Fentes d’Young et Relativité

[Les Terres Bleues]

Bonjour,

Je recherche des documents, communications, travaux théoriques etc. qui se proposeraient de décrire l’expérience des fentes d’Young dans le cadre de la Relativité restreinte. J’entends par là des textes dans lesquels, à la manière dont ça se fait dans les traditionnelles expériences de pensée relativistes, il s’agirait de remettre dans un ordre causal cohérent les points de vue des différents observateurs en train de constater chaque évènement significatif de l’expérience.
L’évènement émission d’un photon (ne parlons pas encore d’électrons), l’évènement passage à travers une fente, ou à travers l’autre ou à travers les deux (en désignant deux observateurs même si les fentes sont peu espacées), l’évènement apparition d’une trace sur l’écran, tout ça constituerait un ensemble qui ne demanderait plus ensuite qu’à être replacé dans un contexte commun qui puisse convenir à la représentation de l’espace-temps d’Einstein plutôt que celui de Newton.

Merci d’avance de toutes les indications qui pourront être fournies.
Cordiales salutations.
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[mach3]

Salut LTB

je ne connais pas de tels documents, néanmoins ça déjà dû être fait, dans le cadre de la QFT (MQ+RR).
En tout cas, amha, les évènements dont tu parles sont nécessairement séparés par des intervalles de genre lumière (si on travaille avec des photons) ou des intervalles de genre temps (si on travaille avec autre chose de massif, comme des électrons) et donc l'ordre de ces évènements ne saurait changer en fonction du mouvement de l'observateur.

m@ch3

[Les Terres Bleues]

je ne connais pas de tels documents, néanmoins ça déjà dû être fait, dans le cadre de la QFT (MQ+RR).
En tout cas, amha, les évènements dont tu parles sont nécessairement séparés par des intervalles de genre lumière (si on travaille avec des photons) ou des intervalles de genre temps (si on travaille avec autre chose de massif, comme des électrons) et donc l'ordre de ces évènements ne saurait changer en fonction du mouvement de l'observateur.

Merci Mach pour la rapidité de cette réponse qui m'apporte déjà un premier "éclairage" sur la question que je me pose.
Je n'ai donc aucune inquiétude à avoir concernant l'ordre de ces évènements, et c'est un élément de confirmation qui convient bien à ma réflexion.
En prolongeant juste un peu, serait-il possible de dire sans forcer l'argumentation que puisque dans ce cadre-là les deux fentes, pour ne parler que d'elles, sont séparées par un intervalle de genre lumière, il y a (de fait) comme une évaporation du paradoxe d'un photon qui se trouverait en deux "endroits" à la fois ?

Je ne suis peut-être pas hyper clair. J'essaie de dire que pour tous les observateurs c'est obligatoirement physiquement justifié dans un cadre relativiste alors que c'est paradoxal dans un cadre newtonien. Cette dernière phrase est-elle plus compréhensible et, si oui, est-elle correcte ?

Cordiales salutations.

[invite6754323456711]

évaporation du paradoxe d'un photon qui se trouverait en deux "endroits" à la fois ?

Une représentation ou le paradoxe disparaît en adoptant une définition quantique de la lumière : ni onde, ni corpuscule, mais la plus petite excitation possible, en terme d'énergie, d'un champ électromagnétique. Le champ électromagnétique, même s'il ne contient aucune excitation (aucun photon, donc aucune énergie), est tout de même décrit et vérifie les équations de Maxwell.



Patrick

[A voir en vidéo sur Futura]

[Les Terres Bleues]

Une représentation ou le paradoxe disparaît en adoptant une définition quantique de la lumière : ni onde, ni corpuscule, mais la plus petite excitation possible, en terme d'énergie, d'un champ électromagnétique. Le champ électromagnétique, même s'il ne contient aucune excitation (aucun photon, donc aucune énergie), est tout de même décrit et vérifie les équations de Maxwell.

J'avais déjà lu ce texte puisque tu en avais fourni le lien à une autre occasion . Mais merci quand même parce que ce n'est à mon avis pas du luxe pour conserver toutes ces informations à l'esprit (ou se le remémorer) quand on réfléchit à la question.
En ce moment, j'essaie plutôt de chercher à voir si ça ne serait pas justement la vision newtonienne du temps qui constituerait une des difficultés principales dans l'interprétation de la MQ, parce que dans l'exemple que j'ai proposé il me semble que la relativité permet de supprimer cet apparent paradoxe de non-localité (ou de multi-localisation) du photon.
Aussi, quand un certain nombre de travaux consistent à chercher à quantifier l'espace-temps, ça veut peut-être dire qu'il faudrait en plus et dans la même démarche se débarrasser de ce temps "absolu".

[invite6754323456711]

ça veut peut-être dire qu'il faudrait en plus et dans la même démarche se débarrasser de ce temps "absolu".

Le temps propre ?

Patrick

[mach3]

dans ce cadre-là les deux fentes, pour ne parler que d'elles, sont séparées par un intervalle de genre lumière

non, attention, les deux fentes étant à la même distance de la source, l'intervalle entre les évènements superposés "photon passe par fente 1" et "photon passe par fente 2" est de genre espace...
Quand je parlais d'intervalle de genre lumière (ou temps) c'est entre les étapes "émission de la source", "passage par le système de diffraction" (les fentes) et "impact sur l'écran".

Sinon je repense, le livre lumière et matière de Feynman peut peut-être t'aider à comprendre la base vulgarisé de la QFT. Il explique le principe de la QFT par l'intégrale des chemins. On considère tout les chemin possibles pour le photon et ces chemins interfèrent, donnant la probabilité d'impact en chaque point de l'écran.

m@ch3

[phys4]

En prolongeant juste un peu, serait-il possible de dire sans forcer l'argumentation que puisque dans ce cadre-là les deux fentes, pour ne parler que d'elles, sont séparées par un intervalle de genre lumière, il y a (de fait) comme une évaporation du paradoxe d'un photon qui se trouverait en deux "endroits" à la fois ?

Bonjour, ce point de vue est attrayant, comment faites vous pour montrer que les fentes d'Young sont séparées par un intervalle du genre lumière ?
Merci d'avance.

[Les Terres Bleues]

Le temps propre ?

Non, non. Au contraire.
Je voulais dire se dégager du fait que la représentation du temps utilisée en physique quantique soit celle de Newton, pendant qu’on quantifierait l’espace-temps d’Einstein.

Bonjour, ce point de vue est attrayant, comment faites vous pour montrer que les fentes d’Young sont séparées par un intervalle du genre lumière ?

Eh bien, lorsque les observateurs échangeront leurs informations relatives à leurs observations respectives, qu’est-ce qui devra être constaté concernant ce qui sépare l’évènement passage par la fente 1 pour l’observateur de la fente 2 et l’évènement passage par la fente 2 pour l’observateur de la fente 1 ? Un intervalle temporel ou de genre lumière ?

non, attention, les deux fentes étant à la même distance de la source, l’intervalle entre les évènements superposés "photon passe par fente 1" et "photon passe par fente 2" est de genre espace…

Dans la théorie, oui, mais l’intervalle de genre espace n’est pas un système physique.
C’est ce qui m’a été clairement confirmé l’autre jour.

Quand je parlais d’intervalle de genre lumière (ou temps) c’est entre les étapes "émission de la source", "passage par le système de diffraction" (les fentes) et "impact sur l’écran".

Oui, je l’avais bien compris comme ça.
Il y a une incompréhension, c’est sûr, mais à mon avis elle se situe autre part.

Cordiales salutations.

[mach3]

Dans la théorie, oui, mais l’intervalle de genre espace n’est pas un système physique.
C’est ce qui m’a été clairement confirmé l’autre jour.

Pourrais tu re-citer ici cette confirmation ou mettre un pointeur, je ne suis pas persuadé que tu aies bien compris. Deux évènements peuvent très bien être séparés par un intervalle de genre espace, c'est parfaitement physique et ça veut dire qu'on ne peut pas ordonner ces deux évènements dans le temps.
Il se peut très bien que deux évènements ayant lieu dans un même système physique soit séparés par un intervalle de genre espace. Cela veut juste dire qu'aucun des deux n'a causé l'autre.

Eh bien, lorsque les observateurs échangeront leurs informations relatives à leurs observations respectives, qu’est-ce qui devra être constaté concernant ce qui sépare l’évènement passage par la fente 1 pour l’observateur de la fente 2 et l’évènement passage par la fente 2 pour l’observateur de la fente 1 ? Un intervalle temporel ou de genre lumière ?

euh, je comprends pas trop là... Si les deux fentes sont surveillées, il n'y aura, pour chaque photon qu'un seul évènement de passage par une fente, car sa détection dans l'une empêche "immédiatement" sa détection dans l'autre (et encore on oublie les nombreux photons qui vont se perdre et ne passer par aucune des deux fentes...). Il n'y a, de fait, aucun intervalle à considérer vu qu'il n'y a qu'un seul évènement : "le photon passe par la fente 1" OU "le photon passe par la fente 2".

m@ch3

[phys4]

Deux évènements peuvent très bien être séparés par un intervalle de genre espace, c'est parfaitement physique et ça veut dire qu'on ne peut pas ordonner ces deux évènements dans le temps.
Il se peut très bien que deux évènements ayant lieu dans un même système physique soit séparés par un intervalle de genre espace. Cela veut juste dire qu'aucun des deux n'a causé l'autre.

En effet, c'est beaucoup plus clair comme cela. Merci mach3.

Pourquoi choisir une expérience comme les fentes d'Young pour traiter un problème mélangeant MQ et RR ?
Dans cette expérience, il n'existe pas incompatibilité entre ces théories. Ou alors quelque chose m'a échappé ?

[Les Terres Bleues]

Pourrais tu re-citer ici cette confirmation ou mettre un pointeur, je ne suis pas persuadé que tu aies bien compris.

C’est vrai qu’avec moi on n’est vraiment jamais sûr de rien.
L’intervalle de genre espace ne correspond à aucun système physique connu.

Deux évènements peuvent très bien être séparés par un intervalle de genre espace, c’est parfaitement physique et ça veut dire qu’on ne peut pas ordonner ces deux évènements dans le temps.

Oui. C’est à mon avis exactement conforme à la théorie. Un évènement s’observe ici, un autre ailleurs, ils sont indépendants l’un de l’autre du point de vue de la causalité. Et aucun système physique ne les « relie ». Pas de problème. En d’autres termes, l’intervalle de genre espace est une manière de se représenter une grandeur qui n’est pas une observable.

Il se peut très bien que deux évènements ayant lieu dans un même système physique soit séparés par un intervalle de genre espace. Cela veut juste dire qu’aucun des deux n’a causé l’autre.

C’est l’approximation classique. Je suis d’accord et je ne la discute pas. Ce que j’essaie de mettre en avant, c’est le fait que de simplement parachuter des observateurs sur chaque évènement digne d’intérêt modifie considérablement la donne.

Si les deux fentes sont surveillées, il n’y aura, pour chaque photon qu’un seul évènement de passage par une fente, car sa détection dans l’une empêche "immédiatement" sa détection dans l’autre (et encore on oublie les nombreux photons qui vont se perdre et ne passer par aucune des deux fentes…). Il n’y a, de fait, aucun intervalle à considérer vu qu’il n’y a qu’un seul évènement : "le photon passe par la fente 1" OU "le photon passe par la fente 2".

Dans l’expérience proposée, les photons sont émis un par un. On est d’accord ? Et le système physique à considérer, c’est ce photon. Alors, où est-ce que les évènements « interaction avec l’environnement » ont effectivement lieu ? – J’envoie des observateurs : une fente OU l’autre, je les retire : une fente ET l’autre, je les remets etc.
Franchement, ne serait-il pas plus honnête de dire : « pour qui ces évènements ont-ils lieu ? »

Pourquoi choisir une expérience comme les fentes d’Young pour traiter un problème mélangeant MQ et RR ?
Dans cette expérience, il n’existe pas incompatibilité entre ces théories. Ou alors quelque chose m’a échappé ?

L’importance d’essayer de comprendre pourquoi ça coince, peut-être ?

[mach3]

je pense qu'il y a un ou plusieurs problèmes dans tes définitions d'observateurs, de systèmes et d'évènements car j'ai beaucoup de mal à trouver une cohérence dans ton post précédent.

L’intervalle de genre espace ne correspond à aucun système physique connu.

un intervalle ne fait pas référence à un système mais à une propriété d'un couple d'évènements, un évènement étant un point (x,y,z,t) de l'espace-temps. Un intervalle est une distance (non euclidienne et dans un espace à 4 dimensions).

En d’autres termes, l’intervalle de genre espace est une manière de se représenter une grandeur qui n’est pas une observable.

non, pas vraiment. Dès qu'on observe deux évènements qui nous apparaissent simultanés (temps de parcours de la lumière déduit bien entendu) on peut en déduire que l'intervalle entre les deux est de genre espace et connaitre sa valeur si on connait les coordonnées spatiales de ces évènements.
Il suffit des coordonnées d'espace et de temps des deux évènements dans un référentiel donné pour calculer l'intervalle et celui-ci ne dépend pas de ce référentiel, l'intervalle est un invariant et c'est pour ça qu'il est très utile. Il remplace la durée qui est l'invariant en mécanique classique.

Ce que j’essaie de mettre en avant, c’est le fait que de simplement parachuter des observateurs sur chaque évènement digne d’intérêt modifie considérablement la donne.

la je ne comprends pas du tout. Un seul observateur suffit pour observer chaque évènement lors d'une expérience des fentes d'Young. C'est la différence de point de vue entre cet observateur et d'autres qui seraient en mouvement par rapport à lui qui peut éventuellement être intéressante ou poser des problèmes d'interprétation.

Dans l’expérience proposée, les photons sont émis un par un. On est d’accord ?

oui

Et le système physique à considérer, c’est ce photon.

non, c'est plutôt l'ensemble du dispositif expérimental : le photon, la source, les fentes, les détecteurs au niveau des fentes et l'écran.

Alors, où est-ce que les évènements « interaction avec l’environnement » ont effectivement lieu ? – J’envoie des observateurs : une fente OU l’autre, je les retire : une fente ET l’autre, je les remets etc.
Franchement, ne serait-il pas plus honnête de dire : « pour qui ces évènements ont-ils lieu ? »

Ce n'est pas l'observateur le problème, c'est le fait de mesurer. La mesure du passage d'un photon dans une fente où l'autre est une procédure active, pas passive.
Si on considère à la place une bille macroscopique et que la pièce est éclairée on voit directement par quelle fente passe la bille, car elle nous renvoie la lumière. Et peu importe si on est là pour regarder ou pas, elle renvoie cette lumière, c'est une mesure passive.
Si on considère un photon, celui-ci ne renvoie pas la lumière pour qu'on puisse voir par quelle fente il passe. Il faut lui faire quelque chose (par ailleurs je ne sais même pas vraiment comment on détecte le passage d'un photon sans l'absorber, pour un électron c'est plus facile vu qu'il a une charge électrique) pour savoir et ce quelque chose change la situation. En détectant le passage du photon, on l'empêche de passer par tous les chemins possibles car on le force à choisir une classe de chemins particuliers, ceux qui passent par la fente où le photon a été détecté. Du coup plus d'interférence avec les chemins qui passent par l'autre fente...

m@ch3

[coussin]

L’importance d’essayer de comprendre pourquoi ça coince, peut-être ?

Qu'est-ce qui coince au juste ?

[Les Terres Bleues]

un intervalle ne fait pas référence à un système

C’est bien le problème. Mais ça n’est pas fondamentalement gênant en ce qui concerne les intervalles de genre temps ou ceux de genre lumière parce qu’en mesurant avec des règles et des horloges, on obtient des résultats qui, eux, s’accordent avec des systèmes physiques.

Dès qu’on observe deux évènements qui nous apparaissent simultanés (temps de parcours de la lumière déduit bien entendu) on peut en déduire que l’intervalle entre les deux est de genre espace et connaître sa valeur si on connaît les coordonnées spatiales de ces évènements.

Eh bien non. On ne peut pas connaître les coordonnées spatiales d’un évènement « avant » de connaître ses coordonnées d’espace et de temps.. Si on le fait, c’est de la physique classique, et c’est une erreur de croire que cette "distance" est autre chose qu’une vue de l’esprit.

Il suffit des coordonnées d’espace et de temps des deux évènements dans un référentiel donné pour calculer l’intervalle et celui-ci ne dépend pas de ce référentiel, l’intervalle est un invariant et c’est pour ça qu’il est très utile. Il remplace la durée qui est l’invariant en mécanique classique.

Confirmation donc pour ce qui est des coordonnées spatio-temporelles.

là, je ne comprends pas du tout. Un seul observateur suffit pour observer chaque évènement lors d’une expérience des fentes d’Young. C’est la différence de point de vue entre cet observateur et d’autres qui seraient en mouvement par rapport à lui qui peut éventuellement être intéressante ou poser des problèmes d’interprétation.

C’est là qu’est l’incompréhension à mon avis. Je suis tout à fait d’accord avec ce que tu écris, et ça correspond à ce qui est habituellement considéré, mais mon intention "en désignant deux observateurs même si les fentes sont peu espacées" est de modifier notre approche de l’expérience pour y introduire un peu de relativité et voir ce que ça implique.

non, c’est plutôt l’ensemble du dispositif expérimental : le photon, la source, les fentes, les détecteurs au niveau des fentes et l’écran.

Tout est en état de superposition quantique, alors ? OK.
En passant, je précise que quand j’ai dit que le système physique à considérer, c’était le photon, je plaçais cette remarque en opposition avec l’intervalle de type espace.

Ce n’est pas l’observateur le problème, c’est le fait de mesurer.

Avec des observateurs partout maintenant, il vaudra mieux attendre de voir ce qu’ils vont nous dire, non ?

Qu’est-ce qui coince au juste ?

Le photon interagit-il en fonction du choix de la modélisation à travers laquelle on se le représente ?
Or, il apparaît dans différents cadres théoriques (qui fonctionnent mais qui sont incompatibles), ce qui indique clairement qu’il y a un hic.
Mon idée est d’essayer de dire : conservons les théories, changeons plutôt de point de vue.