Mesures faibles, rétrocausalité et probabilités (faibles) négatives

[chaverondier]

Je n'ai pas pu lire en détail (pas le temps), mais je n'arrive pas à trouver l'endroit où ils disent que la probabilité peut être négative

On le trouve, par exemple, dans le paradoxe des 3 boites (voir aussi A time-symmetric formulation of quantum mechanics, § The three-box paradox et Quantum Theory: A Two-Time Success Story: Yakir Aharonov Festschrift).

Dans ce paradoxe, réalisé expérimentalement, des photons :

• sont présélectionnés dans l'état de position lA>+lB>+lC>
• sont postsélectionnés dans l'état lA>+lB>-lC>.

Entre la mesure forte de présélection et la mesure forte de postsélection :

• si on réalise la mesure faible de présence du photon dans la "boite" A, on trouve 100% de probabilité dite faible,
• si on réalise la mesure faible de présence du photon dans la "boite" B, on trouve 100% de probabilité dite faible,
• si on réalise la mesure faible de présence du photon dans la "boite" C, on trouve -100% de probabilité dite faible (signe interprété comme du à une évolution à rebrousse-temps, voir plus loin).

Le caractère négatif des probabilités dites faibles se traduit (dans la formulation time symmetric de la physique quantique et ses vérifications expérimentales) par le fait que toute interaction faible donne lieu, en cas de probabilité négative, à une réaction de signe opposé au signe "normal" (celui correspondant aux cas de probabilités positives).

Ce changement de signe des interactions a été vérifié expérimentalement, dans le cas de photons, sous la forme du changement de signe de la déviation engendrée par une interaction appropriée.

A titre d'exemple encore plus frappant (mais valide seulement au plan du principe car trop faible pour être mesuré à ce jour) une réalisation expérimentale qui mettrait en jeu une interaction gravitationnelle aurait pour effet de rendre l'attraction gravitationnelle répulsive. La masse des particules objet du paradoxe des 3 boîtes est négative quand leur présence dans la boite C est l'objet d'une mesure faible.

Ce résultat est cohérent avec l'équivalence mathématique entre inversion du signe de la masse et inversion du sens d'écoulement du temps (cf. JM Souriau, structure of dynamical systems, A mechanistic description of elementary particles, inversions of space and time).

Autre exemple avec un gaz en pression (bien sur cette expérience là n'est pas plus réalisable que celle d'un système macroscopique en état quantique superposé)

cf. The Two-State Vector Formalism of Quantum Mechanics: an Updated Review

3.4 Relations between weak and strong measurements
At time t, weak measurements of a number of particles in each box which are, essentially, usual measurements of pressure in each box, have been performed. The readings of the measuring devices for the pressure p1, p2 and p3 in the boxes 1, 2 and 3 were
p1 = p,
p2 = p,
p3 = − p,
...
Intermediate (weak) measurements yield, for each of the N particles, probability 1 for the following outcomes of measurements:
P1 = 1
P2 = 1
P1+P2+P3 = 1

Similarly, for the “number operators” such as N1 ≡ Σ P₁⁽ⁱ⁾ = 1, where P₁⁽ⁱ⁾ is the projection operator on the box 1 for a particle i, we obtain:

• N1_weak = N
• N2_weak = N
• N3_weak = -N

Ce changement de signe est à relier à l'observation d'une particule évoluant à rebrousse-temps (interprétation rétrocausale du signe négatif des probabilités dites faibles). Il permet en particulier d'expliquer comment des particules, au besoin matérielles, peuvent franchir une barrière tunnel à vitesse supraluminique (dans le respect, cependant, de l'invariance de Lorentz donc, à mon avis très minoritaire sur ce point, en violation du principe de causalité). Ce franchissement à vitesse supraluminique est un fait d'observation (depuis à peine 20 ans, mais son interprétation, quant à elle, reste toujours objet de controverses comme on peut s'en douter). En effet, au sein de la barrière de potentiel franchie par effet tunnel, l'énergie cinétique devient négative.

cf. The Two-State Vector Formalism of Quantum Mechanics: an Updated Review

3.3 Weak measurements which are not really weak
An even more dramatic example is a measurement of the kinetic energy of a tunneling particle [8]...The energy of the bound state, E0, is negative, so the weak value of the kinetic energy is negative. In order to obtain this negative value the coupling to the measuring device need not be too weak. In fact, for any finite strength of the measurement we can choose the post-selected state sufficiently far from the well to ensure the negative value. Therefore, for appropriate post-selection, the usual strong measurement of a positive definite operator invariably yields a negative result!

Ce même effet rétrocausal de mesures fortes sur des mesures faibles antérieures permet aussi d'expliquer pourquoi la projection de l'état de polarisation du photon de Bob par la mesure d'Alice (dans l'expérience d'Aspect) viole la causalité (au sens de la mesure faible) cf. Can a Future Choice Affect a Past Measurement's Outcome?

Cette interprétation rétrocausale de l'effet EPR avait d'ailleurs été proposée dès les années 60 par Olivier Costa de Beauregard, le directeur de Thèse d'Alain Aspect. J'avais lu quelques lignes sur cette interprétation rétrocausale il y a déjà plus de 10 ans mais, à l'époque, j'avais trouvé ça complètement absurde. Je ne savais pas que certains éléments pouvaient donner une base physique sérieuse à cette hypothèse d'apparence aussi absurde que gratuite "vu d'avion".

Therefore, when a weak measurement precedes a strong one within an EPR experiment, the weak-strong agreements between past and future measurement outcomes can be interpreted in two ways.

• One may adhere to the one-vector non-local explanation and ascribe it to the slight biasing of the weak on the strong measurements.
• Simplicity and elegance, we suggest, favors the local two-vector account, where the future choice plays a crucial role within the noisy weak outcomes carved on the rock.

Ces considérations rejoignent les remarques qui avaient été faites par Ludwig et par stefjm sur ce forum il y a déjà quelques temps concernant :

• la nécessité de ne pas avoir de fonction de transfert comprenant un seul pole complexe, mais toujours des paires de pôles complexes conjugués (dans les équations différentielles modélisant l'évolution temporelle de systèmes physiques quelconques, et non pas seulement dans le cas spécifique de systèmes asservis),
• le fait que des fréquences négatives puissent être considérées comme ayant un intérêt mathématique mais aussi une réelle une signification physique,
• le fait, enfin, que l'équation de conservation de l'énergie-impulsion E² - (pc)² = (mc²)² (dont émergent l'équation de Schrödinger et celle de Dirac) ait bien deux solutions :
  • l'une correspondant à une masse positive associée à une évolution temporelle dans le sens normal passé-futur
  • l'autre correspondant à une masse négative associée (cf. JM SOURIAU) à une évolution à rebrousse-temps (et non pas exclusivement à des anti-particules évoluant dans le sens temporel normal comme cela est régulièrement affirmé)

Ce sont d'ailleurs les fils ouverts par Stefjm et Ludwig sur futura-science qui m'ont amené à m'intéresser à la formulation time-symmetric de la physique quantique de Aharonov, Bergmann, Lebowitz, Albert, Vaidman, Elitzur, Popescu, Tollaksen, Lundeen, Kwiat, Hosten, Bamber, Rohrlich, Steinberg etc, etc....
... Et à découvrir que tout ces travaux sur la mesure faible et la formulation à deux vecteurs d'état étaient tout à fait sérieux et dignes d'intérêt (il y a des vérifications expérimentales contrairement aux travaux de John Cramer restant, quant à eux, sur un plan purement théorique).

Merci donc, au passage, à Futura science :

• de permettre des échanges sérieux sur la physique et sur ses recherches actuelles
• de permettre ainsi de prendre connaissance de progrès et recherches en physique dont on aurait bien du mal à entendre parler quand on n'exerce pas une profession donnant l'occasion d'échanges quotidiens (et non épisodiques) avec le milieu universitaire ou avec un milieu étroitement relié à la recherche en physique.

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[mike.p]

Bonsoir,

pour être franc, je me méfie de ces auteurs qui développent ce qui aurait pu suffire à invalider tout un pan d'extensions spéculatives de la MQ. Cependant, je veux bien admettre avoir dépassé mes limites de compréhension.

Mais même en gardant l'esprit ouvert, ce qui est difficile à avaler dans les TSVF c'est l'asymétrie entre un simple résultat ( statistique ) de corrélation et la volonté complexe d'un expérimentateur ( statistique ). Qu'en pensez vous ? est ce que cette volonté est un objet physique ou bien est on en présence d'une cascade de glissements sémantiques ?

[Nicophil]

Bonjour,

A titre d'exemple encore plus frappant (mais valide seulement au plan du principe car trop faible pour être mesuré à ce jour) une réalisation expérimentale qui mettrait en jeu une interaction gravitationnelle aurait pour effet de rendre l'attraction gravitationnelle répulsive.

Ce changement de signe est à relier à l'observation d'une particule évoluant à rebrousse-temps (interprétation rétrocausale du signe négatif des probabilités dites faibles). Il permet en particulier d'expliquer comment des particules, au besoin matérielles, peuvent franchir une barrière tunnel à vitesse supraluminique (dans le respect, cependant, de l'invariance de Lorentz donc, à mon avis très minoritaire sur ce point, en violation du principe de causalité).

Cette interprétation rétrocausale de l'effet EPR avait d'ailleurs été proposée dès les années 60 par Olivier Costa de Beauregard, le directeur de Thèse d'Alain Aspect. J'avais lu quelques lignes sur cette interprétation rétrocausale il y a déjà plus de 10 ans mais, à l'époque, j'avais trouvé ça complètement absurde. Je ne savais pas que certains éléments pouvaient donner une base physique sérieuse à cette hypothèse d'apparence aussi absurde que gratuite "vu d'avion".

• le fait que des fréquences négatives puissent être considérées comme ayant un intérêt mathématique mais aussi une réelle une signification physique,
  
  
• l'autre correspondant à une masse négative associée (cf. JM SOURIAU) à une évolution à rebrousse-temps (et non pas exclusivement à des anti-particules évoluant dans le sens temporel normal comme cela est régulièrement affirmé).

N'en jetez plus ! C'est un véritable bouquet final de feu d'artifice que vous nous offrez là !


Toutefois, quand on sait que le même David Mermin qui n'hésitait pas à proclamer haut et fort, en 1985 : http://maltoni.web.cern.ch/maltoni/P...ermin_moon.pdf

Einstein maintained that quantum metaphysics entails spooky actions at a distance ;
experiments have now shown that what bothered Einstein is not a debatable point
but the observed behaviour of the real world.

(voir aussi en 1990 : http://www.physics.smu.edu/scalise/P...ermin1990a.pdf)

s'est maintenant converti au QBism : http://www.nature.com/news/physics-q...ce-1.14912#/b7

People who believe wavefunctions to be as real as stones have invested much effort in searching for objective physical mechanisms responsible for such changes in the wavefunction: a novel manifestation of gravity, for example, or a new kind of fundamental all-pervasive friction. But according to QBism, the change is only in my personal expectations, which I revise to accommodate my new experience.
Another celebrated part of the muddle produced by the exclusion of the perceiving subject is 'quantum non-locality', the belief of some quantum physicists and many mystics, parapsychologists and journalists that an action in one region of space can instantly alter the real state of affairs in a faraway region. Thousands of papers have been written about this mysterious action at a distance over the past 50 years.
A clue that the only change is in the expectations of the perceiving subject is that to learn anything about such alterations one must consult somebody in the region where the action took place.

il y a, me semble-t-il, de quoi demeurer "quelque peu" sceptique.