Mécanique quantique - fentes d'Young

[invite95f91e6f]

Bonjour,

J'espère que tout le monde à son Cohen-Tannoudji ! Je m'en sert pour poser mes questions.


1) Dans le Cohen-Tannoudji, il est dit que lorsqu’on place un détecteur derrière la fente n°2, les photons qui passent par la fente n°1 forment une figure de diffraction et non le début d’une figure d’interférence comme on pourrait le penser.

Il en déduit alors que le fait de faire une mesure perturbe le système.
Je ne comprends pas du tout cette interprétation, lorsqu’on place un photomultiplicateur derrière la fente n°2, c’est comme si on obstruait par un cache la fente n°2. Comment peut-il conclure que la cause de la différence de phénomènes (diffraction et interférences) est due à la présence d’un appareil de mesure alors qu’il est dit au début du texte que lorsqu’on ferme simplement la fente 2, on observe aussi une figure de diffraction ?

Il est bien évident que l’appareil de mesure que l’on a introduit juste derrière la fente n°2 perturbe le système puisqu’il absorbe les photons qui passent par la fente n°2, ces photons ne peuvent donc pas atteindre l’écran. Et donc c’est bien logique que le constat (figure de diffraction sur l’écran) soit le même que lorsqu’on ferme simplement la fente n°2 avec un cache. L’appareil de mesure n’a donc pas ici d’influence sur ce qu’on observe sur l’écran

Etes-vous d’accord avec moi ???


2) De part ma perplexité face à la question 1), j’ai lu le complément D1 page 51. J’ai deux questions.
a) A la dernière page du complément (page 53), il est dit « Si la position verticale des fentes F1 et F2 n’est définie qu’avec une incertitude supérieure à l’interfrange, il ne peut être question d’observer la figure d’interférences ». Je vois pas vraiment pourquoi…
b) Le complément dans son ensemble me pose problème. L’auteur suppose au début que la relation d’incertitude d’Heisenberg est juste pour la plaque percée de fentes et il en déduit à la fin que l’on ne peut pas faire une mesure sans perturber le système. Mais, est-ce que la relation d’incertitude d’Heisenberg ne repose pas justement sur le fait que l’on ne peut pas faire une mesure sans perturber le système ? C’est le serpent qui se mord la queue !
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[doul11]

Bonsoir,

Etes-vous d’accord avec moi ???

Pas vraiment, il y a une différence entre boucher une fente (le photon ne peut pas passer) et capter le photon un foi qu'il a passé la fente, si cette description de l'expérience en bouchant des fentes ne te convient pas je peut essayer de d'expliquer un autre version qui utilise un faisceaux de particule (microscope de Heisenberg).

2) De part ma perplexité face à la question 1), j’ai lu le complément D1 page 51. J’ai deux questions.
a) A la dernière page du complément (page 53), il est dit « Si la position verticale des fentes F1 et F2 n’est définie qu’avec une incertitude supérieure à l’interfrange, il ne peut être question d’observer la figure d’interférences ». Je vois pas vraiment pourquoi…
b) Le complément dans son ensemble me pose problème. L’auteur suppose au début que la relation d’incertitude d’Heisenberg est juste pour la plaque percée de fentes et il en déduit à la fin que l’on ne peut pas faire une mesure sans perturber le système. Mais, est-ce que la relation d’incertitude d’Heisenberg ne repose pas justement sur le fait que l’on ne peut pas faire une mesure sans perturber le système ? C’est le serpent qui se mord la queue !

Je n'ai pas le livre, mais vu l'auteur je dirais que ça doit être cohérent. Je ne pense pas qu'au début il faut se poser tant de questions, il faut bien apprendre les bases avant de pouvoir comprendre, non ?

[invite95f91e6f]

Pas vraiment, il y a une différence entre boucher une fente (le photon ne peut pas passer) et capter le photon un foi qu'il a passé la fente,

Dans ce cas, je crois que je n'ai pas du tout compris l'interprétation de l'expérience des fentes d'Young. Pourriez-vous me l'expliquer en incluant ce point s'il vous plait ?

Je ne pense pas qu'au début il faut se poser tant de questions, il faut bien apprendre les bases avant de pouvoir comprendre, non ?

Je suis pas vraiment d'accord. Je pense que pour apprend quelque-chose, il faut vraiment le comprendre à fond. Par ailleurs, il me semble que la naissance de la mécanique quantique et la remise en cause de la physique classique repose justement sur le fait que l'on ne peut pas faire de mesure sans perturber le système. Donc ça me semble nécessaire de bien comprendre les nécessités de la mécanique quantique pour l'apprendre.

[doul11]

Dans ce cas, je crois que je n'ai pas du tout compris l'interprétation de l'expérience des fentes d'Young. Pourriez-vous me l'expliquer en incluant ce point s'il vous plait ?

Oui avec plaisir :

Si on bouche une fente on se retrouve avec une diffraction par un trou comme tu l'as compris, d’ailleurs même dans ce cas la physique classique échoue dans la description de l’expérience faite particule par particule, mais ce n'est pas la question ici.

Si on place un détecteur après la fente et que l'on fait l'hypothèse que le photon est un onde tout a fait classique alors il passe par les deux fentes, interfère avec lui même et on devrais alors avoir des franges d’interférences de type double fente sur l'écran quand le photon n'est pas capté par le détecteur, mais ce n'est pas ce que l'on observe donc ... ( je te laisse chercher un peut)

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite95f91e6f]

Si on place un détecteur après la fente et que l'on fait l'hypothèse que le photon est un onde tout a fait classique alors il passe par les deux fentes, interfère avec lui même et on devrais alors avoir des franges d’interférences de type double fente sur l'écran quand le photon n'est pas capté par le détecteur, mais ce n'est pas ce que l'on observe donc ... ( je te laisse chercher un peut)

bah, je sais pas trop. Je dirais que puisque l'on a pas le résultat prévu lorsque le photon n'est pas capté, c'est sans doute que le photon a été capté par le détecteur.


PS : Je précise (ça n'a pas de rapport avec votre interrogation mais avec le sujet du post initial) que je viens de me souvenir d'une vidéo que j'avais vue il y a longtemps et qui était pour moi plus claire que le cohen-tannoudji : http://www.youtube.com/watch?v=HTOattMOuKw. Que pensez-vous de cette vidéo ?

[doul11]

bah, je sais pas trop. Je dirais que puisque l'on a pas le résultat prévu lorsque le photon n'est pas capté, c'est sans doute que le photon a été capté par le détecteur.

Non ça n'est pas ça, c'est que l'hypothèse que l'on a faite : "le photon est un onde tout a fait classique" est fausse, il faut donc trouver un nouvelle description, c'est la physique quantique.

PS : Je précise (ça n'a pas de rapport avec votre interrogation mais avec le sujet du post initial) que je viens de me souvenir d'une vidéo que j'avais vue il y a longtemps et qui était pour moi plus claire que le cohen-tannoudji : http://www.youtube.com/watch?v=HTOattMOuKw. Que pensez-vous de cette vidéo ?

Oui pour les images, non pour les explications / interprétations, je pense qu'il vaut mieux lire les grands auteurs reconnus comme Cohen-Tannoudji (et tant d'autres)

[invite95f91e6f]

Non ça n'est pas ça, c'est que l'hypothèse que l'on a faite : "le photon est un onde tout a fait classique" est fausse, il faut donc trouver un nouvelle description, c'est la physique quantique.

D'accord. Donc le photon n'est pas une onde tout à fait classique. Et il faut trouver une nouvelle description. Quelle est la suite du raisonnement ?

[invite95f91e6f]

Pardon, mais plus je relis ces messages et plus il me semble important de bien tout préciser (y compris les conditions expérimentales). Car j'ai peur qu'en réalité si j'ai mal répondu à votre question, c'est que j'ai mal compris les conditions de l'expérience.

Si on place un détecteur après la fente et que l'on fait l'hypothèse que le photon est un onde tout a fait classique alors il passe par les deux fentes, interfère avec lui même et on devrais alors avoir des franges d’interférences de type double fente sur l'écran quand le photon n'est pas capté par le détecteur, mais ce n'est pas ce que l'on observe donc ... ( je te laisse chercher un peut)

1) Là, on envoie les photons un par un ?
2) il y a un détecteur ou pas finalement ?

[invite0bbfd30c]

1) Dans le Cohen-Tannoudji, il est dit que lorsqu’on place un détecteur derrière la fente n°2, les photons qui passent par la fente n°1 forment une figure de diffraction et non le début d’une figure d’interférence comme on pourrait le penser.

Il en déduit alors que le fait de faire une mesure perturbe le système.
Je ne comprends pas du tout cette interprétation, lorsqu’on place un photomultiplicateur derrière la fente n°2, c’est comme si on obstruait par un cache la fente n°2.

Oui, bien sûr, puisque le photomultiplicateur absorbe les photons passant par la fente 2.

Comment peut-il conclure que la cause de la différence de phénomènes (diffraction et interférences) est due à la présence d’un appareil de mesure

C'est certes une conclusion assez rapide. Il faudrait examiner d'autres montages expérimentaux avant d'arriver à cette conclusion (qui est valide) de façon plus solide. Mais il s'agit d'un chapitre d'introduction, qui veut illustrer simplement un principe général de la mécanique quantique, et non détailler des expériences plus convaincantes mais nettement plus élaborées.

De part ma perplexité face à la question 1), j’ai lu le complément D1 page 51. J’ai deux questions.
a) A la dernière page du complément (page 53), il est dit « Si la position verticale des fentes F1 et F2 n’est définie qu’avec une incertitude supérieure à l’interfrange, il ne peut être question d’observer la figure d’interférences ». Je vois pas vraiment pourquoi…

Parce que la position de la figure d'interférences dépend de la position verticale des fentes, et se translate avec elles. Si la position des fentes n'est pas définie* plus précisément que l'interfrange, alors il en est de même pour la figure sur l'écran. Il n'y aura donc pas de franges visibles sur l'écran, elles seront "floutées" par cette imprécision dans la position des fentes. *En pratique, cela peut signifier par exemple que d'un photon à l'autre, les fentes se sont déplacées verticalement

b) Le complément dans son ensemble me pose problème. L’auteur suppose au début que la relation d’incertitude d’Heisenberg est juste pour la plaque percée de fentes et il en déduit à la fin que l’on ne peut pas faire une mesure sans perturber le système. Mais, est-ce que la relation d’incertitude d’Heisenberg ne repose pas justement sur le fait que l’on ne peut pas faire une mesure sans perturber le système ?

À mon avis, le but du complément (cf sa conclusion) est de montrer qu'au moins dans certains cas, il faut décrire toutes les parties d'une expérience de façon quantique, et non seulement certaines d'entre elles, sinon on arrive à une contradiction.

PS : Je précise (ça n'a pas de rapport avec votre interrogation mais avec le sujet du post initial) que je viens de me souvenir d'une vidéo que j'avais vue il y a longtemps et qui était pour moi plus claire que le cohen-tannoudji : http://www.youtube.com/watch?v=HTOattMOuKw. Que pensez-vous de cette vidéo ?

Cet extrait vidéo est attrayant et pas particulièrement mauvais scientifiquement. Mais le reste du film ("What the bleep do we know?") est nettement plus sujet à caution, et donc à prendre avec beaucoup de précaution.

[invite95f91e6f]

1) Dans le Cohen-Tannoudji, il est dit que lorsqu’on place un détecteur derrière la fente n°2, les photons qui passent par la fente n°1 forment une figure de diffraction et non le début d’une figure d’interférence comme on pourrait le penser.

Il en déduit alors que le fait de faire une mesure perturbe le système.
Je ne comprends pas du tout cette interprétation, lorsqu’on place un photomultiplicateur derrière la fente n°2, c’est comme si on obstruait par un cache la fente n°2

Oui, bien sûr, puisque le photomultiplicateur absorbe les photons passant par la fente 2.

Pour moi c'est ça qui pose problème. Il est bien évident que si on met un photomultiplicateur derrière la fente 2, on perturbe le système car les photons sont absorbés. C'est comme si on mettait sa main ou un cache ou quoi que ce soit d'autre derrière la fente 2. Pour moi, le fait que le photomultiplicateur est un appareil de mesure n'a aucune importance dans la perturbation du système.
Selon moi, le système est simplement perturbé car on a mis quelque chose qui absorbait les photons derrière la fente 2. Le fait de mesurer n'est pas remis en cause.

Parce que la position de la figure d'interférences dépend de la position verticale des fentes, et se translate avec elles. Si la position des fentes n'est pas définie* plus précisément que l'interfrange, alors il en est de même pour la figure sur l'écran. Il n'y aura donc pas de franges visibles sur l'écran, elles seront "floutées" par cette imprécision dans la position des fentes. *En pratique, cela peut signifier par exemple que d'un photon à l'autre, les fentes se sont déplacées verticalement

Je me doutais que c'était quelque chose comme ça. J'en ai maintenant la confirmation. Merci.

b) Le complément dans son ensemble me pose problème. L’auteur suppose au début que la relation d’incertitude d’Heisenberg est juste pour la plaque percée de fentes et il en déduit à la fin que l’on ne peut pas faire une mesure sans perturber le système. Mais, est-ce que la relation d’incertitude d’Heisenberg ne repose pas justement sur le fait que l’on ne peut pas faire une mesure sans perturber le système ?

À mon avis, le but du complément (cf sa conclusion) est de montrer qu'au moins dans certains cas, il faut décrire toutes les parties d'une expérience de façon quantique, et non seulement certaines d'entre elles, sinon on arrive à une contradiction.

Je vais poser ma question autrement. Sur quoi repose la relation d'incertitude d'Heisenberg ?

[Deedee81]

Salut,

Note qu'il est en principe possible de mesurer par où passe une particule sans la perturber. Il existe des techniques (que je ne connais pas trop bien) dites de "perturbation faible" mais aussi des techniques de mesure sans interaction (voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Contraf...%28physique%29 pour le principe et http://arxiv.org/abs/quant-ph/0508102 pour une analyse d'une expérience réellement réalisée).

On peut vérifier (par le calcul) que si l'on utilise ce genre de technique pour mesurer par où passe la particule, les franges d'interférences disparaissent aussi !!! Mais j'ignore si l'expérience a réellement été tentée (je n'ai rien trouvé en tout cas).

Je vais poser ma question autrement. Sur quoi repose la relation d'incertitude d'Heisenberg ?

Actuellement, les relations d'indétermination (je préfère cette expression) se basent habituellement :

- En intro dans un cours de MQ, sur le caractère ondulatoire
- Souvent en intro aussi sur diverses expériences de pensée
- On les démontre à partir des relations de commutation canonique (on le trouve par exemple dans Quantum Mechanics Leonard L. Schiff, à noter que la démonstration n'est pas triviale d'autant que les inégalités d'Heisenberg ce n'est pas très rigoureux, par exemple il faut préciser ce qu'on entend par , dans le livre ci-dessus il travaille sur base de l'écart-type).

[invite0bbfd30c]

Pour moi c'est ça qui pose problème. Il est bien évident que si on met un photomultiplicateur derrière la fente 2, on perturbe le système car les photons sont absorbés. C'est comme si on mettait sa main ou un cache ou quoi que ce soit d'autre derrière la fente 2.

Oui.

Pour moi, le fait que le photomultiplicateur est un appareil de mesure n'a aucune importance dans la perturbation du système.

Vrai aussi.

Selon moi, le système est simplement perturbé car on a mis quelque chose qui absorbait les photons derrière la fente 2.

Oui, mais on peut aussi faire une mesure sans absorber les photons, et on trouve expérimentalement que à chaque fois que la mesure indique par quelle fente chaque photon passe, on n'a plus de figure d'interférences. C'est plus compliqué que ce qui est exposé dans ce chapitre, et les auteurs ne voulaient sans doute pas se lancer dans une telle description aussi tôt. Néanmoins je suis d'accord avec ton sentiment d'insatisfaction, je me rappelle avoir également été choqué par la "naïvité" de l'exposé de ce premier chapitre.

Par ailleurs le complément D1 a pris de l'âge, il serait certainement écrit différemment s'il fallait l'écrire aujourd'hui.

Je vais poser ma question autrement. Sur quoi repose la relation d'incertitude d'Heisenberg ?

Ça "repose" sur la non-commutativité d'opérateurs conjugués (par exemple position et impulsion). Le "repose" est entre guillements car on ne "prouve" pas la mécanique quantique, et il y a une certaine liberté dans la façon dont on peut choisir de "construire" le formalisme.

[invite95f91e6f]

Merci à tous et à toutes ! Je crois que je comprends mieux désormais.


PS : Ce "merci à tous et à toutes" ne signifie pas que je clos la discussion. Si des personnes souhaitent poster de nouveaux messages, je serais très heureux de les lire ! Et cela me permettra de mieux comprendre.

[invitea125cf6e]

Salut

La remarque de Deedee81 est importante!!

Je pense que tu as raison de te poser cette question : le lien entre détection et perturbation est ambigu avec les photons. Mais l'expérience à pu être reproduite avec des electron! des atomes! des molécules organiques!!! http://www.pourlascience.fr/ewb_page...reel-29639.php

Donc, bien qu'il semble possible de réduire encore et encore la perturbation liée à la mesure (on perturbe moins une molécule en détectant son passage qu'un photon...), le phénomène décrit par le Cohen se reproduit!

Conclusion : Il semble bien que ce soit la mesure elle même qui perturbe le système. Un prof m'a posé la question : et si on place une "caméra" pour détecter le passage de la particule, mais personne en face de l'écran pour prendre le résultat en compte?

[Deedee81]

Salut,

Conclusion : Il semble bien que ce soit la mesure elle même qui perturbe le système. Un prof m'a posé la question : et si on place une "caméra" pour détecter le passage de la particule, mais personne en face de l'écran pour prendre le résultat en compte?

J'avais déjà lu des remarques sur ce genre de chose, je crois que c'était de Feynman. La réponse est oui, ça compte, pas besoin de quelqu'un pour regarder.

La raison en est que l'enregistrement laisse une trace. Pas nécessairement une trace du genre bande magnétique. Mais simplement l'image va perturber les atomes de l'écran ou la lumière va traverser ou se réfléchir continuer à se propager en contenant l'information sur la mesure (et si on accepte la mécanique quantique, l'information n'est jamais détruite, à cause du caractère unitaire/linéaire de l'équation de Schrödinger, mais bon, c'est justement là que réside le mystère de la mesure quantique puisque le mécanisme de réduction de la fonction d'onde n'est pas unitaire, il viole l'équation de Schrödinger).

Moralité, à tout moment un observateur pourrait prendre connaissance de cette information (peut-être difficile à décrypter mais elle est là et peut au moins partiellement l'influencer. Par exemple si un des rayons de lumière réfléchie vient un peu plus tard l'éblouir ).

Pas besoin d'observateur conscient.

C'est pour ce genre de raison que dans une interprétation cohérente de la MQ je préfère :
- ne pas faire intervenir d'observateur conscient (et d'une manière même encore plus générale faire, au moins au départ, une distinction dans les comportements macroscopiques et microscopiques. J'estime que la MQ doit être à même d'expliquer ce qui se passe au niveau macroscopique à travers tout l'arsenal des outils existant comme la physique statistique. Et si à la base on interprète la MQ en donnant un rôle privilégié aux systèmes macroscopiques, le raisonnement risque de devenir circulaire).
- ne pas faire intervenir la réduction de la fonction d'onde (ça c'est le plus difficile à avaler puisque cela semble, au moins en apparence, contraire à l'observation. Il y a alors une étape d'interprétation pour expliquer cette "réduction apparente").

Je ne donne là que mes préférences, même si je les estime fondée, car de toute façon, la majorité des interprétations sont infalsifiables (aucune expérience ne pourrait les départager). Pas toute (par exemple, l'interprétation avec réduction physique fondée par Ghirardi est falsifiable).

[invitea125cf6e]

La raison en est que l'enregistrement laisse une trace. Pas nécessairement une trace du genre bande magnétique. Mais simplement l'image va perturber les atomes de l'écran ou la lumière va traverser ou se réfléchir continuer à se propager en contenant l'information sur la mesure

Hummm Il me semblait que ca n'était pas si simple si?

De l'information est stockée partout, tout le temps. Par exemple la lumière diffusée par l'expérience peut s'imprégner sur les murs de telle ou telle façon. Qu'est ce qui permet d'affirmer : "cette chose la est un appareil de mesure". Si ce n'est notre capacité à exploiter ou non l'information déposée.

Alors la position qui consiste à dire : "Personne n'est devant la caméra mais l'information y est stocké DONC c'est un appareil de mesure qui fait s'effondrer la fonction d'onde" me semble un peu facile.
Et si c'était un bout de bois à la place de la camera? Est on certain qu'on ne pourra pas y tirer quelques info dans quelques siècles? Bon j'exagère peut être mais au final qu'est ce qui détermine le fait que de l'info est stockée ou pas?

Je ne suis pas partisan d'une théorie qui donne à la conscience une importance (J'essaie de comprendre mon cours c'est déjà pas mal ), mais il me semble en tout cas qu'on ne peux pas la balayer si facilement.

Salut,

Moralité, à tout moment un observateur pourrait prendre connaissance de cette information (peut-être difficile à décrypter mais elle est là et peut au moins partiellement l'influencer. Par exemple si un des rayons de lumière réfléchie vient un peu plus tard l'éblouir ).

Ca dépasse largement mes connaissances mais ça me fait penser aux choix retardés.

[Deedee81]

Effectivement il y a un lien avec les choix retardés.

Et oui, tout laisse de l'information..... au niveau macroscopique (car il est difficile d'y échapper). Mais à un niveau microscopique il suffit de considérer le temps où le photon ou l'électron va effectuer un trajet sans interagir avec quoi que ce soit. Ce n'est pas insurmontable à cette échelle.

En fait, il finit toujours bien par y avoir des interactions : par exemple avec la gravitation, ou pour des électrons avec le rayonnement microonde ambiant (ne fut-ce que celui du rayonnement fossile).

Et ces interactions même "n'emportant que peu d'information" (pour le dire dans le même esprit que ce qui précède) finissent pas détruire la cohérence quantique. Les systèmes finissent par se comporter comme des systèmes classiques. C'est un des aspects clés pour comprendre comment un monde quantique donne, à notre échelle, un monde classique, sans interférences etc....

C'est la théorie de la décohérence quantique, maintenant bien développée, j'explique ça en détail ici : http://www.scribd.com/doc/50186881/C...ntique-Tome-VI . Attention, c'est fort technique (espaces de Hilbert, matrices de densités réduites, etc.... toute la machinerie).

On peut considérer qu'une mesure est une forme un peu extrême de décohérence (attention, la décohérence ne résout pas ce qu'on appelle le problème de la mesure, c'est-à-dire ce qui tourne autour de mes remarques sur la réduction de la fonction d'onde). On dit parfois à propos de la décohérence que l'environnement mesure en permanence (monitoring) les phénomènes à notre échelle.

[invitea125cf6e]

On peut considérer qu'une mesure est une forme un peu extrême de décohérence (attention, la décohérence ne résout pas ce qu'on appelle le problème de la mesure, c'est-à-dire ce qui tourne autour de mes remarques sur la réduction de la fonction d'onde). On dit parfois à propos de la décohérence que l'environnement mesure en permanence (monitoring) les phénomènes à notre échelle.

Interessant!