité onde-corpuscule, décohérence et matière noire



  1. #1
    tguiot

    MQ: dualité onde-corpuscule, décohérence et matière noire


    ------

    Je parcourais avec grand intérêt quelques articles sur la fameuse expérience des fentes d'Young, son implication sur la dualité onde-corpuscule, et du coup sur les différentes écoles d'interprétation des postulats de la mécanique quantique.
    Ca ne peut manquer de faire réfléchir à certaines questions.

    Je m'en posais donc quelques-unes, et j'espérais trouver des gens plus au fait que moi pour me guider dans la réflexion.

    Voici donc quelques idées de profane.

    Dans une version "moderne" de l'expérience des fentes d'Young, le dispositif source est capable d'envoyer des électrons "un par un", de tel sorte qu'on voit apparaître des points petit à petit sur le détecteur, ces points formant donc une figure d'interférence au fur et à mesure que les électrons arrivent. Habituellement, on a donc tendance à s'étonner de la conclusion, sans doute pas suffisamment réfléchie, que les électrons sont "à la fois onde et corpuscule".
    Face à cette conclusion rapide, je serais tenté par une approche positiviste, surtout le courant wittgensteinien (celle qui dit, d'après le philosophe Wittgenstein, que j'aime beaucoup, que les problèmes sont en fait mal posées à cause des limites du langage, et qu'en fait il n'y a pas de problème)

    Ce qui étonne davantage, c'est que lorsqu'on cherche à détecter par quel fente passe l'électron (et l'interféromètre donne effectivement un lieu de passage), alors on perd la figure d'interférence.
    Ici, je préfère l'approche de la décohérence; qui permet d'ailleurs un nouveau regard sur la figure d'interférence précédente.

    En effet, si la mesure, ou de façon plus générale une interaction avec l'environnement, provoque la décohérence (si j'ai bien compris, l'effondrement de la fonction d'onde décrivant la superposition d'états en un seul état déterminé), alors on peut tout à fait s'attendre à ce que:
    1. l'électron avant interaction est un objet quantique "pur", la fonction d'onde le décrit entièrement et il est dans une superposition d'états.
    2. Lorsqu'il touche le détecteur, par définition, il interagit et s'effondre donc en un état déterminé, ici avec une position dont la probabilité sera décrite par la fonction d'onde, et on obtient donc bien, avec un nombre suffisamment grand de détections, une figure d'interférence.
    3. Lorsque l'électron est mesuré au passage de la fente, il s'effondre également, perd sa superposition d'états, et ne peut plus que continuer dans la direction qui lui a été "imposée" par la mesure. Du coup, la figure d'interférence disparaît.

    Tout ça me parait acceptable, avec un peu d'habitude.

    Mais ce qui me chipote réellement c'est le fait que, sans interaction avec l'environnement, que ce soit l'interféromètre ou bien l'écran de détection, comment sait-on que l'électron est "là" (c'est-à-dire un peu partout à la fois puisqu'il est en superposition d'états) ?
    Peut-on dire, en d'autres termes, que tout ce qui est observable, mesurable, a perdu ses propriétés de superposition?
    Est-on capable "d'observer" un objet quantique avant décohérence? Est-ce même possible par définition?

    Je ne connais pas la réponse à ces questions, mais j'avais l'impression a priori que mon intuition ne me paraissait pas insensée. Le monde observable est "déterminé" parce qu'un objet quantique "pur" est de toute façon non observable; il ne le sera que lorsqu'il aura interagi avec un instrument de mesure quelconque, lequel lui fera perdre sa superposition d'états, et il deviendra alors un objet déterminé.

    Mais un électron quantique pur "existe" quand même. On ne pourrait le voir, le mesurer, mais il a quand même une énergie, une masse. Lui aussi courbe l'espace-temps.
    Puisqu'il n'y aurait aucun moyen pour nous de savoir quelle quantité de matière existe toujours sous forme quantique pure (de nouveau, j'entends par là en état "non décohéré", en superposition d'états), ne se pourrait-il pas que la fameuse matière noire, censée rendre compte de la courbure de l'univers, trop grande pour être due uniquement à la matière observée, soit simplement de la matière "quantique pure" ? De la matière qui ne peut être observée par définition (ou qui, si elle l'était, rentrerait automatiquement dans la catégorie "univers observable") mais qui serait quand même là et participerait à la courbure de l'univers...


    Que penser de ces élucubrations ?

    -----
    Dernière modification par tguiot ; 02/12/2010 à 22h34.

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  4. #2
    invité6543212033

    Re : MQ: dualité onde-corpuscule, décohérence et matière noire

    Salut !

    Pas mal, j'avais en quelque sorte imaginé la matière noire sous cet angle ... !
    Cependant et çà tombe bien avec l'actualité, il se pourrait que la matière noire soit en fait de l'antimatière baryonique et àmha en superposition d'états ... ...
    Et il n'y a pas d'interactions électromagnétique avec la matière noire sinon, eh bien, ... elle ne serait plus noire !!!

    Sinon ce qu'il faut bien comprendre, c'est qu'en MQ les trajectoires n'existent pas : c'est pour çà qu'on dit : "ici et/ou là-bas !" !

    Cordialement,

  5. #3
    skeptikos

    Re : MQ: dualité onde-corpuscule, décohérence et matière noire

    Bonsoir,
    L'électron non décohéré est rendu visible par interaction avec un photon. Pourquoi en serait-il autrement avec une matière noire non décohérée? La caractéristique principale de la matière, à part son aspect gravitationnel, est justement de ne pas(sensiblement) interagir avec les photons quel que soit leur énergie.
    @+

  6. #4
    tguiot

    Re : MQ: dualité onde-corpuscule, décohérence et matière noire

    Merci pour vos contributions.

    Je voudrais aller plus loin dans la réflexion des paradoxes apparents de la MQ: le choix retardé.

    Une version des fentes de Young permet au photon de prendre deux chemins différents avant d'atteindre le détecteur. Sur chacun des chemins, on peut placer un dispositif qui découple le photon en deux photons de longueur d'onde double, sans perdre l'état quantique de ces deux photons. De cette paire créée, l'un continue son chemin comme prévu vers le détecteur, l'autre est dirigée ailleurs, éventuellement vers un appareil de mesure, lequel nous permettrait de savoir par quel chemin le photon est passé.

    On connaît, après la fameuse expérience d'Alain Aspect le phénomène d'intrication quantique: ainsi, si le second photon crée est mesuré, il perd sa superposition, et automatiquement, le premier photon, avec lequel il est intriqué, fait de même. Du coup, plus de figure d'interférence...
    On en déduit une phénomène non local. C'est pas facile à admettre mais soit.

    Là où ça devient franchement tordu, c'est lorsque l'appareil de mesure est placé de telle sorte que la mesure du photon n°2 se déroule bien après l'arrivée du photon n°1, et pourtant la figure d'interférence disparait également! Comme si P1 "savait à l'avance" que P2 allait être mesuré.
    Et de fait, si on observe pas P2, on a de nouveau la figure d'interférence.

    Le "choix retardé" m'embête...

    Car il me donne l'impression de pouvoir récolter des informations du futur.

    Imaginons le dispositif suivant: le même que j'ai décrit ci-dessus, sauf que P2 parcourrait un chemin très très long, par exemple en étant "enfermé" dans une sorte d'accélérateur de particules, où il tournerait sans cesse tant qu'on décide pas d'ouvrir le dispositif.

    On pourrait alors imaginer de faire tourner P2 pendant un jour entier, même plusieurs jours si on veut. Que se passerait-il alors si, lorsqu'on décide de le laisser sortir de sa prison, on place ou non un appareil de mesure en fonction d'une information (par exemple pile ou face, ou bien pari sur un match de sport).

    On pourrait procéder ainsi:
    - on lance la source le vendredi.
    - le photon P2 tourne jusqu'au samedi soir, jour d'un grand match de foot.
    - on demande à un physicien de placer un appareil de mesure si l'équipe A gagne, et de ne rien mettre si l'équipe B gagne.
    - puisque la mesure ou non de P2 rétroagit sur la figure que forme P1, le physicien du vendredi saura si l'équipe A ou B va gagner: s'il n'y a pas de figure d'interférence, c'est que P2 aura été mesuré le samedi et c'est donc A qui a gagné; s'il y a une figure d'interférence, c'est que P2 n'a pas été observé, et c'est donc B qui a gagné le match. Il n'a plus qu'à faire ses paris et se faire un max de blé.

    Il y a d'office quelque chose qui cloche là-dedans, car je ne peux pas être le premier à avoir pensé à qqc de similaire. Mais où est l'os?

    ...

  7. A voir en vidéo sur Futura

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