Physique quantique - Condition de l'effondrement de la fonction d'onde

[Syst.]

Bonsoir,

Après avoir vu des vidéos et lu des articles sur le net concernant l’expérience des interférences de Young, j’en suis venu à me poser une question pour laquelle j’ai vainement cherché la réponse sur internet.

En une phrase, je me demande quel est le dispositif de "mesure" minimal nécessaire pour provoquer l’effondrement de la fonction d’onde d’une particule.

Je m’explique.
Si j’ai bien compris, lorsqu’on envoie des objets quantiques, disons des électrons, un par un à une vitesse constante suffisamment grande vers des fentes de Young, on observe une figure d’interférence sur l’écran derrière les fentes.
Lorsqu’on effectue la même expérience avec un dispositif qui détermine et mémorise par quelle fente quel électron passe et où il atterrit sur l’écran ensuite, les électrons ont un comportement totalement particulaire et ne forment pas de figure d’interférence.
Maintenant si le dispositif n’observe pas où chaque électron atterrit, y aurait-il toujours une figure d’interférence ?
Si le dispositif ne mémorisait pas les informations qu’il reçoit, y aurait-il toujours une figure d’interférence ?
Quels sont les dispositifs qui permettent d’effectuer de telles mesures ?
Jusqu’où peut-on réduire le dispositif tout en gardant sa propriété de faire "effondrer la fonction d’onde" des objets quantiques qu’il "observe" ?

Merci d’avance pour vos éclairages !
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[curieuxdenature]

Si j’ai bien compris, lorsqu’on envoie des objets quantiques, disons des électrons, un par un à une vitesse constante suffisamment grande vers des fentes de Young, on observe une figure d’interférence sur l’écran derrière les fentes.

Bonsoir

la fréquence d’envoi importe peu, on n'est pas obligé d'observer les figures en temps réel, avec une plaque photographique comme écran, on pourrait bien en envoyer un par an que ça ne changerait rien au résultat.

[invite1a0bde5a]

Oui il suffit de disposer une plaque photographique de l'autre côté et on sait où les électrons ont atterri.

De mémoire quant il n'y a d'un trou par où les électrons peuvent passer ont obtient sur la plaque des points d'impact comme un mitraillage, donc un comportement corpusculaire.
S'il y a 2 trous peu distants l'un de l'autre on obtient sur la plaque photographique une figure d'interférence comme si c'était une vague qui avait franchi les 2 trous en même temps. Et ceci MEME SI les électrons passent 1 par 1 à 1 minute d'intervalle !

Dans l'expérience des fentes de Young c'est l'existence de 2 fentes au lieu d'une qui détermine les comportement apparent d'onde ou de corpuscule des électrons. => qui détermine la forme de l'onde de probabilités de l'électron le long de sa trajectoire.
Il n'y a pas de trajectoire, au sens qu'on l'imagine comme la trajectoire d'une balle, en physique quantique.

L'effondrement de la fonction d'onde c'est quand l'onde doit "choisir" un point d'impact sur la plaque photographique. Là où l'énergie de l'onde-électron va interférer avec les atomes de la plaque photographique. C'est vrai que c'est la présence de cet obstacle qui oblige l'électron à déterminer sa position, sinon on ne saurait pas exactement par où il passe puisque c'est une onde étalée dans l'espace.

[Syst.]

@curieux de la nature*: Je parlais de la vitesse de déplacement de l'objet. Si sa vitesse est trop faible il aura un comportement corpusculaire (pas particulaire pardon).

@curiosss*: Je parlais de l'effondrement de la fonction d'onde au niveau des fentes en présence de l'appareil de mesure. La fente par laquelle la particule est passée est déterminée en présence de l'«appareil de mesure», du coup il n'y a pas de phénomène d'interférence même s'il y a 2 fentes. Quel est l'appareillage minimal pour provoquer ce phénomène*?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Syst.]

Je vais réécrire mon premier message pour tenter d'être un peu plus clair. Veuillez excuser ma maladresse, je n'y connais (presque) rien en physique quantique.

«*En une phrase, je me demande quel est le dispositif de "mesure" minimal nécessaire pour provoquer l’effondrement de la fonction d’onde d’une particule en mouvement.

Je m’explique.
Si j’ai bien compris, lorsqu’on envoie des objets quantiques, disons des électrons, un par un à une vitesse constante suffisamment grande vers un ensemble de deux fentes côte à côte (fentes de Young), on observe une figure d’interférence sur l’écran (plaque photographique) derrière les fentes.
Lorsqu’on effectue la même expérience avec un dispositif de "mesure" (ou "appareil d’observation" je ne sais pas comment nommer cela) qui détermine et mémorise par quelle fente quel électron passe et où il atterrit sur l’écran ensuite, on n'observe pas de figure d'interférence sur l'écran.
Maintenant si le "dispositif de mesure" n’observe pas où chaque électron atterrit, y aurait-il toujours une figure d’interférence ?
Si le "dispositif de mesure" ne mémorisait pas les informations qu’il reçoit, y aurait-il toujours une figure d’interférence ?
Quels sont les dispositifs qui permettent d’effectuer de telles mesures ?
Jusqu’où peut-on réduire le "dispositif de mesure" tout en gardant sa propriété de faire "effondrer la fonction d’onde" des objets quantiques qu’il "observe" ? »

[invite1a0bde5a]

@curiosss*: Je parlais de l'effondrement de la fonction d'onde au niveau des fentes en présence de l'appareil de mesure. La fente par laquelle la particule est passée est déterminée en présence de l'«appareil de mesure», du coup il n'y a pas de phénomène d'interférence même s'il y a 2 fentes. Quel est l'appareillage minimal pour provoquer ce phénomène*?

Je ne visualise pas l'appareil de mesure en question. Mais dis-toi que s'il mesure c'est qu'il interfère avec l'électron au niveau des fentes, exactement comme la plaque photographique interfère en aval de l'expérience.
Et dès qu'il y a interférence il n'y a plus d'onde électron, puisque l'onde s'est 'ramassée' contre l'appareil de mesure (quitte à continuer son chemin ensuite mais sa forme de trajectoire aura changé).
Quand on mesure qque chose on change ce qu'on mesure.
Si j'ouvre ton ventre pour lire ton avenir il ne sera plus le même

[Syst.]

Merci de me répondre ^^

Mais n'existerait-il pas un moyen d'observer un objet quantique sans le modifier, comme on observe une étoile dans le ciel par exemple ?

Des images seront sûrement plus parlantes :
http://upload.wikimedia.org/wikipedi...e.ogv.480p.ogv
dans cette vidéo, que doit être au minimum l'«observateur» (le cube avec un œil dessiné dessus) pour produire son effet ?

[invite1a0bde5a]

Mais quand tu observes les étoiles tu as capté dans tes yeux les photons émis par ces étoiles (et tu les as détruits).

L'électron n'émet pas de photons que tu puisses observer. Comme pour un photon, c'est en interférant avec lui que tu captes l'information.

[invite1a0bde5a]

http://upload.wikimedia.org/wikipedi...e.ogv.480p.ogv
dans cette vidéo, que doit être au minimum l'«observateur» (le cube avec un œil dessiné dessus) pour produire son effet ?

Oui, dans cette video l'observateur interfère forcément avec l'électron (soit pour mesurer sa position, soit pour mesurer sa vitesse) et ceci avec une onde lumineuse (qui est porteuse d'énergie).
Donc il 'casse' le déroulement normal de la trajectoire qu'aurait eu l'électron sans cette perturbation.

Ces videos sont très jolies mais participent souvent à auréoler la physique de mystère, sans apporter les explications. J'aime pas beaucoup...

Par exemple la video ne précise pas ce qui se passerait si l'interférence avec l'électron avait lieu bien avant les fentes : peut-être que l'onde reprendrait sa 'trajectoire' d'onde et on obtiendrait les figures d'nterférence sur la plaque photographique ? Probablement.
C'est normal que l'interférence se produisant juste avant la fente, l'électron repart de l'endroit où il y a eu interférence, et il ne peut plus passer par les 2 fentes, une des deux fentes étant trop loin, l'onde n'a pas le temps de s'étaler...

[invitea4732f50]

Bonsoir

Maintenant si le "dispositif de mesure" n’observe pas où chaque électron atterrit, y aurait-il toujours une figure d’interférence ?
Si le "dispositif de mesure" ne mémorisait pas les informations qu’il reçoit, y aurait-il toujours une figure d’interférence ?
Quels sont les dispositifs qui permettent d’effectuer de telles mesures ?
Jusqu’où peut-on réduire le "dispositif de mesure" tout en gardant sa propriété de faire "effondrer la fonction d’onde" des objets quantiques qu’il "observe" ? »

Si le dispositif de mesure n'observe pas, cela signifie qu'il n'y a pas de mesure, et donc il y aura une figure d'interférence. Le quanton passe par les 2 fentes.
Ce n'est pas la mémorisation de l'information qui perturbe l'interférence, c'est la mesure elle-même.
La mesure provoque généralement la décohérence du micro-état qui provoque la disparition de la figure d'interférence.

Cordialement

[Syst.]

D'accord…
Donc toutes les vidéos et articles qui disent que la présence d'un observateur est nécessaire et suffisante pour réduire la fonction d'onde d'un électron au niveau des fentes de Young sont… simplement faux?! Comme les dernières minutes de cette vidéo de Wikipedia (issue de http://www.toutestquantique.fr/) ?
C'est une quelconque interférence qui est nécessaire et suffisante, indépendamment de la présence d'un observateur ?

[invite1a0bde5a]

D'accord…
Donc toutes les vidéos et articles qui disent que la présence d'un observateur est nécessaire et suffisante pour réduire la fonction d'onde d'un électron au niveau des fentes de Young sont… simplement faux?! Comme les dernières minutes de cette vidéo de Wikipedia (issue de http://www.toutestquantique.fr/) ?
C'est une quelconque interférence qui est nécessaire et suffisante, indépendamment de la présence d'un observateur ?

Non, elle ne sont pas fausses. Mais des fois sont juste spectaculaires.

L'observateur dans cette video signifie quoi ? Qu'il y a eu observation. Et pour avoir observation il y a eu interférence avec quelque chose (une onde électromagnétique probablement, ou d'autres électrons, etc...)
Donc perturbation.

Mais ce n'est pas dit dans la video !!! Cà laisse entendre que la simple présence de l'oeil perturbe l'électron, ce qui est simplement crétin.

[Syst.]

@Ouroboros*: Que veux-tu dire par "observe" et "mesure"*?
Un humain qui observe je vois ce que c'est, un radar qui observe… c'est une façon de parler que je comprend, mais un [appareil d'observation du monde quantique] qui observe, qu'est-ce*?

[Syst.]

@curiosss*: D'accord merci. Oui c'est crétin effectivement, mais c'est (assez largement) utilisé par certains pour "prouver" que l'esprit humain peut modifier directement la matière, par la simple pensée…

[invite1a0bde5a]

@Ouroboros*: Que veux-tu dire par "observe" et "mesure"*?
Un humain qui observe je vois ce que c'est, un radar qui observe… c'est une façon de parler que je comprend, mais un [appareil d'observation du monde quantique] qui observe, qu'est-ce*?

On ne peut observer les choses qu'un récoltant soit les ondes émises par ces choses, soit en les bombardant avec qque chose et voir ce qui se produit.
Un électron passe. Pour savoir où il se trouve, ou quelle est sa vitesse, tu vas le bombarder avec des photons et voir la déviation de trajectoires des photons par exemple. Tu captes les photons sur une plaque photographique et voilà tu sais qu'à tel moment il y avait un électron à tel endroit.
Mais en faisant cela tu l'as perturbé, il s'est 'ramassé' au moment de l'interférence avec le photon, puis il a continué son chemin et repris sa forme d'onde. Mais c'est un peu comme si un nouvel électron venait de naître à cet endroit. L'ancien n'existe plus avec sa forme initiale, puisqu'il s'est ramassé, mais avec l'énergie nouvelle (modifiée par l'interférence) un nouvel électron reprend son essor. Mais c'est comme s'il partait de là et non plus de l'endroit où était parti l'ancien. Normal qu'on n'obtienne plus les même figures sur la plaque photographique en aval !

[invite1a0bde5a]

@curiosss*: D'accord merci. Oui c'est crétin effectivement, mais c'est (assez largement) utilisé par certains pour "prouver" que l'esprit humain peut modifier directement la matière, par la simple pensée…

La physique quantique n'est pas facile à appréhender. Mais on y arrive. Prépare-toi à trouver sur ton chemin plein de choses qui ne te feront pas avancer. Tu devras toujours garder les pieds sur terre.

La quantité d'absurdités qu'on peut lire est phénoménale, et est souvent guidée par l'envie de faire parler de soi. Sans compter les 'écoles' de pensée, les luttes de pouvoir et de renommée, la quête de subventions, etc... C'est pas beau tout çà...

[Syst.]

D'accord.
Merci beaucoup curiosss*!

[invite1a0bde5a]

Et méfie-toi des journalistes de divulgation : leur métier c'est de vendre du papier, d'attirer le chaland avec des titres aguicheurs. Pas de te former. Donc ils iront systématiquement vers les théories les plus spectaculaires, celles qui rapportent le plus.
Et de l'autre côté certains petits malins de physiciens, même les plus grands, qui en profitent pour attirer les feux de la rampe sur eux en lançant des petites phrases qui plaisent aux journalistes, ou même en inventant une théorie qui fera les gros titres avant de tomber dans les oubliettes de l'histoire.
Le pire c'est que la presse des fois peut influencer l'octroi de crédits, car nos 'décideurs' lisent la presse.

Donc tu vois ce que çà peut donner en final....

[Syst.]

Je vois
Je connais aussi le problème des "écoles de pensée", avec la théorie de l'évolution des espèces par exemple qui est délicatement massacrée par ces dernières, ce me fait toujours de la peine…
Moralité, toujours se méfier (raisonnablement) de ce que l'on nous dit*!
Vive l'esprit critique*! \o/

[Deedee81]

Salut,

Je vois
Je connais aussi le problème des "écoles de pensée", avec la théorie de l'évolution des espèces par exemple qui est délicatement massacrée par ces dernières, ce me fait toujours de la peine…
Moralité, toujours se méfier (raisonnablement) de ce que l'on nous dit*!
Vive l'esprit critique*! \o/

Je ne peux qu'approuver

Concernant la problématique de la réduction de la fonction d'onde, c'est englobé dans le problème plus large des interprétations de la mécanique quantique. Une source intéressante sur le sujet, qui passe en revue de nombreuses interprétations, c'est l'encyclopédie de philosophie de Stanford (en ligne).
http://plato.stanford.edu/entries/qm/
et les liens en bas (non exhaustifs, de proches en proches, il y a pas mal d'articles, fort intéressants).

[Syst.]

Ouch! Trop d'anglais pour moi*! Quand c'est dans mon domaine ça passe, mais en physique quantique ça fait mal*!

[Syst.]

C'est intéressant. En fait ça va, j'ai juste eu peur en voyant l'aspect du texte*!

[invite1a0bde5a]

Pour ma part je pense qu'il y a un effort à faire pour comprendre l'Espace (non, ce n'est pas du rien). Et une fois que ce sera fait tout le reste en découlera aisément et ce qui parait mystérieux aujourd'hui ne le sera plus.
Ondes et particules sont intimement liées à la structure de l'espace... car ce sont des perturbations de l'espace. Enfin, ce n'est que mon opinion.
Comme une grande part de la Physique actuelle a été bâtie dans l'idée que l'espace c'est rien, que la lumière voyage sans support, etc... alors si c'est faux c'est tout l'édifice qui est à revoir. Ce qui ne veut pas dire qu'une grande partie des outils mathématiques développés soient faux, on peut faire des prévisions raisonnablement justes avec des théories fausses. Je répète, ce n'est que mon opinion.

[Deedee81]

Ouch! Trop d'anglais pour moi*! Quand c'est dans mon domaine ça passe, mais en physique quantique ça fait mal*!

Ah désolé, c'est parfois dur de trouver en français.
Si tu as accès, j'ai écrit ceci :
http://www.scribd.com/doc/50186881/C...ntique-Tome-VI
http://www.scribd.com/doc/50186918/M...tique-Tome-VII

C'est la fin d'un cours de MQ (c'est donc assez costaud, mais il y a des parties très abordables, surtout dans le tome VII, et c'est écrit en Belge.... comme ici ).
Le tome VI c'est les "théorèmes non go" (théorèmes d'impossibilité en MQ), la décohérence quantique et la théorie de Bohm.
Le tome VII c'est les interprétations, une approche relationnelle (basée sur les états relatifs d'Everett et l'approche relationnelle de Rovelli), l'analyse de nombreuses expériences classiques (réelles ou de pensées, comme Young ou le chat de Schrödinger) et une analyse qualitative du lien quantique -> classique.

[invite1a0bde5a]

Ah le chat de Shrödinger ! Encore un truc qui a bien marché car c'est spectaculaire, mais au fond pas si mystérieux.

Cà dit quoi ? Que c'est quand on fait la mesure (ouvre la boite) qu'on détermine l'état du chat (mort ou vivant). Donc avant d'ouvrir la boite le chat est à moitié mort et à moitié vivant.
Cà me fait juste sourire.
Mais d'autres en ont profité pour créer une nouvelle mythologie à destination des non initiés. Et çà plait à la presse (encore une fois) bien entendu.

De façon plus scientifique çà dit que l'objet est dans un état. C'est normal. Que si on veut connaitre cet état on doit le mesurer. Normal. Que pour le mesurer on va provoquer l'effondrement de la fonction d'onde. Classique. Et que là on voit si le résultat est tombé côté pile ou face (c'est une image hein).

Si je remplace le chat par une pièce de monnaie en train de tourner dans la boite, et que quand j'ouvre la boite elle tombe pile ou face, je pourrais dire que la pièce tant que je n'ai pas ouvert la boite est à moitié pile, à moitié face. Oui je sais, çà marcherait moins bien pour séduire le public.

[Deedee81]

Salut, le chat est en effet peu mystérieux maintenant (enfin, celui de Schrödinger, car je dois avouer que je n'arrive pas à comprendre les chats, et mon chien est d'accord avec moi).

Ce phénomène de superposition quantique, de "chat de Schrödinger" et de ses variantes (comme l'ami de Wigner) est pas mal étudié expérimentalement. Mais avec des chats de la taille d'un atome
Ce qui parait étrange avec le chat est dû au fait qu'il s'agit d'un objet macroscopique. Or on n'observe jamais une table, par exemple, en deux endroits différents. Alors que la théorie l'accepte.

L'explication est liée à la décohérence quantique. Après décohérence quantique, les systèmes se comportent non plus comme une superposition quantique mais comme un mélanger statistique (état inconnu dû à notre ignorance). Et là plus de problème. La décohérence est due à l'interaction des objets avec leur environnement. Elle est d'autant plus rapide qu'il y a un nombre élevé de particules. Pour une table, un chat,... l'effet est pratiquement instantané. Ce phénomène est aussi étudié avec les "chats atomes" dont on peut observer/mesurer la décohérence au cours du temps.

[Amanuensis]

Petit retour en arrière:

Donc toutes les vidéos et articles qui disent que la présence d'un observateur est nécessaire et suffisante pour réduire la fonction d'onde d'un électron au niveau des fentes de Young sont… simplement faux?!

Oui c'est faux. La suppression des interférences est due, in fine, à une interaction faisant intervenir la quantité de mouvement des électrons. Et quand on cherche à déterminer le passage par une fente, on la fait intervenir. Bohr a expliqué cela assez bien dans un de ses textes...

Dans tous les cas d'indétermination on a in fine deux variables complémentaires qu'on ne peut pas mesurer simultanément, et cela n'a rien à voir avec l'observateur (sauf qu'il en faut un pour qu'on puisse parler du résultat de mesure...). Ces variables ne sont pas toujours explicites ou explicitées, comme le montrent les présentations vulgarisées de l'expérience des fentes.

[Amanuensis]

Ah le chat de Shrödinger ! (...)
Si je remplace le chat par une pièce de monnaie en train de tourner dans la boite, et que quand j'ouvre la boite elle tombe pile ou face, je pourrais dire que la pièce tant que je n'ai pas ouvert la boite est à moitié pile, à moitié face. Oui je sais, çà marcherait moins bien pour séduire le public.

J'ai bien peur que la question soit bien plus complexe que cela...

Virer la problématique de l'interprétation de la PhyQ juste par une sorte de théorie complotiste (mythologie, séduire le public) est, disons, un peu "facile" ou superficiel.

La physique quantique n'est pas facile à appréhender.

Là, par contre oui...

Au passage, pour faire une variation sur une phrase de Feynman, quand quelqu'un dit avoir compris la PhyQ, c'est un des meilleurs signes qui soit pour indiquer qu'il ne l'a pas comprise.

[Nicophil]

Bonjour,

La suppression des interférences est due, in fine, à une interaction faisant intervenir la quantité de mouvement des électrons. Et quand on cherche à déterminer le passage par une fente, on la fait intervenir.

C'est-à-dire qu'il est impossible de mesurer leur quantité de mouvement sans la modifier ?

[invite1a0bde5a]

@Amunuensis : Dans ce cas là je ne parlerais pas de complot mais d'interférences entre le travail de recherche, la nature humaine et la société dans son ensemble.

Pour ce qui est du chat je trouve au contraire que mon exemple de pièce tournoyante n'est pas plus inexact que celui du chat, mais avec le mérite d'être intuitivement plus explicite pour le grand public. Tout dépend si on veut épater ou expliquer. (entre physiciens bien entendu que l'image du chat est bienvenue, car ils ont bien compris eux, et un peu de légèreté dans leurs débats ne peut pas faire de mal. Par contre relayer cette histoire tel quel c'est juste de l'épate, avec le danger de rendre la science artificiellement obscure, d'ailleurs on a vu arriver des légions de pseudo-scientifiques qui utilisent ce langage obscur dans leurs propres délires. Cà va loin les conséquences pour la société. Pour moi c'est grave.)