La décohérence quantique (fonction d'onde) est-elle câblée ?

[invite779f1e36]

Salutations chaleureuses à tous les membres de la communauté Futura-Sciences.

Y aurait-il quelqu'un pour décohérencer ma difficulté :

Pourquoi à l'échelle macroscopique (systèmes de grande « dimension ») la décohérence quantique se fait toujours dans le même sens ?

J'explique : dans un système quantique (particulaire) un élément ou une particule peut se trouver dans PLUSIEURS états différents, incertains, ou même contradictoires, au même moment, et qui réponden chacun à une ou des règles qui lui est (sont) particulières : vivant donc actif ou mort donc inerte...

Mais alors, si les lois dans notre monde macroscopique sont immuables, précises et toujours reproductibles et donc toujours les mêmes (les mêmes à toutes les observations ou mesures), cela signifie que SEUL toujours UN seul de tous ces multiples états superposés possibles arrive à vaincre ou traverser la BARRIÈRE DE DÉCOHÉRENCE ou à déjouer la FONCTION D'ONDE?

Quelle est l'explication de cela, et alors par quel mécanisme cette fonction de décohérence sélectionne tel ou tel état lors d'une OBSERVATION en général, ou toujours le même état dans les observations dans le monde macroscopique ?

Merci pour votre bouée de sauvetage.
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[phys4]

Bonjour, je ne comprends pas l'origine de cette question, l'état final n'est pas unique en général

J'explique : dans un système quantique (particulaire) un élément ou une particule peut se trouver dans PLUSIEURS états différents, incertains, ou même contradictoires, au même moment, et qui répondent chacun à une ou des règles qui lui est (sont) particulières : vivant donc actif ou mort donc inerte...

Mais alors, si les lois dans notre monde macroscopique sont immuables, précises et toujours reproductibles et donc toujours les mêmes (les mêmes à toutes les observations ou mesures), cela signifie que SEUL toujours UN seul de tous ces multiples états superposés possibles arrive à vaincre ou traverser la BARRIÈRE DE DÉCOHÉRENCE ou à déjouer la FONCTION D'ONDE?

Quelle est l'explication de cela, et alors par quel mécanisme cette fonction de décohérence sélectionne tel ou tel état lors d'une OBSERVATION en général, ou toujours le même état dans les observations dans le monde macroscopique ?

Une mesure est un résultat statistique entre les différents états. Elle répond à une loi macroscopique qui n'est vérifiée qu'avec des marges d'erreurs, qui peuvent dues au matériel de mesure mais toujours à l'aspect quantique de la mesure faite.
La précision infinie n'existe pas, une loi peut être vérifiée par une moyenne de plusieurs états.
Vous n'avez donc pas besoin de faire appel à un déterminisme absolu.

[Deedee81]

Salut,

Deux précisions (sic) :

Tout d'abord, le fait que la décohérence converge toujours vers une certaine base d'état bien particulière (généralement la base position) est due à la structure de l'hamiltonien. Le fait que la plupart des interactions dépendent de la distance (par exemples les interactions EM en 1/r²) fait que la base position est privilégiée.

Ensuite, la décohérence n'est jamais totalement complète. Il y a ce qu'on appelle une queue de cohérence. Ceci est dû au fait que la mécanique quantique est unitaire et donc toujours réversible. Par exemple, si l'on a un système intriqué A-B, avec l'interaction avec l'environnement, les états intriqués vont se retrouver totalement "dilués" dans l'environnement (A et B se retrouvent intriqués plus ou moins fortement avec tout l'environnement).

La situation est classiquement irréversible car l'environnement étant constitué de milliards de milliards de particules, la probabilité que l'état revienne spontanément à un état cohéré est proche de zéro (le temps de récurence dit de Poincaré est énorme et se chiffre en une durée bien supérieure à l'âge de l'univers). Et bien sûr, pour le faire volontairement il faudrait pouvoir contrôler avec précision et séparément chacune des milliards de milliards de particules.

Cela se traduit en fait par une entropie qui est tout à fait semblable à ce qu'on trouve en thermodynamique. La décohérence est un phénomène typiquement macroscopique, statistique, thermodynamique mais avec une mécanique sous-jacente donnée par la mécanique quantique. Cette entropie traduit justement le fait que pour UN état macroscopique donné ont ait en effet une myriades d'états microscopiques possibles (à travers, ici, le réseau des intrications). Cette entropie s'ajoute à l'entropie traditionnelle.

[invite779f1e36]

Bonjour.

Si j'ai bien compris, la fonction d'onde ne privilégie (sélectionne) pas un état parmi les milliers qui sont superposés, mais fait une moyenne ?

Mais pourquoi dans le cas du chat de Schrödinger on ne parle pas de chat comateux mais bien de chat soit mort, soit en vie, et qu'avant la décohérence les deux états se bousculent quasi avec la même probabilité ?

Il ne s'agit donc pas de l'expression d'un seul des états, mais de la moyenne de tous les états, et donc que le nombre d'états différents possibles est toujours le même ? (par exemple quand on observe le photon il se comporte TOUJOURS comme une onde, et quand on ne l'observe pas il se comporte TOUJOURS comme une particule : quelle est la moyenne des deux) ?

Merci.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Si j'ai bien compris, la fonction d'onde ne privilégie (sélectionne) pas un état parmi les milliers qui sont superposés, mais fait une moyenne ?

Une moyenne statistique en général.

Mais pourquoi dans le cas du chat de Schrödinger on ne parle pas de chat comateux mais bien de chat soit mort, soit en vie, et qu'avant la décohérence les deux états se bousculent quasi avec la même probabilité ?

Il y a une infinité d'états possibles pour le chat. Ceux-si peuvent se décrire à partir d'une base de deux états (si je ne regarde que mort et vivant, évidemment ) : |mort> et |vivant>.
Mais toutes les bases sont équivalentes. La base |mor>+|vivant>, |mort>-|vivant> est tout aussi valide en mécanique quantique. Et lors de la mesure on devrait avoir autant de chance de trouver |mort> que |mort>+|vivant>

Mais la décohérence intervient. Du fait des intrications se produisant entre le chat est les myriades de particules extérieures, on montre que si l'on observe que le chat, il se comporte non plus comme un mélange quantique d'états mais comme un mélange purement statistique de deux états privilégiés. Dans le cas des chats c'est |mort> et |vivant> (pour les modos de Futura j'ai quelques doutes ). Bien entendu, un mélange statistique concerne de grands nombres d'entités, mais ici on n'a qu'un chat : on le trouvera donc mort ou vivant mais jamais un mélange des deux.

Le nombre d'états totals possibles, incluant l'environnement reste gigantesques. Mais c'est tout simplement impossible à m'esurer/vérifier (on le vérifie mais sur des situations plus simples et plus maitrisables en labo, ce qu'on appelle les expériences de "chat quantique").

Attention de ne pas confondre avec la dualité onde/corpuscule (pour l'exemple que tu donnes du photon). C'est quelque chose de très différents et qui n'a rien à voir avec la décohérence. C'est lié au fait que les particules quantiques (photons, électrons, chats) sont des ondes mais non classiques. Elles ont trois différences importantes avec les ondes classiques (plus un point identique mais important) :
- Beaucoups d'états sont quantifiés, par exemple les états du photons sont donnés par n*h.nu (n, nombre de photons, h constante de Planck et nu fréquence). Ou les états de l'électron dans un atomes.
- pour deux objets (deux particules par exemple), la fonction d'onde n'a pas d'équivalent classique (elle manifeste l'intrication quantique)
- les interactions sont toujours ponctuelles. Ca dépend en fait de l'interprétation de la mécanique quantique (si on emploie la réduction ou pas de la fonction d'onde) mais ça n'a guère d'importance (pour un observateur donné, même dans les interactions sans rédiction, tout se passe "comme si" il y avait réduction et interaction ponctuelle. L'interprétation sans réduction la plus connue est celle des mondes multiples de Everett-DeWitt, mais je préfère celle des états relatifs de Everett . C'est ces interactions qui donnent le caractère corpusculaire.

- Et le point semblable est que une onde de très très courte longueur d'onde peut se comporter comme un corpuscule approximation géométrique avec trajectoires = rayons). Et il se fait que la longueur d'onde d'un chat est plus petite qu'un proton. Ce n'est qu'avec des objets minuscules qu'on a des longueurs d'ondes mesurables (celles-ci sont proportionnelles à 1/m où m est la masse d'un objet). Par exemple, l'effet photoélectrique (à l'origine de la découverte du caractère corpusculaire de la lumière, prix Nobel d'Einstein) ne se produit typiquement pour les métaux qu'avec des UV qui non seulement one une très courte longueur d'onde mais ont aussi des quantums d'excitation du champ très énergétique (proportionnel à la fréquence, donc c'est lié là aussi à la longueur d'onde).

J'espère que c'est clair. La mécanique quantique est certainement un domaine très difficile à comprendre (bien plus encore que la relativité générale).

[invite779f1e36]

Bonjour.

J'aimerais aussi si c'est possible que quelqu'un ait la gentillesse de nous formuler en passant cette FONCTION D'ONDE ?

Merci.

[Deedee81]

- Beaucoups d'états sont quantifiés, par exemple les états du photons sont donnés par n*h.nu (n, nombre de photons, h constante de Planck et nu fréquence). Ou les états de l'électron dans un atomes.

En fait, ça aussi il y a l'équivalent classique : par exemple les notes de musique d'une flute. Les ondes étant contraintes, elles ne peuvent avoir n'importe quelle longueur d'onde.

J'aimerais aussi si c'est possible que quelqu'un ait la gentillesse de nous formuler en passant cette FONCTION D'ONDE ?

Pardon ?

Que veux-tu dire par "formuler" et "passer une fonction d'onde" ???
EDIT Je crois que j'ai compris : "formuler cette fonction d'onde, en passant". Je réponds

[Deedee81]

EDIT Je crois que j'ai compreis : "formuler cette fonction d'onde, en passant". Je répond

Pour un électron, sa fonction d'onde (notée généralement = psi(x)) est une grandeurs qui :
- prend une valeur en tout point x
- a en chaque point une grandeur et une phase (comme les ondes, la phase étant le "décalage" de l'onde par rapport à une référence donnée). C'est représenté par un nombre complexe mais peu importe ce détail technique.
- On peut calculer à partir de là les spectres des différentes grandeurs : énergie, etc... qui là aussi prennent un ensemble de valeurs possibles (tout comme la position x)
- Par exemple, la (densité) de probabilité de trouver l'électron en x (qu'on appelle réduction de la fonction d'onde, je rappelle qu'on peut s'en passer mais c'est un peu se casser la tête pour rien) est donné par le carré de la grandeur de la fonction d'onde.

Et l'équation de Schrödinger n'est jamais qu'une équation d'onde un peu particulière.

[invite779f1e36]

Pour un électron, sa fonction d'onde (notée généralement = psi(x)) est une grandeurs qui :
- prend une valeur en tout point x.

En fait quand vous parlez de TOUT POINT, s'agit-il des points de la sinusoïde de l'onde ou TOUT POINT DE L'ESPACE ?

Merci.

[Deedee81]

Salut,

Désolé pour la réponse tardive, week end oblige

En fait quand vous parlez de TOUT POINT, s'agit-il des points de la sinusoïde de l'onde ou TOUT POINT DE L'ESPACE ?

Tout l'espace. Une fonction d'onde n'est pas nécessairement sinusoïdale.