Obversateur ou mesure?

[mnafati]

Bonjour a tous !

Completement beotien vis a vis de la physique post lycee, j'ai du mal a comprendre le probleme de decoherence, plus particulerement apres avoir lu l'experience d'Aspect (ou de Scully) sur wikipedia (oui je sais...).
Plus specifiquement, le probleme vient il de la mesure (l'instrument en lui meme produit la decoherence)
ou de l'observateur (voir le resultat de la mesure produit la decoherence)?

Et en corrolaire, faire la mesure sans pour autant la regarder eviterait il le phenomene d'effondrement de la fonction d'onde?
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[invite54165721]

Il faut faire la distinction entre décohérence et apparition de l'un des résultats de mesure. Le phénomène de décohérence laisse entier le probleme du résultat unique "choisi" par la nature. On n"a plus une superposition chat vivant + chat mort mais il reste chat vivant OU chat mort sans avoir tranché.
Ceci dit la décohérence est un phénomène physique observable.

[chaverondier]

Completement beotien vis a vis de la physique post lycee, j'ai du mal a comprendre le probleme de decoherence, plus particulerement apres avoir lu l'experience d'Aspect (ou de Scully) sur wikipedia (oui je sais...)... l'instrument en lui meme produit la decoherence ?

Sur ce point, il est possible de répondre d'une façon qui ne soit pas contestable. Non, l'instrument de mesure en lui-même ne produit pas la décohérence. La décohérence demande l'interaction de l'appareil de mesure avec un environnement dont la très grande majorité des degrés de libertés ne soit pas accessible à l'observateur.

Le probleme vient il de la mesure ou de l'observateur ?

Ce point là est plus délicat. Malgré de nombreuses tentatives (théorie des histoires consistantes de Griffiths, modèle de Ghirardi Rimini Weber de la mesure quantique, théorie des états relatifs notamment), il ne semble que très difficilement possible (voir impossible ?) de dissocier complètement la notion de mesure quantique de la notion d'observateur.

Quand l'observateur n'est pas présent explicitement (ce n'est pas nécessaire), il l'est implicitement à travers les outils mathématiques modélisant le recueil, l'enregistrement et le traitement de l'information quantique ainsi que certaines notions qui en sont indissociables. Je veux évoquer les considérations d'irréversibilité, de statistiques, d'entropie et d'opérateur densité (indissociable d'un découpage de l'univers en un système observé et un environnement, découpage n'ayant pas de base "objective").

A cela vient se "rajouter" (puisque votre question évoque des "presque violation" de la causalité relativiste comme la non localité quantique et l'expérience du choix retardé) le problème de l'écoulement irréversible du temps et même tout simplement de l'émergence d'une direction privilégiée d'écoulement du temps alors que la relativité nous enseigne qu'il n'y en a pas.

Surmonter le conflit entre covariance généralisée propre à la Relativité et besoin d'une direction privilégiée d'écoulement du temps (une direction, pas seulement un sens) dans une théorie quantique des champs demande de préciser comment faire émerger cette direction privilégiée tout en respectant les symétries d'une théorie (la relativité) dans laquelle il n'y en a pas. Carlo Rovelli, Pierre Martinetti et Alain Connes s'y sont essayé en s'appuyant sur l'outil mathématique des algèbres de Von Neumann d'une part, sur la notion physique d'état dit KMS d'autre part (notion d'état d'équilibre d'un système quantique à nombre infini de ddl) et enfin sur une hypothèse physique riche de conséquences : l'hypothèse dite du temps thermique (2) (3).

En effet, dans une algèbre de Von Neumann munie d'un état (une fonctionnelle linéaire positive), le théorème de Tomita Takesaki fait émerger une notion de flot (1) associée à cet état (état considéré, d'un point de vue physique, comme un état d'équilibre, c'est à dire un état dans lequel l'espérance des observables est constante).

Diamonds's Temperature: Unruh effect for bounded trajectories and thermal time hypothesis P. Martinetti, C. Rovelli http://arxiv.org/abs/gr-qc/0212074
Von Neumann Algebra Automorphisms and Time-Thermodynamics Relation in General Covariant Quantum Theories A. Connes, C. Rovelli http://arxiv.org/abs/gr-qc/9406019

En fait, si on fait disparaître l'observateur de la physique, le temps disparaît lui aussi, cf
“Forget time” Essay written for the FQXi contest on the Nature of Time Carlo Rovelli (Dated: August 24, 2008)
http://www.fqxi.org/data/essay-conte...velli_Time.pdf

Voir le resultat de la mesure produit la decoherence ?

Ce n'est pas nécessaire. Il n'est pas requis de voir le résultat de mesure. Il suffit qu'elle soit visible par un observateur macroscopique et pour cela qu'elle soit enregistrée de façon extrêmement redondante dans l'environnement par le phénomène de décohérence. C'est expliqué de façon extrêmement intéressante et détaillée, mais très 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, 2 Nov 2005 http://arxiv.org/abs/quant-ph/0408125

Et en corolaire, faire la mesure sans pour autant la regarder eviterait il le phenomene d'effondrement de la fonction d'onde?

Non, mais éviter toute référence à la notion d'entropie détruit la possibilité de faire émerger les notions de temps, de causalité relativiste et d'enregistrement d'information qui vont avec. Un choix d'entropie renvoie implicitement à une famille d'observateurs dont le degré minimal d'ignorance (ses limitations d'accès à l'information) est modélisé par cette notion d'entropie.

Si on oublie l'observateur, on doit oublier aussi la réduction du paquet d'onde, le temps et, à mon avis, tout ou à peu près tout. Bref, une physique tellement fondamentale qu'elle pourrait se passer de la notion d'observateur (et des notions d'irréversibilité, d'information, de temps et de causalité qui en découlent) peut-elle exister où est-elle une chimère ? Je suis tenté par la deuxième option, mais je ne suis pas persuadé que ce point de vue fasse l'unanimité.

(1) Un flot dans une variété est un groupe de difféomorphismes à un paramètre y engendrant (notamment) un feuilletage 1D privilégié. Il s'agit, en particulier, d'un écoulement privilégié du temps (engendrant d'ailleurs un référentiel privilégié) quand il s'agit d'un flot dans une variété Riemanienne 4D (et que tous les observateurs y sont "réels" c'est à dire des feuilles 1D de type temps). Dans le cas d'une algèbre de Von Neumann A, le flot (associé à un état oméga sur cette algèbre) émergeant du théorème de Tomita-Takesaki est un groupe sigma_t à un paramètre d'automorphismes défini dans cette algèbre par :

sigma_t(a) = Delta^(-it) a delta^(it)

• où Delta correspond à la partie radiale de la décomposition polaire d'un opérateur S : S = J Delta^(1/2) (J étant anti unitaire et Delta étant hermitien)
• où S est le prolongement (pour la topologie faible) de l'opérateur de conjugaison défini de A dans A par S a oméga = a* oméga pour tout a appartenant à l'algèbre A
• où oméga est un état cyclique et séparateur. Par définition, cela signifie que l'application de l'algèbre A dans l'Hilbert H qui à une observable "a" associe "a oméga" est injective et que l'image de cette injection est dense dans H.

(2) L'hypothèse du temps thermique suggère, entre autres, que la mécanique quantique modélise une dynamique agissant dans un milieu en équilibre thermique. Le référentiel privilégié induit par le flot de ce temps thermique sur l'espace-temps est alors celui de ce milieu. Cette notion d'équilibre passe par des considérations thermodynamiques, c'est à dire le fait qu'une partie de l'information soit inaccessible à l'observateur du milieu à l'équilibre considéré.

(3) Au passage, l'attribution d'une signification physique à l'échelle de temps suggérée par l'hypothèse du temps thermique, à savoir l'échelle de temps thermique tau définie par :
tau = béta t/hbar

• où hbar désigne la constante de Planck réduite
• où béta est de type 1/kT (k constante de Boltzmann, T température du système à l'équilibre considéré)
• où t est l'échelle de temps implicitement définie par l'entropie de Boltzmann, c'est à dire par la limitation d'accès à l'information de l'observateur macroscopique,

est une "loupe" temporelle" intéressante quand le système considéré est l'univers dans son ensemble et que l'on s'approche suffisamment près du Big bang.

Je veux évoquer par là le fait que l'échelle de temps thermique ainsi définie offre une résolution rejetant le big bang vers - l'infini. Il devient alors possible de décrire le déroulement des phénomènes physiques avec une résolution temporelle de plus en plus fine. Mesurés dans l'échelle de temps macroscopique, des intervalles de temps thermiques égaux sont alors de plus en plus rapprochés au fur et à mesure qu'il fait plus chaud, c'est à dire lors des premier instants (supposés) de l'univers. En effet, "le temps de l'observateur macroscopique" s'écoule de plus en plus lentement vis à vis de l'échelle de temps thermique tau.

Physiquement, cela traduit le fait qu'il devient de plus en plus difficile d'enregistrer (à l'échelle macroscopique donc) des informations résistant au "bouillonnement thermique de l'univers" à proximité du big bang. Mesurée selon l'échelle de temps thermique tau, le temps macroscopique ralentit et finit pas "se figer".

Cela se produit au moment où la sphère de Planck devient plus grande que l'univers tout entier. A ce moment là, pour un "observateur macroscopique fictif" n'ayant pas accès à certains ddl (parce qu'il ne peut pas en enregistrer l'information, aucune structure stable ne résiste plus à la chaleur) l'univers est dans un état quantique d'équilibre dit état KMS. Pour lui, le temps ne s'écoule plus car il ne peut recueillir et enregistrer un flux d'informations lui donnant la perception d'un écoulement du temps.

[Amanuensis]

Heureusement qu'il y avait écrit "Completement beotien vis a vis de la physique post lycee", comme ça on a eu les notes de bas de page.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Nicophil]

Bonjour,

Savez-vous ce qui decohere ?

[invite6754323456711]

et d'enregistrement d'information qui vont avec

Information ou bruit ?

Dans un autre registre

Certaines recherches considèrent le son comme un porteur d'information ; d'autres l'envisagent comme nuisance. Cette différence d'approche aboutit à des indices quantitatifs différents à propos du même genre de caractéristiques du son.

Tout n’est pas dans les données

Patrick

[chaverondier]

Savez-vous ce qui decohere ?

Oui. L'état quantique de l'ensemble appareil de mesure + système observé. L'état quantique décohère sous l'action d'intrication de cet ensemble avec son environnement.

L'état de cet ensemble est modélisé par son opérateur densité. Dans la base des états propres de l'observable mesurée, les termes extradiagonaux de la matrice densité de l'opérateur densité de l'ensemble appareil de mesure + système observé tendent vers zéro. L'état de ce système n'est alors plus un état pur (son entropie de Von Neumann n'est plus nulle).

Cela signifie que l'on ne dispose plus d'une information suffisante pour caractériser son état (et pour cause puisqu'il n'en a plus à proprement parler malgré une terminologie qui suggère l'inverse). Cette information est partie se réfugier dans les liens EPR (inaccessibles ou quasi inaccessibles à l'observateur) qui se sont établis avec l'environnement. C'est ça la décohérence.

Je profite de cette réponse pour corriger une erreur et signaler une hypothèse implicite spéculative dans mon nota (3). Cette erreur et cette hypothèse implicite m'avaient échappé suite à une relecture un peu trop approximative de mon post.

(3) L'échelle de temps thermique tau définie par tau = béta t/hbar où béta est de type 1/kT offre une résolution temporelle rejetant le big bang vers - l'infini.

D'une part c'est tau = t/(béta hbar). D'autre part, pour que cette échelle de temps rejette le big bang vers - l'infini il faut admettre la possibilité de définir une température pendant l'ère planckienne (ce n'est pas acquis) et admettre (en plus) qu'une éventuelle définition jugée licite de cette température conduirait à une température tendant vers + l'infini. On est dans le domaine d'une recherche en cours impliquant la gravitation quantique en y ajoutant, en plus, des considérations thermodynamiques où il n'est donc pas, à ce jour, possible de se prononcer.

Par ailleurs, merci à mnafati pour la clarté de sa question de "béotien" (hum !).