Le concept de superposition d'états en MQ

[invite2c6da301]

Bonjour,

je suis actuellement à un niveau de bac +4 en physique (école d'ingénieur) et j'aimerais avoir vos idées/avis sur le concept de superposition d'états en physique quantique.

en fait, il me semble que si l'on accepte ce concept, beaucoup de choses paraissent ensuite relativement naturelles (on peut arriver à comprendre la distinction évolution cohérente/décohérente...etc)

seulement, cette idée de superposition d'état me parait être très précisément LE concept dont il est très difficile de se faire une image : on n'a du mal à concevoir que la projection d'un moment cinétique sur un axs soit à la fois + et - (et pourtant il l'est vraiment !).

Qu'en pensez-vous ? Comment vous représentez-vous ce concept de superposition d'états ?
-----

[invitec9750284]

j'pense que ce n'est pas le seul concept difficile à se représenter en MQ puisque toute la MQ est contre-intuitive ; les concepts classiques ayant disparus. Mais pour la superposition d'états, j'la représente mathématiquement comme la somme géométrique de deux vecteurs a|1>+b|2>... en gros une représentation purement mathématique...

[invitefd2dbdcd]

bonjour,

apparement ta question s'adresse a tous,donc voici ma representation en tant que néophyte.....

la superposition d'etats,c'est (pour moi)la possibilitéde lecture des propriétes "antinomiques" d'une particule(ou autre) a se retrouver dans un ou plusieurs etats au meme moment,ce qui fait rentrer(je pense) le parametre temps.parler de superposition d'etats suppose que l'on maitrise ce parametre temps.
connaissons nous toutes les propriétés de ce dernier......?

la SE est peut-etre le nom que l'on donne a une caracteristique encore inconnue du temps.
bon,comme tu vois c'est vraiment la vision d'un candide....
en attente d'un recadrement de ma representation....

cordialement,

[invite2c6da301]

j'pense que ce n'est pas le seul concept difficile à se représenter en MQ puisque toute la MQ est contre-intuitive ; les concepts classiques ayant disparus. Mais pour la superposition d'états, j'la représente mathématiquement comme la somme géométrique de deux vecteurs a|1>+b|2>... en gros une représentation purement mathématique...

je n'ai pas de problème à concevoir mathématiquement la somme de 2 vecteurs, ni même à faire une projection d'un vecteur sur un axe...

le problème concerne bien la représentation physique : est-il possible de se représenter, c'est-à-dire de construire une image mentale la plus fidèle possible, ce qu'est la superposition d'état ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef591ed4b]

Je ne pense pas. Après tout :

D'autre part, je peux certainement risquer de dire que personne ne comprend la mécanique quantique.
Richard Feynman

[inviteca4b3353]

Salut,

C'est juste une question de gout en ce qui me concerne, mais pour moi une amplitude de probabilité construite comme une intégrale de chemin me parait beaucoup plus intuitive que l'action d'un opérateur hermitique sur un vecteur d'un espace de Hilbert.
Par intuitif j'entends qui permet de "deviner" des propriétés sans pour autant faire les calculs. Mais c'est un point de vue tres personnel, je ne serai pas surpris d'entendre des spécialistes de physique atomique et/ou d'optique quantique dire le contraire

KB

[invite2c6da301]

Cela n'empêche qu'une superposition d'états reviendrait (avec ton interprétation) à ce que notre système considéré emprunte plusieurs chemins différents à la fois si je ne me trompe pas...

c'est un peu déroutant ?

plus j'y réfléchis personnellement, et plus je me dis que c'est vraiment LE concept contre-intuitif de physique quantique...Si on accepte cela, plein de choses contre-intuitives deviennent naturelles au contraires...

[invite38f62917]

Les états sont vraiment superposés ? Je me suis toujours demandé si c'était vrai, ou si c'était juste une image pour dire qu'on ne savait pas dans quel état était la particule...

[invite9c9b9968]

Cela n'empêche qu'une superposition d'états reviendrait (avec ton interprétation) à ce que notre système considéré emprunte plusieurs chemins différents à la fois si je ne me trompe pas...

Oui, c'est l'interprétation de Feynman. Et c'est déroutant, ça titille notre curiosité


Pour megami : oui les états sont effectivement superposés, au sens mathématique du terme (c'est une addition d'états).

[invite38f62917]

Pour megami : oui les états sont effectivement superposés, au sens mathématique du terme (c'est une addition d'états).

Merci . Je vais essayer de voir si je comprends mieux maintenant que je sais ça (on sait jamais) .

[invite2c6da301]

oui, les états sont bien superposés :

on pourrait penser par exemple, que c'est juste qu'avant une mesure, on a 2 résultats possibles : par exemple spin vers le haut ou spin vers le bas avec chacun une probabilité :

et donc, vu qu'on ne sait pas, on dit , il est les 2 à la fois et après la mesure on voit ce qu'il était en fait :

mais cela est faux !

c'est pas simplement qu'on n'a pas l'information : c'est que le système est réellement dans les 2 états à la fois, ou qu'il emprunte les 2 chemins à la fois selon le point de vue de Feynmann...

c'est CELA qui est vraiment étrange et je pense irreprésentable dans notre logique habituelle !

[invite38f62917]

Je pense que l'histoire du chat n'aide pas à comprendre aussi : il est *impossible* qu'un chat (bestiole qu'on voit tous les jours, machin tout ça) soit à la fois mort et vivant, et c'est souvent présenté comme "comme on ne sait pas avant d'ouvrir la boite, tant qu'elle est fermée, il est à la fois mort et vivant", on a l'impression que c'est juste une convention : "on ne sait pas donc on dit qu'il est les deux par commodité".
C'est comme cette histoire de relativité avec la jolie fille et la bascine d'eau bouillante, en fait, ça embrouille plus qu'autre chose.

Après, à mon niveau, quand un physicien me dit "la particule, elle est dans plusieurs états à la fois, point", j'ai tendance à me dire qu'il doit savoir ce qu'il dit et je l'accepte sans chercher à me demander si c'est logique.

[invite9c9b9968]

oui, les états sont bien superposés :

on pourrait penser par exemple, que c'est juste qu'avant une mesure, on a 2 résultats possibles : par exemple spin vers le haut ou spin vers le bas avec chacun une probabilité :

et donc, vu qu'on ne sait pas, on dit , il est les 2 à la fois et après la mesure on voit ce qu'il était en fait :

mais cela est faux !

En effet, si c'était le cas, on perdrait toute la notion d'interférence...

[invite2c6da301]

exactement !

[Pio2001]

1-Représentation triviale : le chat de Schrödinger. La superposition d'état, c'est un chat qui est à la fois mort et vivant.
Comment se représenter cela ? Eh bien par les probabilités quantiques. On sait qu'une particule a une certaine probabilité de se trouver dans une certaine région de l'espace, et une probabilité quasi nulle de se trouver ailleurs. Si on combine toutes les probabilités de présences, on peut dire que notre corps a une probabilité quasi nulle de se trouver sur la Lune en ce moment même. Quasi nulle, mais pas tout à fait nulle. En fait, une téléportation sur la Lune au hasard comme cela pourrait très bien se produire. Statistiquement, cela devrait arriver une fois tous les 10^10^10^10.... fois l'âge de l'univers, quelque chose dans le genre. Mais cela pourrait vraiment arriver.
Pour le chat c'est pareil, je pense. Il pourrait se trouver à la fois mort et vivant, mais la probabilité pour que tous ses atomes se délocalisent comme cela est quasi nulle.

2-Représentation un peu plus logique, mais fausse : une pièce de monnaie posée sur la tranche. Elle n'indique ni pile ni face. Bon, c'est faux comme image, parce qu'elle devrait indiquer à la fois pile et face. Mais tout de même, si on la fait pivoter côté face, vu depuis une direction horizontale, elle n'indique plus ni pile ni face, alors que c'était le cas lorsqu'elle était sur la tranche.
Or le spin, si on le fait basculer up, il n'indique plus ni left ni right.

3-Représentation quasi exacte : une onde sonore transitoire. Plus elle est courte, plus son spectre en fréquence est dispersé. Il est une superposition de plusieurs fréquences.
Plus sa fréquence est définie, plus l'onde est longue, car la sinusoïde doit osciller progressivement pour définir une fréquence pure sans introduire des effets de bords. Elle devient "superposée" en plusieurs points de l'espace à la fois.

Pour faire le lien avec la vraie superposition quantique, il faut considérer l'onde sonore comme un quantum indivisible.
Mesurer sa fréquence, c'est le faire passer dans une machine qui interdit les dispersions de fréquences pour les quanta (mais plusieurs quanta auraient le droit d'y avoir des fréquences différentes). Cela force la superposition spatiale. Et c'est très intuitif si on a bien compris le principe de la transformée de Fourier.
Mesurer sa position, c'est le faire passer dans une machine qui interdit la dispersion spatiale pour les quanta (mais plusieurs quanta peuvent y occuper des positions différentes). Cela force l'état de superposition de fréquence.

[invite2c6da301]

1) je ne sais pas si je suis d'accord : en fait, je ne parle pas de probabilité d'être dans tel ou tel état, je parle bien du fait d'être dans 2 états à la fois (et cela n'a presque aucun sens pour le chat puisqu'il est : composé d'un très grand nombre de particules et qu'il intéragit très fortement avec son environnement : ainsi, son temps de cohérence est vraiment minime et cela explique qu'on ait pas vu de chat à la fois mort et vivant...). Par contre, le temps de cohérence pour une seule particule suffisement bien isolée sera suffisement long pour que l'on puisse l'observer dans une réelle superposition d'états. Ce ne sont pas des simples probabilités.



2) OK mais c'est ce qu'on disait : c'est pas représentable "intuitivement" une pièce qui soit à la fois sur face, et à la fois sur pile (sur la tranche, c'est ni l'un ni l'autre ça marche pas vraiment...).

3) j'aime bien cette nouvelle idée, je n'y avais jamais pensé ! par contre, ça ne répond pas non plus tout à fait à la question : je comprends (un peu) le concept de superposition de 2 ondes (y compris avec le phénomène d'interférences), mais en physique quantique, ces ondes ne sont pas de simples objets mathématiques mais décrivent des propriétés physiques d'un système : c'est là que ça devient déroutant, toujours avec la même histoire : up et down en même temps...etc

[invitefd2dbdcd]

bonjour,

dans l'experience des fentes de young,la particule est-elle en superposition d'etat....?
merci

[invite9c9b9968]

bonjour,

dans l'experience des fentes de young,la particule est-elle en superposition d'etat....?
merci

Tout à fait, et c'est pourquoi on est troublé par cet état de fait : la particule passe dans les deux trous à la fois

[inviteca4b3353]

la particule passe dans les deux trous à la fois

Ca c'est une interpretation classique d'un phenomene quantique. C'est donc logiquement un non-sens, plus qu'une realite troublante ou un etat de fait.

[invitefd2dbdcd]

Ca c'est une interpretation classique d'un phenomene quantique. C'est donc logiquement un non-sens, plus qu'une realite troublante ou un etat de fait.

salut,
on observe bien les franges d'interférences ...non?n'est-ce pas un etat de fait?

[invite9c9b9968]

Ca c'est une interpretation classique d'un phenomene quantique. C'est donc logiquement un non-sens, plus qu'une realite troublante ou un etat de fait.

Ah bah écoute dixit Alain Aspect hein... Avec une expérience type photon unique en plus. Alors peut-être que sa formulation est mauvaise.. ou que c'est justement le fait de dire ça qui montre à quel point la mécanique quantique n'est pas le lieu de notre intuition classique.

[invite2c6da301]

On en arrive enfin précisément là où je voulais en venir...

Si on met des mots de physique classique sur ce qui se passe réellement au niveau quantique alors on arrive à quelque chose d'irreprésentable (c'est-à-dire: "le photon passe par les 2 fentes à la fois") : on ne peut se faire une image correcte de cela.

Ou alors, on renonce à toute analogie classique et on reste dans un état d'ésprit (sans jeu de mot ) purement quantique et l'on dit juste : "le photon est dans une superposition d'états"


Il me semble pas que l'on puisse faire mieux (à l'heure actuelle en tout cas...). Je ne sais pas pour vous, mais je trouve cela un peu frustrant personnellement...

[invite7ce6aa19]

Il me semble pas que l'on puisse faire mieux (à l'heure actuelle en tout cas...). Je ne sais pas pour vous, mais je trouve cela un peu frustrant personnellement...

.
Si tu te mets dans le cadre de pensée de la MQ tout te paraîtra normal. Il faut donc apprendre à penser MQ. Si tu regardes des joueurs d'échecs en pensant jeu de dames tu n'y comprendra rien!. Tout est question de familiarité.
.
Nota: le "photon" n'est pas le meilleur moyen pour apprendre la MQ.

[invitefd2dbdcd]

salut,
on observe bien les franges d'interférences ...non?n'est-ce pas un etat de fait?

désolé de me citer....peut-on me repondre svp...?
merci

[invite2c6da301]

on observe bien des franges d'interférences (il y a bien superposition d'états) : le photon interfère avec lui même.

[inviteca4b3353]

on observe bien les franges d'interférences ...non?n'est-ce pas un etat de fait?

Je ne remets pas du doute en question ce fait experiental.
Par contre, ce sur quoi j'insiste sont les non-sens qu'on commet en tentant de le comprendre en terme de comportement classique. Comme le dit mariposa : il faut penser MQ. Le photon n'est pas une simple particule pontuelle (au sens newtonien) classique. La phrase : le photon passe par deux endroits en meme temps est un paradoxe apparent vers lequel nous conduit notre intuition (habitude a penser) classique. Comprendre qu'il faut renoncer a la meca classique pour utiliser la MQ dans le cas du photon permet de resoudre ce paradoxe simplement en montrant que son enonce est un pur non-sens.

Ah bah écoute dixit Alain Aspect hein... Avec une expérience type photon unique en plus. Alors peut-être que sa formulation est mauvaise.. ou que c'est justement le fait de dire ça qui montre à quel point la mécanique quantique n'est pas le lieu de notre intuition classique.

Il dit surement cela pour montrer que raisonner en termes classique conduit a des paradoxes qui nous amenent a repenser la mecanique pour les photons -> MQ. Mais ce n'est pas un paradoxe, c'est en fait un non-sens logique, comme le traduit tres bien l'analogie de mariposa :

Si tu regardes des joueurs d'échecs en pensant jeu de dames tu n'y comprendra rien!

KB

[invite9c9b9968]

Oui je suis d'accord avec toi à propos du "paradoxe" . Mais la question soulevée en fait derrière ce paradoxe n'est pas seulement "je ne peux pas - et ne dois pas - appliquer un raisonnement classique" (ça tout le monde - encore que - le comprend bien), c'est aussi que l'on n'a pas encore inventé réellement de mot pour décrire le photon ; j'aime bien le mot quanton (c'est de Levy-Leblond je crois), mais ce n'est - à mon avis - qu'une étape vers un nouveau vocabulaire de la MQ, pour faire passer en mots certains concepts qui ne posent aucun problème conceptuellement de façon mathématiques (et même plus : je dois avouer qu'une superposition d'états, ça ne me choque pas tant que ça, c'est grave ?)

[inviteca4b3353]

Je ne ressens pas le besoin d'inventer un autre mot que photon. Le probleme est que tres (trop) souvent les gens on tendance a utiliser un vocabulaire precis, sans en connaitre le sens et la definition precise. Bref ca fait bien de dire photon quand on parle de lumiere... Apres comme on ne connait pas la MQ, on lit des trucs a droite a gauche et on finit par se dire que le photon est un grain de lumiere comme un grain de sable sur une plage lumineuse. Et la c'est le drame. On raisonne avec cette analogie et les paradoxes nous viennent pleine face comme si on avait marcher sur un rateau.

sinon je suis entierement d'accord avec toi. Je pense juste qu'il n'est pas veritablement necessaire de trouver un nouveau mot, mais de simplement definir regulierement et proprement le mot existant.

je dois avouer qu'une superposition d'états, ça ne me choque pas tant que ça, c'est grave ?

Non pas du tout, mais il resterait tout de meme naturel que tu puisses trouver cela intriguant et peu commun.

[invite9c9b9968]

Ok on est d'accord.

Euh sinon pour quanton, cela désigne toute particule quantique (c'est un terme générique). Donc le photon est un quanton, mais l'électron ou le quark aussi

[invitefd2dbdcd]

chaque propriété d'une particule se definit dans un champs(scalaire,vectoriel),c'e st bien ca...?
serait-il abberrant de penser que chaque propriété(ou champs)puisse avoir son propre parametre temps,meme si nous en faisont une lecture qui nous fait penser que cela est au meme moment?
le temps est relatif,au niveau quantique est-il impossible que ce parametre se "subdivise" en ayant des "densités"ou vitesse différentes meme si nous n'observons que la somme de ces vitesses différentes,une relativité dans la relativité en quelque sorte....est-ce mathématiquement "viable"?
désolé d'etre confus......en esperant etre compris......
merci de vos réponses