problème avec EPR

[invitec42bf19e]

salut, j'ai un peu de mal a bien saisir cette expérience...
j'explique

le postulat soutenu par Bohr et l'école de copenhague pour défendre la mécanique quantique est que l'on ne peut affirmer l'état d'un photon (polarisation) avant une mesure... l'on ne peux pas prédire cet état... un photon a deux polarisations possible comme dans l'expérience d'Aspect... soit + soit - ... et le résultat est toujours aléatoire "par essence quantique" (dirais-je)

Einstein&co, affirme que dans le cas des photons intriqués cette situation est impossible, car si les photons sont intriqué et qu'ils sont séparé, ceux-ci si ont les éloignes l'un de l'autre vont transmettre une information à distance... le premier influençant le second plus vite que c...

l'expérience d'aspect démontre l'existence de l'intrication des photons et le fait qu'un photon a une influance sur le second de l'intrica... mais l'expérience d'aspect en démontrant l'intrication ne démontre-t-elle pas qu'il soit possible de déterminer le statut du second photon avant la mesure, soit que la démonstration invalide le postulat de Copenhague, le fondement de la physique quantique ?

et par là donne raison a Einstein en posant que si l'intricat existe, c'est à ce moment que les deux photons acquiers leur détermination future, et que peu-importe la distance, si un photon est mesuré dans un sens, l'autre seras nécessairement déterminé...

par là, l'expérience EPR n'était-elle pas à double tranchant ? soit l'on démontre qu'il n'y a pas d'intricat et Einstein à raison, soit l'on démontre l'intricat et l'on peu prédire l'état du photon avant la mesure, donc contre l'idée d'une action à distance, tout en acceptant l'idée que deux photons puisse-t-être "localement" dans un état superposé... les mesure ensuite étant superfétatoire, simple vérification d'un état préexistant... quantique localement, mais de logique très classique à distance...

bref tout l'inverse de ce qui est dit partout... c'est donc que j'ai tort, mais j'avoue volontier que je suis en état +/- moi aussi...
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[Etrange]

Salut,

J'ai l'impression que la question se résume à savoir ce qui différencie vraiment une paire de photons intriqués et une paire de photons partageant une caractéristique commune dès l'émission (variable cachée).
La différence est ténue si l'on s'en tient à essayer de se la représenter mentalement je trouve. En effet, tout réside dans le fait que les corrélations entre les résultats des mesures du premier et du second photon sont plus fortes si les photons sont intriqués qu'elles ne pourraient l'être s'il s'agissait seulement d'un caractéristique commune cachée déterminée à l'émission de la paire. La différence tient d'ailleurs dans ce graphique sur Wikipédia : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Bell.svg
Mesurer les polarisations des deux photons selon des directions identiques à plus ou moins k*pi/2 près donne le même résultat en utilisant une théorie à variable cachées. Les problèmes viennent lorsque les directions sont différentes. C'est précisément dans ces cas là qu'aucune théorie à variables cachées ne peut expliquer les résultats obtenus. Plus formellement, les inégalités de Bell ne sont violées que si l'intrication est en jeu, elles ne le sont pas si le système est déterminé par des variables cachées.
Donc l'expérience d'Aspect montre que l'intrication existe vraiment et que tout se passe comme si une information voyageait plus vite que la lumière entre les deux photons.

@+

[invitec42bf19e]

oui effectivement, je connaissais pas ce graphique.. très utile

donc, si je traduis bien, sans intrication l'on a pour presque tout les angles des corrélations équivalente a celle de la quantique... les photons sont juste appareillé, mais pas intriqué...

et seule l'intrication quantique permet de prédire les cas restant inexplicable autrement...

toutefois mon problème reste entier, si l'on prouve l'intrication, l'on démontre que les photons ont été en contact et se sont déterminé d'origine en contradiction avec de simple photon simplement appareillé...

einstein semble admettre qu'il soit possible que localement il y ait des effets quantique, mais en même temps en démontrant l'intrication prouve le statut "particulier" de ces photons par rapport aux autres, il n'ont plus ce carractère strictement aléatoire, donc indéterminé de la physique classique...

et si il y a intrication quantique, celle-ci permet d'affirmer qu'il n'y a pas d'interaction à distance... en certitude... puisque les photons sont lié dès l'origine (c'est l'intrication qui permet d'affirmer la détermination entre deux photons) et il n'y a pas besoin de variable caché... juste besoin de démontrer l'intrication pour démonter l'idée de transmission instantanée à distance qu'EPR ne pouvait admettre sans réfuter les postulats de la relativité... (crime de lèse-majesté non ?)

Einstein a-t-il tendue un piège à Bohr en posant le paradoxe EPR ?

[chaverondier]

L'expérience d'Aspect en démontrant l'intrication ne démontre-t-elle pas qu'il soit possible de déterminer le statut du second photon avant la mesure, soit que la démonstration invalide le postulat de Copenhague, le fondement de la physique quantique ?

La connaissance du résultat de la mesure réalisée par Alice est connu d'Alice seulement. Selon les no-go theorem de la mécanique quantique (notamment l'impossibilité de biaiser le hasard quantique) Bob ne peut rien savoir de ce que fait Alice. La causalité relativiste n'est donc pas violée par cette expérience. La violation de causalité relativiste intervient seulement au niveau interprétatif si l'on attribue à l'état quantique EPR corrélé des deux photons le caractère de champ physique objectif s'étendant dans l'espace et changeant pourtant instantanément d'état sous l'action locale de mesure réalisée par Alice.

En fait, 3 principales interprétations de la corrélation EPR et plus particulièrement de la violation des inégalités de Bell dans l'expérience d'Alain Aspect sont possibles cf Huw Price [0]:

1/ L'interprétation conforme (au moins dans l'esprit) à l'interprétation de Copenhague

Cette interprétation est largement majoritaire. Selon cette interprétation, quand Alice fait une mesure de polarisation de son côté, de l'autre côté, il ne se passe rien du tout. Plus précisément, évoquer ce qui se passe en même temps du côté de Bob n'a pas de signification physique. Ce qui ce passe sur Mars en ce moment est interprété comme une expression dénuée de sens physique (même si on précise le référentiel auquel se réfère cette simultanéité).

Cette expression prendra un sens physique ultérieurement quand l'évènement ainsi désigné (ce qui se passe sur Mars en ce moment) sera dans notre cône de futur. En effet, c'est seulement à ce moment là qu'on pourra obtenir des résultats d'observation induits causalement par cet évènement. Dans cette interprétation, le présent n'a donc pas de signification physique au delà de l'observateur lui-même au moment où il en parle puisque les évènements situés dans son présent sont inobservables par lui à ce moment là.

Cette interprétation positiviste (un peu extrême) a l'avantage de restaurer la compatibilité entre mécanique quantique et relativité (cf. Quantum Information and Relativity Theory, Asher Peres http://arxiv.org/abs/quant-ph/0212023v2). Toutefois, cela se paye par le refus d'attribuer une signification physique à ce qui ne peut-être observé.

Si on se contente de la règle simple d'un refus positiviste systématique, cela conduit, par exemple, à considérer que ce qui se passe sous la sphère de Schwarzschild d'un trou noir n'a pas de sens physique. Pour noyer le p... Heu... pour contrer cette objection, il faut rajouter que... oui, mais les trous noirs ça n'a rien à voir parce qu'on traite alors d'un autre sujet (mouais, sauf que ça correspond à évoquer là aussi ce qui se passe au delà d'un horizon lié à la causalité relativiste).

On peut quand même se demander s'il faut chercher à tout prix à réconcilier, au niveau interprétatif, deux théories dont l'une, la Relativité Restreinte, est une théorie classique (dans laquelle la causalité émergeant à l'échelle macroscopique s'intègre parfaitement et dans laquelle la connaissance de l'état d'un système implique la connaissance complète de toutes les grandeurs mesurables) et l'autre théorie, la Mécanique Quantique, est non classique (existence de grandeurs non simultanément observables et de grandeurs inconnues avant mesure d'un système dont l'état quantique est pourtant parfaitement connu).

La théorie quantique ne se réconcilie avec la causalité que dans la deuxième partie de ses axiomes, ceux qui modélisent la mesure. Or la mesure quantique a un caractère d'émergence macroscopique statistique, puisqu'elle est irréversible. Au contraire, la dynamique des évolutions quantiques est Hamiltonienne donc unitaire, déterministe et réversible (donc isentropique).

En fait, on sent bien qu'on a rassemblé dans une même théorie, la théorie quantique, des considérations ayant cours à l'échelle microscopique avec des considérations émergeant à notre échelle macroscopique (notamment la causalité et la thermodynamique du processus irréversible de mesure respectueux de la causalité au prix de l'indéterminisme de son résultat). Dans une approche positiviste puriste, il n'y a d'ailleurs pas d'autre choix possible.

Collapse is a mysterious physical process, whose precise time of occurrence is not well-defined. From the `state of knowledge' view, the argument goes, collapse need be no more mysterious than the instantaneous Bayesian updating of a probability distribution upon obtaining new information. [1] On the reality of the quantum state.

Voui, mais

Our present [quantum mechanical] formalism is not purely epistemological ; it is a peculiar mixture describing in part realities of Nature, in part incomplete human information about Nature - all scrambled up by Heisenberg and Bohr into an omelette that nobody has seen how to unscramble. [2] E. T. Jaynes, in Complexity, Entropy, and the Physics of Information.

Cité dans [1] On the reality of the quantum state.

2/ l'interprétation réaliste, non locale, donc violant l'invariance de Lorentz, mais respectant la causalité
(la structure causale en question s'intégrant dans l'espace-temps non relativiste d'Aristote plus communément appelé espace-temps de Newton)

Cette interprétation est largement minoritaire. Elle consiste à interpréter la mesure quantique faite par Alice (sur la paire de photons de polarisations EPR corrélées) comme une action instantanée à distance modifiant instantanément, au sens de la simultanéité d'un référentiel quantique privilégié, un champ physique objectif s'étendant dans l'espace.

L'espace est alors interprété comme une sorte de milieu physique à l'équilibre comme le proposent, par exemple, Antony Valentini [3] ou Valério Scarani [4] dans la lignée des idées de David Bohm et de John Bell. On notera que l'hypothèse d'un référentiel privilégié ou milieu de propagation des interactions peut s'étendre à la modélisation de la gravitation (cf les travaux de Mayeul Arminjon sur la modélisation de la gravitation dans le cadre d'un éther [5]). Les prédictions du modèle de Mayeul Arminjon s'écartent d'ailleurs des prédictions de la Relativité Générale. Toutefois, l'écart est à ce jour trop faible pour départager sa théorie de la Relativité Générale avec les précisions de mesure actuelles.

L'interprétation réaliste non locale de la mesure quantique viole la causalité relativiste. Cela ne suffit cependant pas à la rendre compatible avec ce qui me semble être (bien que ce point de vue soit très minoritaire) une violation de causalité relativiste intervenant dans l'effet tunnel. Je veux évoquer le franchissement de barrières tunnel à vitesse supraluminique tel que cela a été mis en évidence par R. Chiao dans les années 93-95 avec la participation de Paul Kwait et d'Aephraim Steinberg [6]. En effet, l'effet tunnel respecte l'invariance de Lorentz. Cela nous incite à nous tourner vers une formulation time-symmetric offrant la possibilité de violer la causalité relativiste sans pour autant violer l'invariance de Lorentz.

3/ l'interprétation time symmetric, réaliste, locale, donc Lorentz invariante et violant la causalité relativiste (largement minoritaire aussi mais l'idée me semble gagner du terrain)

Cette interprétation permet de considérer que la corrélation EPR respecte l'invariance de Lorentz mais viole la causalité relativiste au niveau interprétatif en autorisant à la fois des ondes retardées se propageant du présent vers le futur et des ondes avancées se propageant du futur vers le présent. L'idée c'est que de l'information circule au niveau quantique à l'insu de l'observateur macroscopique, aussi bien du passé vers le présent comme du présent vers le passé.

Cela permet aux deux photons de se mettre d'accord quand la polarisation de l'un des deux photons est mesurée en faisant remonter l'information appropriée vers le moment où les deux photons ont été émis, puis en renvoyant cette information vers le deuxième photon. C'est le "hand shake" de l'interprétation transactionnelle de John Cramer (cf http://mist.npl.washington.edu/npl/i...qm/TI_toc.html)

Il s'agit d'une interprétation time symmetric de la mécanique quantique. Il est à noter que c'est un point de vue qui a été défendu par Costa de Beauregard (le directeur de thèse d'Alain Aspect). Elle est aussi soutenue par John Cramer. Les développements actuels tels que le formalisme à deux vecteurs d'état (cf The Two-State Vector Formalism, Lev Vaidman, 2007, http://arxiv.org/abs/0706.1347), et les vérifications expérimentales auxquelles donnent lieu les expériences dites de mesure faible me semblent indiquer que cette piste interprétative time-symmetric gagne du terrain [7].

Cette interprétation offre l'avantage d'être compatible avec l'invariance de Lorentz. Elle est, par ailleurs, bien adaptée à l'interprétation de l'expérience du choix retardé. L'interprétation time-symmetric permet en effet de considérer que ce que nous supposions être un passé immuable peut être modifié à notre insu (donc sans pouvoir utiliser de façon maîtrisée l'action sur le passé grâce à une action présente, respectant ainsi la causalité au niveau macroscopique).

Quantum mechanics allows one to independently select both the initial and final states of a single system. Such pre- and postselection reveals novel effects that challenge our ideas about what time is and how it flows.

[7]

Cette même interprétation permet par ailleurs de réconcilier la mécanique quantique avec le déterminisme grâce à

the freedom to impose independent initial and final conditions on the evolution of a quantum system.

[7]

Me concernant, je commence tout doucement à détacher mon attention de l'interprétation 2/ réaliste, non locale, donc violant l'invariance de Lorentz au niveau interprétatif, mais respectueuse de la causalité, pour m'intéresser à l'interprétation 3/ time symmetric, Lorentz invariante mais violant la causalité au niveau interprétatif. J'ai d'abord rejeté cette interprétation 3/ pour cause de conflit avec mes préjugés philosophiques : la difficulté à admettre que la causalité, l'écoulement irréversible du temps, le passé, le futur doivent être considérés comme une émergence thermodynamique statistique n'ayant d'existence qu'à l'échelle macroscopique grâce à notre myopie d'observateur macroscopique.

Cette myopie (indiscernabilité, à notre échelle, d'états quantiques pourtant distincts mais perçus comme appartenant à un même état macroscopique) donne lieu à une grille de lecture de l'univers, des phénomènes qui s'y déroulent et elle fait émerger le temps. Elle engendre notre impossibilité (actuelle ?) de construire un démon de Maxwell, de recueillir des souvenirs du futur ou des informations sur l'ailleurs tel que défini par le cône de causalité relativiste.

[0] Huw Price http://www.informationphilosopher.co...sophers/price/

[1] On the reality of the quantum state http://arxiv.org/abs/1111.3328

[2] E. T. Jaynes, in Complexity, Entropy, and the Physics of Information, edited by W. H. Zurek (Addison-Wesley, 1990) p. 381.

[3] Beyond the Quantum Antony Valentini http://arxiv.org/abs/1001.2758

[4] The speed of quantum information and the preferred frame: analysis of experimental data
Valerio Scarani, Wolfgang Tittel, Hugo Zbinden, Nicolas Gisin http://arxiv.org/abs/quant-ph/0007008

[5] Ether theory of gravitation: why and how? Mayeul Arminjon
Ether, space-time and cosmology, Vol. 1: Modern ether concepts, relativity and geometry
http://arxiv.org/abs/gr-qc/0401021v2

[6] Sub-femtosecond determination of transmission delay times for a dielectric mirror (photonic bandgap) as a function of angle of incidence
Aephraim M. Steinberg, Raymond Y. Chiao http://arxiv.org/abs/quant-ph/9501013v1

[7] A time-symmetric formulation of quantum mechanics,
Yakir Aharonov, Sandu Popescu, and Jeff Tollaksen http://www.tau.ac.il/~yakir/yahp/yh171.pdf

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite69d38f86]

En quoi la théorie axiomatique de Haag est elle locale?
Est ce que çà a un rapport avec les points de vue /1 /2 et /3?

[chaverondier]

En quoi la théorie axiomatique de Haag est elle locale? Est ce que çà a un rapport avec les points de vue /1 /2 et /3?

Selon Arthur Wightman, Rudolph Haag est le principal contributeur à la mécanique quantique relativiste. Sa « local quantum physics » s’exprime dans le cadre de la formulation algébrique de la théorie quantique des champs. Elle s’inscrit dans le cadre mathématique des C*-algèbre et des algèbres de Von Neumann.

Je cite N.P. Landsman dans « Review of local quantum physics, by Rudolph Haag » http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc...=rep1&type=pdf

La causalité d’Einstein interdit toute possibilité d’interaction causale à vitesse supraluminique. En théorie quantique des champs algébriques, la structure causale de l’espace-temps en Relativité Restreinte se traduit ainsi : deux observables localisées dans des régions séparées par des intervalles de type espace doivent commuter.

Il y a compatibilité mathématique entre la formulation algébrique de la théorie quantique des champs et causalité relativiste car cette propriété de commutation y est présente.

Maintenant, du point de vue des observations, la causalité relativiste est étroitement reliée à la notion de phénomène irréversible :

• nous ne savons pas enregistrer une information sans création d’une quantité d’entropie très supérieure à la quantité d'information acquise
• nous ne savons pas, pour la même raison, violer le second principe de la thermodynamique en créant un démon de Maxwell
• nous ne savons pas non plus exploiter l’expérience du choix retardé pour en tirer un enregistrement d’évènements futurs.

La causalité relativiste est compatible, et en fait modélise, nos limitations d’accès à l’information. De prime abord, ces limitations semblent mises en danger selon l’interprétation adoptée des effets quantiques. La formulation algébrique de la théorie quantique des champs relativiste fournit un cadre formel cohérent dans lequel cette tension n’apparaît pas.

Selon le point de vue que l’on a sur ce sujet, on peut penser que ces tensions « existent » mais n’apparaissent pas dans cette théorie parce qu’elle est construite en partie dans ce but. On peut au contraire estimer que les phénomènes quantiques n’ont aucune raison de se plier à nos intuitions inadaptées d’observateur/acteur macroscopique.

En plus de son intérêt d’outil théorique (1) on peut alors trouver à la formulation algébrique de la théorie quantique des champs le mérite d’être débarrassée de présupposés classiques faisant apparaître une « tension » physique quantique/causalité relativiste liée à une vision trop classique des phénomènes quantiques.

Par rapport à cette remarque, il semble quand même intéressant de noter que la tension entre causalité et interprétation des faits d’observation est déjà présente en physique classique:

• dans les objections aux travaux de Boltzmann en mécanique statistique, à savoir :
  • le paradoxe, soulevé par Loschmidt, de l’irréversibilité requise pour pouvoir définir un sens d’écoulement du temps respectueux de la causalité avec la réversibilité des lois fondamentales de la physique
  • l’objection de Zermelo invoquant le temps de récurrence de Poincaré
• dans la question d’interprétation de l’inertie (cf. James F. WoodWard) http://physics.fullerton.edu/~jimw/general/inertia/
• dans le problème de la radiation de réaction (cf. James F. WoodWard) http://physics.fullerton.edu/~jimw/g...eact/index.htm suggérant l’intérêt d’une formulation time-symmetric d’ailleurs tentée puis abandonnée (top vite ?) par Wheeler et Feynman.

Comme le signale Eric Poisson en http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9912045v1.pdf “the half-retarded minus half-advanced potential is entirely responsible for the radiation-reaction force”. Une dérivation détaillée de l’équation de Lorentz-Dirac s’appuyant sur cette observation et sur les remarques de Landau et Lifchitz à ce sujet est d’ailleurs présentée dans cet article.

On peut, c’est le point de vue majoritaire je suppose, estimer que ces considérations appartiennent au passé. On peut, au contraire, penser que l’on a pas encore bien compris le second principe de la thermodynamique, l’écoulement irréversible du temps, le principe de causalité et son interprétation vis-à-vis d’un certain nombre d’effets, notamment en mécanique quantique (je pense en particulier à la mesure quantique, à l’information quantique, à l'expérience du choix retardé et à la mesure faible).

(1) je pense en particulier à la notion d’état KMS, à la théorie de Tomita Takesaki s’exprimant dans ce cadre et à des développements sur cette base tels que : Von Neumann algebra automorphisms and time-thermodynamics relation in general covariant quantum theories de A. Cones et C. Rovelli http://arxiv.org/PS_cache/gr-qc/pdf/9406/9406019v1.pdf