Mesure et décohérence

[inviteb14aa229]

Bonjour,

Après avoir lu je ne sais combien d'articles de vulgarisation sur la MQ, je me rends compte que je n'ai toujours pas compris comment fonctionnaient le phénomène de la mesure et la fameuse "réduction du paquet d'ondes".

Considérons un Système 1. Il peut prendre plusieurs états possibles. Effectuons dessus une mesure avec un Appareil, c'est-à-dire créons une interaction entre le Système 1 et l'Appareil.
Avant la mesure par l'Appareil, le Système 1 est dans un état superposé. Après la mesure, il est "réduit" à l'un de ses états possibles.

Or, on peut dire aussi que l'ensemble {Système 1 + Appareil} forme un Grand Système 2 qui est lui aussi dans un état superposé. Qu'est-ce qui réduit l'état superposé du Grand Système 2 ?
On parle alors de la présence de l'Observateur ou de l'Environnement, ce qui crée cette fois une interaction entre le Grand Système 2 et l'Environnement. Mais on peut dire encore que l'ensemble {Système 1 + Appareil + Observateur + Environnement} forme un Mega Système 3, lui encore dans un état superposé.
Où se fait donc au bout du compte la réduction ? Il se produirait "quelque part" une réduction "en interne" et non plus par une interaction avec un système externe ? Est-ce cela la Décohérence ?

Si une âme éminemment pédagogue pouvait m'aider à y voir clair, d'avance un grand merci.
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[Deedee81]

Salut,

Si une âme éminemment pédagogue pouvait m'aider à y voir clair, d'avance un grand merci.

Je ne suis pas le plus grand pédagogue du monde, mais tu peux toujours aller voir ça :
http://www.scribd.com/doc/50186881/C...ntique-Tome-VI
(théorèmes sur la MQ, décohérence)

http://www.scribd.com/doc/50186918/M...tique-Tome-VII
(+ addendum)
(interprétations de la MQ)

[inviteb14aa229]

Merci Deedee pour ces deux liens.

tu peux toujours aller voir ça :
http://www.scribd.com/doc/50186881/C...ntique-Tome-VI
(théorèmes sur la MQ, décohérence)

C'est du trapu !

http://www.scribd.com/doc/50186918/M...tique-Tome-VII
(+ addendum)
(interprétations de la MQ)

C'est plus abordable pour un profane.
Cela existe en librairie, ou il faut faire une impression du site ?

[Deedee81]

Cela existe en librairie, ou il faut faire une impression du site ?

Je n'ai pas publié, il faut donc imprimer depuis le site (ou télécharger)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

Je n'ai pas publié, il faut donc imprimer depuis le site (ou télécharger)

J'ai essayé deux fois, dans le temps. Pas réussi.

Publié, on pourrait le commander. D'accord, ça coûte, mais au moins on ne s'énerve pas.

[Amanuensis]

Je vais essayer quelques réponses, ça manque un peu ; même si je ne réponds pas au critère de "éminemment pédagogue".

Après avoir lu je ne sais combien d'articles de vulgarisation sur la MQ, je me rends compte que je n'ai toujours pas compris comment fonctionnaient le phénomène de la mesure et la fameuse "réduction du paquet d'ondes".

À ce que je lis, personne n'a jamais compris, cela reste un point difficile de la physique quantique.

Or, on peut dire aussi que l'ensemble {Système 1 + Appareil} forme un Grand Système 2 qui est lui aussi dans un état superposé. Qu'est-ce qui réduit l'état superposé du Grand Système 2 ?

Un autre appareil ou observateur. On obtient en continuant ce qu'on appelle une chaîne de von Neumann.

Il se produirait "quelque part" une réduction "en interne" et non plus par une interaction avec un système externe ? Est-ce cela la Décohérence ?

Non. La décohérence permet de retrouver l'apparence d'une réduction (comme le dit le wiki anglophone), mais ne décrit pas une réduction. La décohérence est juste une propriété particulière des solutions de la physique quantique quand il y a plein de degrés de liberté. L'apparence de réduction s'applique à un sous-système, mais la solution complète, y compris les degrés de liberté de l'environnement reste superposée ("cohérente"). L'oubli volontaire de "l'état" de l'environnement donne un résultat similaire à une réduction.

La décohérence ne change pas grand chose à la question de la mesure, mais elle "peut" expliquer que le système environnement+observateur+ce qui est mesuré est tel que l'observateur "perçoit" une mesure précise alors que le système complet est dans un état de superposition.

Dans le cas du chat de Schrödinger, la décohérence montre comme la superposition originelle se "transforme" (rapidement) en la superposition de l'ensemble chat+environnement+observateur et que "vu de l'observateur" le chat est dans un état précis. La question de l'interprétation de la notion de mesure reste : y-a-t-il réduction de l'état de l'ensemble (ce que suppose l'observateur !) ou la superposition de l'ensemble est-elle "réelle" (ce qui peut par exemple amener à l'interprétation des "multi-mondes") ?

L'intérêt principal (il me semble) de la décohérence est de montrer qu'un état superposé est "localement" instable s'il interagit avec un environnement, et de donner des expressions précises à la durée d'un état superposé d'un sous-système, selon la manière dont il interagit avec le reste.

Et aussi de montrer que l'observateur va "percevoir" un phénomène ayant l'apparence d'une réduction, justifiant l'usage du concept de réduction à des fins pratiques (mais sans évacuer la question de fond) et faisant ainsi le lien entre la physique quantique et la physique classique.

[invite93279690]

Non. La décohérence permet de retrouver l'apparence d'une réduction (comme le dit le wiki anglophone), mais ne décrit pas une réduction. La décohérence est juste une propriété particulière des solutions de la physique quantique quand il y a plein de degrés de liberté. L'apparence de réduction s'applique à un sous-système, mais la solution complète, y compris les degrés de liberté de l'environnement reste superposée ("cohérente"). L'oubli volontaire de "l'état" de l'environnement donne un résultat similaire à une réduction.

Salut,

J'ai un peu du mal à faire la distinction avec l'apparence de la réduction et la réduction...
Parler d'apparence de réduction présuppose qu'il existe une réduction plus vraie sur le plan ontologique. Mais il me semble que le problème est que, à ce jour, personne ne sait justement si la fameuse réduction est une apparence de réduction ou une vraie réduction.

Par ailleurs, cette dernière hypothèse de vraie réduction me parait a priori non nécéssaire à l'explication des manips et je ne vois pas bien pourquoi je ne pourrai pas utiliser le razoir d'Occam pour m'en débarasser.

[chaverondier]

Après avoir lu je ne sais combien d'articles de vulgarisation sur la MQ, je me rends compte que je n'ai toujours pas compris comment fonctionnaient le phénomène de la mesure et la fameuse "réduction du paquet d'ondes".

À ce que je lis, personne n'a jamais compris, cela reste un point difficile de la physique quantique....
... On obtient en continuant ce qu'on appelle une chaîne de von Neumann.

Sans prétendre que cela réponde complètement à la question, les travaux de Roger BALIAN (merci GATSU) me semblent faire progresser sensiblement la compréhension du phénomène physique de mesure quantique. La mesure quantique est modélisée comme une transition de phase. R.BALIAN fait apparaître explicitement le rôle de la fuite d'information et l'enregistrement du résultat de mesure dans un bain thermique en interaction avec un système physique jouant le rôle d'appareil de mesure. Cela termine, irréversiblement, la chaîne de Von Neumann par l'enregistrement d'une information classique.

Voir, par exemple Quantum measurement as driven phase transition: An exactly solvable model.
http://arxiv.org/PS_cache/cond-mat/p.../0102428v1.pdf

[Amanuensis]

J'ai un peu du mal à faire la distinction avec l'apparence de la réduction et la réduction...

Je comprends (peut-être par erreur) la différence comme venant dérivant de la différence du système étudié.

Pour un observateur B se plaçant "extérieurement" à un système observateur A + observé, il n'y a pas réduction, et pour A il y a (au minimum) apparence de réduction.

Je précise que le mot "apparence" vient de la présentation du wiki anglophone, qui me semble "prudente" sur le sujet. Parler d'apparence me semble laisser la porte ouverte. Je ne suis pas convaincu par l'idée que cela suppose une "vraie réduction", je vois cela plutôt au contraire comme laissant la question ouverte quand à cette "vraie réduction". Par exemple l'interprétation multi-Univers ne contient pas de "vraie réduction" et dans ce cadre on peut pourtant parler d'apparence de réduction, me semble-t-il.

Le rasoir d'Ockham est un bon argument quand il y a une raison impérative pour choisir ; mais sinon, laisser les portes ouvertes me semble mieux que le choix, quel que soit l'argument invoqué en défense de l'option choisie.

[Amanuensis]

(...)

Soit. Ce n'est pas nouveau pour moi, mais je n'ai toujours pas compris en quoi cela résout la difficulté qui est que le système "mesuré + observateur + bain thermique (=environnement)" reste décrit par une superposition.

Qu'est-ce qui interdit de continuer la chaîne de von Neumann en incluant le bain thermique et plus généralement tout "endroit" où l'information peut "fuir" ?

[Amanuensis]

J'ai un peu du mal à faire la distinction avec l'apparence de la réduction et la réduction...

Pour continuer sur ce point, ne serait-ce pas une question philosophique plutôt que physique, en rapport avec le réalisme scientifique ?

Prenons trois cas :

1) Refus du réalisme scientifique. Alors la description que fait la physique ne traite QUE d'apparences, ne s'occupe que de rendre compte (efficacement) de ce qui nous apparaît. Dans ce cas, la distinction entre apparence et non apparence n'a pas de sens, mais en parlant d'apparence on n'ajoute rien, elle est juste redondante avec la position philosophique.

2) Réalisme scientifique, en considérant que la description de la mécanique quantique est la description "finale". Alors effectivement, parler d'apparence sous-tend une opposition avec une "vraie réduction" qui doit aussi être décrite.

3) Réalisme scientifique, mais en laissant la porte ouverte à la possibilité que la description proposée par la physique quantique n'est pas "finale", qu'elle reste entachée par des notions "subjectives" et qu'il y aura une description "plus vraie" dans le futur. Parler d'apparence peut alors être vu comme l'ouverture vers une telle possibilité, et la réduction sera "vraie" seulement si elle est gardée dans cette description future dont on accepte l'éventualité.

Il me semble que la position 2) n'est pas "prudente"...

[invite93279690]

Je comprends (peut-être par erreur) la différence comme venant dérivant de la différence du système étudié.

Pour un observateur B se plaçant "extérieurement" à un système observateur A + observé, il n'y a pas réduction, et pour A il y a (au minimum) apparence de réduction.

Je vois ce que tu veux dire mais un point me semble tout de même délicat...a priori l'observateur A est suffisament macroscopique pour induire une réduction statistique des résultats sur le système observé à un seul de ses état (réduction du paquet d'onde).

Bien qu'en principe un observateur extérieur B puisse mesurer exactement l'état de {A+observé}, en pratique l'état de A n'est de toute façon pas mesurable.

Le point que tu soulèves est pour moi essentiellement analogue au fait que l'entropie d'un système ne croit pas si on connait son état exactement. Or ce n'est juste jamais le cas pour un système macroscopique et donc cette fameuse chaine de Von Neuman, valide en principe, est caduque selon moi dès qu'on introduit le concept "d'observateur" macroscopique dans le problème.

[Amanuensis]

caduque selon moi dès qu'on introduit le concept "d'observateur" macroscopique dans le problème.

J'ai l'impression qu'il n'y a pas de différence entre le "problème de la mesure" et le problème que soulève la notion même d'observateur (et en particulier sa "nature physique", la modélisation physique d'un observateur sur un pied d'égalité avec tout ce que modélise la physique).

Est-ce que ce ne sont pas les a priori ou idées cachées derrière la notion d'observateur (et donc qui arrivent en clandestin quand on introduit cette notion) qui font "disparaître" le problème ?

[invite93279690]

J'ai l'impression qu'il n'y a pas de différence entre le "problème de la mesure" et le problème que soulève la notion même d'observateur (et en particulier sa "nature physique", la modélisation physique d'un observateur sur un pied d'égalité avec tout ce que modélise la physique).

Est-ce que ce ne sont pas les a priori ou idées cachées derrière la notion d'observateur (et donc qui arrivent en clandestin quand on introduit cette notion) qui font "disparaître" le problème ?

Je ne sais pas...peut être.

Un observateur est a priori plus qu'un simple système macroscopique selon moi dans le sens où il doit décrire le système qu'il observe à partir des informations qu'il peut en tirer et je ne sais pas si la chaine de von Neuman en tient compte ou pas (je crois que ça correspond un peu à la philosophie 1) dans ton avant dernier post).

[Les Terres Bleues]

Pour un observateur B se plaçant "extérieurement" à un système observateur A + observé, il n'y a pas réduction, et pour A il y a (au minimum) apparence de réduction.

Dans son texte sur l’interprétation relationnelle de la MQ par Rovelli et Smerlak, Bitbol parle à ce propos d’observateur non-engagé dans la mesure. Ne pourrait-on pas considérer que la réduction qu’elle soit "vraie" ou "apparente" n’est valable en conséquence que pour A + observé et tout ce (et ceux) qui est (et sont) engagé(s) avec lui.

3) Réalisme scientifique, mais en laissant la porte ouverte à la possibilité que la description proposée par la physique quantique n'est pas "finale", qu'elle reste entachée par des notions "subjectives" et qu'il y aura une description "plus vraie" dans le futur. Parler d'apparence peut alors être vu comme l'ouverture vers une telle possibilité, et la réduction sera "vraie" seulement si elle est gardée dans cette description future dont on accepte l'éventualité.

Laisser la porte ouverte permet effectivement de ne pas avoir à l’enfoncer plus tard si le besoin s’en fait sentir, mais est-ce que ça ne dissimule pas une sorte de refus de lâcher la notion classique de "vérité en soi" pour ne travailler qu’à partir de "vérités relatives à chaque système observateur–observé" dont on fait l’étude ?

Est-ce que ce ne sont pas les a priori ou idées cachées derrière la notion d'observateur (et donc qui arrivent en clandestin quand on introduit cette notion) qui font "disparaître" le problème ?

Peut-on faire des observations sans observateur ?
Aussi, il semblerait plutôt qu’il faille s’orienter vers l’éclaircissement de tout ce qui transite de façon clandestine avec l’observateur lui-même. Et là, c’est une question d’épistémologie, non ?

[Amanuensis]

Laisser la porte ouverte permet effectivement de ne pas avoir à l’enfoncer plus tard si le besoin s’en fait sentir, mais est-ce que ça ne dissimule pas une sorte de refus de lâcher la notion classique de "vérité en soi" pour ne travailler qu’à partir de "vérités relatives à chaque système observateur–observé" dont on fait l’étude ?

Je n'en sais rien. Ma "philo", c'est la 1 et je laisse à d'autres explorer en profondeur les autres options. Il me semble que le choix est métaphysique, et en conséquence considère que toutes les options sont compatibles avec tous les modèles que concocte la science.

Peut-on faire des observations sans observateur ?

Cela dépend. Du sens des mots, comme d'hab.

Aussi, il semblerait plutôt qu’il faille s’orienter vers l’éclaircissement de tout ce qui transite de façon clandestine avec l’observateur lui-même.

N'est-ce pas ce qu'on appelle le problème de la mesure ? (Itération de la question.)

Et là, c’est une question d’épistémologie, non ?

Je ne sais pas. La notion d'information est-elle une notion d'épistémologie ? L'épistémologie s'occupe-t-elle de la notion de connaissance pour une machine ou une bactérie par exemple ? Ou est-elle limitée au narcissisme humain, à examiner comment les Humains bâtissent la Science ?

D'accord, c'est répondre à des questions par d'autres questions...

[chaverondier]

Soit. Ce n'est pas nouveau pour moi, mais je n'ai toujours pas compris en quoi cela résout la difficulté qui est que le système "mesuré + observateur + bain thermique (=environnement)" reste décrit par une superposition.

Qu'est-ce qui interdit de continuer la chaîne de von Neumann en incluant le bain thermique et plus généralement tout "endroit" où l'information peut "fuir" ?

Rien, mais par contre, l'observateur macroscopique, armé de ses observations macroscopiques, considère comme un même et unique état (enregistrant, par exemple, un bit d'information classique) un ensemble d'états microphysiques pourtant distincts. A son échelle, il perçoit le résultat de mesure quantique comme un état d'équilibre atteint de façon irréversible (c'est à dire engendré par une croissance de l'entropie de Boltzmann). La coupure de la chaîne infinie de Von Neumann émerge donc de la fuite d'information (hors de portée de tout observateur macroscopique) dans l'entropie de Boltzmann.

[Amanuensis]

Rien, mais par contre, l'observateur macroscopique, armé de ses observations macroscopiques, considère comme un même et unique état (enregistrant, par exemple, un bit d'information classique) un ensemble d'états microphysiques pourtant distincts. A son échelle, il perçoit le résultat de mesure quantique comme un état d'équilibre atteint de façon irréversible (c'est à dire engendré par une croissance de l'entropie de Boltzmann). La coupure de la chaîne infinie de Von Neumann émerge donc de la fuite d'information (hors de portée de tout observateur macroscopique) dans l'entropie de Boltzmann.

Là encore, je vois bien cela. Mais cela me paraît, peut-être par erreur, que (certes, ce n'est pas rien !) montrer qu'il n'y a pas contradiction entre superposition (pour certaines bases, c'est à dire pour les observables hors ECOC) et perception de résultats de mesure. Du point de vue interprétation, cela me semble amener aux approches multi-univers, avec une coupure de la chaîne selon le même principe, i.e., l'isolation de la branche à laquelle "appartient" l'observateur. La "fuite" n'est-elle pas vers "d'autres univers", et l'irréversibilité celle de l'isolement entre "univers" ?