Quantique : sur l'influence de l'observateur sur les résultats d'une expérience

[SophieLabiche]

Bien chers tous,

Nous entendons souvent des philosophes ou des physiciens dirent : "en physique quantique, l'observateur modifie les résultats de son expérience".

Je me pose trois questions à ce sujet :
1) est-ce que cet énoncé est rigoureux ?
2) est-ce que ces modifications sont expliquées par la théorie quantique ?
3) est-ce que les résultats de cette influence peuvent être prédits grâce à la théorie quantique ?

Merci à toutes les personnes qui pourront m'éclairer sur ce phénomène étonnant.

Sophie
-----

[invite6754323456711]

Nous entendons souvent des philosophes ou des physiciens dirent : "en physique quantique, l'observateur modifie les résultats de son expérience".

N'est-ce pas plutôt l'observateur (instruments de mesure) interagie avec ? D'où des interprétations qui se focalise pour décrire l'interaction, ce qui est effectivement mesuré : "Cette séance a été consacrée à la présentation par Carlo Rovelli de son livre "Quantum Gravity"" exposé qui regroupe point de vue physique et philosophique.

Patrick

[mike.p]

Bonjour,

non l'énoncé est loin d'être rigoureux
a ) il s'agit de la capacité de mesure ; par exemple présence d'un champ dont les variations pourraient être mesurées et donner des infos sur le phénomène
b ) strictement parlant , comment vérifier que sans observateur ( observateur = instrument de mesure ) les mesures changent ? C'est comme avoir un potentiel qu'on perd exactement au moment de le réaliser.

Les mots et la langue courante n'aident pas.
Derrière ces difficultés d'expression, il y a bien une relation entre la capacité d'observation et les mesures du phénomène. A ce stade, le physicien philosophe n'est pas plus mal placé que le physicien mathématicien ...

[invite6754323456711]

il y a bien une relation entre la capacité d'observation et les mesures du phénomène.

Roger Penrose , entre autre,c'etait engagé dans cette réflexion en cherchant à remonter jusqu'à la notion de "conscience". En mon sens la physique ne peut capturer à elle seule l'ensemble de la "Phénoménologie" qui fait intervenir les "algèbres" des différentes strates que nous avons construite : chimie, biologie, neuroscience, psychologie, sociétal, ....

Patrick

[A voir en vidéo sur Futura]

[Nicophil]

Bonjour,

"en physique quantique, l'observateur modifie les résultats de son expérience".

Ouh là, non !
Ce qu'il y a, c'est que quand le physicien fait des mesures, il modifie la réalité. Par exemple, on ne peut pas détecter des photons sans les faire disparaître.

Et donc on ne peut pas savoir comment aurait été la réalité si le physicien ne l'avait pas modifiée. Mais en même temps il faut bien mesurer...


https://en.wikipedia.org/wiki/Measur...ntum_mechanics :

The framework of quantum mechanics requires a careful definition of measurement. The issue of measurement lies at the heart of the problem of the interpretation of quantum mechanics, for which there is currently no consensus.

Measurement plays an important role in quantum mechanics, and it is viewed in different ways among various interpretations of quantum mechanics. In spite of considerable philosophical differences, different views of measurement almost universally agree on the practical question of what results from a routine quantum-physics laboratory measurement. To understand this, the Copenhagen interpretation, which has been commonly used,[1] is employed in this article.

In classical mechanics, a simple system consisting of only one single particle is fully described by the position and momentum of the particle. As an analogue, in quantum mechanics a system is described by its quantum state. In mathematical languages, all possible pure states of a system form a complete abstract vector space called Hilbert space, which is typically infinite-dimensional. A pure state is represented by a state vector (or precisely a ray) in the Hilbert space.

In the experimental aspect, once a quantum system has been prepared in laboratory, some measurable quantities such as position and energy are measured. That is, the dynamic state of the system is already in an eigenstate of some measurable quantities which is probably not the quantity that will be measured. For pedagogic reasons, the measurement is usually assumed to be ideally accurate. Hence, the dynamic state of a system after measurement is assumed to "collapse" into an eigenstate of the operator corresponding to the measurement. Repeating the same measurement without any significant evolution of the quantum state will lead to the same result. If the preparation is repeated, which does not put the system into the previous eigenstate, subsequent measurements will likely lead to different result. That is, the dynamic state collapses to different eigenstates.

The measurement process is often considered as random and indeterministic. Nonetheless, there is considerable dispute over this issue. In some interpretations of quantum mechanics, the result merely appears random and indeterministic, whereas in other interpretations the indeterminism is core and irreducible. A significant element in this disagreement is the issue of "collapse of the wavefunction" associated with the change in state following measurement. There are many philosophical issues and stances (and some mathematical variations) taken.

[chaverondier]

Nous entendons souvent des philosophes ou des physiciens dire : "en physique quantique, l'observateur modifie les résultats de son expérience".

Il faudrait dire : "en physique quantique, la mesure modifie l'état quantique du système observé (quand il n'est pas dans un état propre de l'observable mesurée)".

est-ce que ces modifications sont expliquées par la théorie quantique ?

En partie, oui, grâce à la modélisation du phénomène de décohérence. Il s'agit d'une interaction entre système observé+appareil de mesure et l'environnement modifiant à la fois l'état système+appareil de mesure et l'état de l'environnement.

Le phénomène de décohérence a pour effet de stocker dans l'environnement, et ce de de façon redondante, les informations caractérisant l'état du système obtenu à l'issue de la mesure quantique. L'information ainsi enregistrée dans l'environnement est celle qui survit "aux agressions de l'environnement". Elle survit aussi aux actions de lecture successives par différents observateurs (par prélèvement de cette information dans l'environnement). Ils trouvent alors bien le même résultat (l'intersubjectivité est préservée).

L'observateur n'a par contre pas de moyen d'accéder, par mesure quantique, à l'état du système avant la mesure. Il n'a accès qu'à une information caractérisant l'état quantique du système à l'issue de la mesure quantique ("unperformed measurements have no outcomes" a coutume de marteler Asher PERES).

Ce point est présenté de façon assez détaillée (mais assez technique) dans "Environment as a Witness: Selective Proliferation of Information and Emergence of Objectivity in a Quantum Universe" Harold Ollivier, David Poulin, Wojciech H. Zurek http://arxiv.org/abs/quant-ph/0408125v3

est-ce que les résultats de cette influence peuvent être prédits grâce à la théorie quantique ?

Oui, mais seulement statistiquement.

[Deedee81]

Salut,

Les perturbations sont diverses et variées.

Il y a en effet les effets de la décohérence, inévitables, comme décrit par Chaverondier.

Et bien sûr les aspects délicats liés à la réduction (délicats car dépendant de l'interprétation). On en parle dans la citations en anglais de Nicophil. (une bonne âme pour la traduire ?)

Il y a aussi des perturbations diverses et variées. Nicophil a parlé de la disparition des photons détectés. Mais d'une manière générale et pratique, difficile de mesurer des systèmes aussi petits et délicats sans les perturber.

Tous ces aspects s'entremêlent, rendant fort difficile l'étude de tout ça sans une connaissance approfondie de la mécanique quantique et de la pratique expérimentale. Ce qui n'est d'ailleurs pas sans conséquence pédagogique puisque la physique c'est avant toute chose l'expérience. Il est difficile d'éviter de mettre la charrue avant les bœufs. Ca m'a toujours un peu énervé

[SophieLabiche]

Merci beaucoup pour vos merveilleuses explications.

Sophie

[Nicophil]

Il y a en effet les effets de la décohérence, inévitables, comme décrit par Chaverondier.
Et bien sûr les aspects délicats liés à la réduction (délicats car dépendant de l'interpretation).

Comme si la théorie de la decoherence n'etait pas liée à la réduction ni dépendante de l'interprétation !

[Chanur]

Bonjour,

(une bonne âme pour la traduire ?)

Je me lance. Mais soyez indulgents, ce n'est pas ma spécialité ...

Le cadre de la mécanique quantique nécessite une définition soignée de la mesure. La question de la mesure est au coeur du problème de l'interprétation de la mécanique quantique, problème pour lequel il n'existe actuellement pas de consensus.

La mesure joue un rôle important en mécanique quantique et est envisagée de différentes façons suivant les diverses interprétation de la mécanique quantique. En dépit de différences pilosophiques considérables, les différentes vues sur la mesure s'accordent presque universellement sur la question pratique de ce qui résulte d'une mesure de laboratoire ordinaire en physique quantique. Pour comprendre cela, cet article se base sur l'interprétation de Copenhague, qui est [a été ?] couramment utilisée.

En mécanique classique, un système simple, constitué d'une unique particule est entièrement décrit par la position et la quantité de mouvement de la particule. De façon analogue, en mécanique quantique, un système est décrit par son état quantique. En mathématiques, l'ensemble des états purs d'un système constitue un espace vectoriel appelé espace de Hilbert, généralement de dimension infinie. Un état pur est représenté par un vecteur d'état (or precisely a ray [1]) dans l'espace de Hilbert.

Expérimentalement, quand un système quantique a été préparé en laboratoire, des quantités mesurables telles que la position ou l'énergie sont mesurées. Autrement dit, l'état dynamique du système est déjà dans un état propre de certaines quantités mesurables, qui n'est probablement pas la quantité qui sera mesurée. Pour des raisons pédagogiques, la mesure est en général supposée d'une précision idéale. De ce fait, l'état dynamique du système est supposé s'"effondrer" en un état propre de l'opérateur correspondant à la mesure. Répéter la même mesure sans aucune évolution significative de l'état quantique produira le même résultat. Si la préparation est répétée, le système ne sera pas dans l' état propre précédent, et les mesures ultérieures produiront probablement des résultats différents. Autrement dit, l'état dynamique du système s'effondre en différents états propres.

Le processus de mesure est souvent considéré comme aléatoire et non déterministe. Il y a cependant une polémique importante sur ce point. Dans certaines interprétations de la mécanique quantique, c'est le résultat de la mesure qui apparaît comme aléatoire et non déterministe, alors que pour d'autres, l'indéterminisme est fondamental et irréductible. Un élément significatif est le désaccord sur le problème de l'"effondrement de la fonction d'onde" associé au changement d'état consécutif à la mesure. Il y a de nombreuses questions et positions philosophiques (et quelques variations mathématiques) sur le sujet.

[1] J'ignore le terme français consacré pour cette acceptation du mot "ray" (qui se traduit par raie dans le cas d'un spectre discret, par exemple, et par rayon dans le cas d'un rayon lumineux).

[mike.p]

Bonsoir,

merci , c'est très clair

Pour ray :
http://en.wikipedia.org/wiki/Projective_Hilbert_space
la classe des vecteurs colinéaires par un complexe ( d'où ray )