Intrication quantique et vitesse de la lumiere ?

[syborgg]

Salut,
bien conscient que ma question est une tarte a la creme, je la pose quand meme : on sait depuis Bell et Aspet que l'intrication quantique est consubstantielle aux phenomenes quantiques (on ne peut pas sauver la mise en "completant" la theorie par des variables cachees). Mais alors comment s'accomode t elle du fait qu'aucune information entre 2 particules ne peut aller plus vite que la lumiere ? C'etait la question soulevee par Einstain dans l'article EPR, mais a t on une reponse satisfaisante aujourd'hui ?
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[Deedee81]

Salut,

bien conscient que ma question est une tarte a la creme, je la pose quand meme : on sait depuis Bell et Aspet

Aspect. Sans le "c" ça fait un peu proutprout.

que l'intrication quantique est consubstantielle aux phenomenes quantiques (on ne peut pas sauver la mise en "completant" la theorie par des variables cachees).

A vrai dire, si, on peut compléter par des variables cachées mais non locale. C'est la théorie de de Broglie-Bohm. Par contre Bell/Aspect ont montré qu'on ne peut pas obtenir les résultats expérimentaux avec une théorie à variables cachées locales. Le groupe Zeilinger a aussi exclut certaines formes de variables non locales mais pas toute (of course, y a Bohm qui marche bien).

Quelques remarques sans vouloir faire de cette discussion une analyse de la théorie de Bohm :
- Il n'est pas aisé de faire le lien entre le formalisme bohmien et le concept habituel de variables cachées, elle n'a pas été formulée dans ce sens. Je pense qu'on peut dire que la position et l'impulsion de chaque corpuscule bohmien forme les variables cachées.
- la théorie est non relativiste. On ne connait pas d'équivalent relativiste et il se peut que ce ne soit pas si facile ou pas possible (en particulier, le théorème de Malament semble interdire une formulation corpusculaire, mais une formulation "champ" reste envisageable).
- Il y a un défaut que je trouve rédhibitoire dans la théorie : pour qu'elle reproduise les probabilités quantiques il faut que la répartition statistique des corpuscules bohmiens soit bien précise. S'il elle respecte ça, akuna matata, on peut montrer que la répartition statistique est conservée. Mais par quel miracle la répartition initiale avait-elle cette distribution ? Certains Bohmistes invoquent une hypothèse de type thermique (convergence vers la répartition statistique) mais ça me semble contradictoire avec la conservation que je viens d'évoquer. Je ne sais pas si le sujet a été creusé, c'est tout à fait possible, je n'ai pas cherché.
- Anecdote. Einstein a trouvé cette théorie inutile (ce qui a beaucoup chagriné Bohm qui y voyait justement la formulation classique/déterministe "à la Einstein"), pour une théorie non locale ce n'est sans doute pas étonnant de la part du père de la relativité, mais surtout il a qualifié ça de "couche inutile ajoutée à la théorie".... et ce n'est pas faux (l'onde pilote et son équation ce n'est jamais que la MQ traditionnelle sans la couche interprétative).
- La théorie est en fait hautement non classique : les trajectoires des corpuscules ont la danse de Saint Guy avec des discontinuités.

Mais alors comment s'accomode t elle du fait qu'aucune information entre 2 particules ne peut aller plus vite que la lumiere ? C'etait la question soulevee par Einstain dans l'article EPR

Einstein (le tain c'est pour les miroirs, même si on sait que ce chers Albert réfléchissait beaucoup ).

En effet, la fameuse "spooky action à distance" (action fantomatique).

En fait, la théorie affirme qu'il est impossible d'utiliser l'intrication pour transmettre une information. C'est même un théorème : https://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem
Et comme la RR interdit le transfert > c de matière, énergie et information, "seulement" (on peut avoir des vitesses de phases supérieures à c, par exemple, c'est même assez banal), alors il n'y a pas de soucis.

mais a t on une reponse satisfaisante aujourd'hui ?

J'estime que oui car il y a des interprétations qui font appel à un "signal", explicitement (interprétation transactionnelle par exemple) ou implicitement (Copenhague, la réduction étant "instantanée"). Et ceci sans difficulté ni contradiction avec la RR (voir ci-dessus). Et il y a aussi des interprétations qui n'utilisent aucun échange de quelque nature que ce soit (interprétation relationnelle, interprétation des états relatifs). Je trouve ça même mieux car le théorème ci-dessus implique que si un tel signal existe... alors on ne peut pas l'observer (ce serait un moyen de l'utiliser pour transmettre une information). Et en physique, les trucs non observables, beeeeek. Si on peut s'en passer, c'est mieux.

Attention, rappelons qu'une interprétation implique que la théorie de base est non modifiée et les prédictions expérimentales non altérées (la théorie de Bohm devrait s'appeler interprétation de Bohm, et l'interprétation avec réduction physique devrait s'appeler théorie car il y a modification de la théorie). Et donc est non réfutable par l'expérience. Ce n'est pas gênant en soi, on peut toujours choisir les interprétations qu'on veut (à cause des contraintes qu'elles imposent, par besoin, par goût, par pédagogie).

Comme je dis souvent :
"quand je fais de la mécanique quantique en pratique, j'adopte l'interprétation minimaliste instrumentale, quand j'essaie de comprendre la mécanique quantique, j'adopte l'interprétation des états relatifs. Je retourne ma veste du bon côté comme disait un certain Dutronc "

EDIT coïncidence amusante, je viens juste dans ma chaîne youtube de terminer la vidéo où j'analyse l'article EPR Mais je ne l'ai pas encore uploadé. Par contre j'ai déjà mis à peu près trois cent vidéos sur la mécanique quantique...... si, si, j'arrive au bout, enfin

[Deedee81]

Salut,

Une remarque d'ordre général sur le sujet.

Je trouve un peu malheureux que les questions sur les mystères de la mécanique quantique tournent toujours autour de la même chose EPR, Bell, Aspect

La plupart des curieux qui s'intéressent un peu au sujet connaissent bien le théorème de Bell.
Mais sur les fondations de la mécanique quantique, il y a bien d'autres choses :
Théorème de von Neumann
Théorème de Gleason
Théorème de Mermin
Théorème de Leggett
Théorème de Malament

Et surtout les très important :
Théorème de non communication
Théorème de non clonage
Théorème de Kochen et Specker

Et ça, combien les connaissent ou même en ont entendu parler ????

De même pour les expériences fondatrices ou sur les fondements.
Tous connaissent l'effet photoélectrique, l'expérience de Young, l'expérience d'Aspect.
De même avec le chat de Schrödinger parfois même l'expérience du choix différé ou ses variantes.

Mais combien connaissent l'important effet Hanbury - Brown - Twiss ou l'extraordinaire paradoxe de Hardy ?

On a quelques chose d'analogue avec la RR où tous les curieux connaissent Michelson et Morley mais ignorent le plus souvent l'ensemble des autres expériences, parfois vraiment fondamentales, ayant conduit à rejeter l'éther et à se diriger vers la relativité.

Je trouve cette fixation médiatique des actualités et de la vulgarisation absolument malheureuse et dommageable (les fautifs ne sont pas les profanes que j'évoque, mais ceux qui diffusent l'information sur ces sujets). Bizarrerie sociétale ? Il suffit qu'un arbre soit un rien plus grand que les autres pour que l'on ne montre plus la forêt.

Bon, c'était mon petit coup de gueule du matin, qui ne vise pas l'auteur de cette discussion, bien évidemment Tarte à la crème ou pas, quand on a une question, il est normal de la poser

[syborgg]

Des interpretations qui font appel a un signal... la relativite n'interdit donc pas un "signal" d'aller plus vite que c ? C'est quoi alors la definition d'un "signal" ?..quelle difference entre signal et information ?
C'est quoi ta chaine Youtube au fait ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite54165721]

Tu cliques sur son nom en haut de sa réponse puis sur visiter son site.

[Deedee81]

Salut,

Des interpretations qui font appel a un signal... la relativite n'interdit donc pas un "signal" d'aller plus vite que c ? C'est quoi alors la definition d'un "signal" ?..quelle difference entre signal et information ?

Ca c'est la question de la mort qui tue. Franchement j'aurais bien du mal à répondre de manière précise.

En physique classique, au moins c'est simple, une vitesse qui ne correspond pas à un transfert de matière, d'énergie ou d'information n'est pas limitée à c. C'est le cas par exemple des vitesses de phase qui sont parfois plus grandes que ce (et plus rarement des vitesses de groupes, mais dans ce cas la vitesse de phase est plus petite que c, la vitesse d'information = vitesse de front d'onde = min(Vgroupe, Vphase)). Mais dans ce cas justement on ne parle pas de signal. Un signal, c'est pour..... signaler Donc de l'information.

En mécanique quantique, dans le cadre de certaines interprétations à variables cachées (ou assimilées), un tel "signal" peut exister mais ne peut pas être utilisé (par un humain ) pour transmettre de l'information. C'est cohérent avec le fait que c'est des variables cachées (si on pouvait les mesurer elles ne seraient pas cachées). Et c'est cohérent avec le fait que les interprétations ne sont pas réfutables (volontairement, on est juste à la frontière de la physique au moins au sens de Popper). Mais il n'en reste pas moins que quelque chose qui ne peut être mesuré et dont on peut montrer qu'on peut se passer.... a une existence douteuse. C'est en tout cas mon avis.

C'est même le cas de la réduction de la fonction d'onde !!!!

Un cas particulièrement vicieux est l'interprétation transactionnelle où il y a carrément des "signaux" qui remontent le temps (dans l'interprétation, ce n'est pas physiquement utilisable pour voyager dans le temps..... ce qui évite les paradoxes et Cramer, champion de cette interprétation qu'il utilise même dans ses cours, a montré que l'interprétation était non contradictoire).

La langue française (ou étrangère ) manque parfois de mots. Entre vitesse apparente/de phase/etc.... et signal, il y a une zone grise qui ne transparait qu'en physique quantique. Pour paraphraser Einstein on pourrait l'appeler un "spooky signal"

On a la même chose avec la localité qui se manifeste par l'impossibilité de transmettre de l'information plus vite que 'c' et avec la séparabilité (le fait de pouvoir décrire complètement un système en décrivant séparément chaque partie). En physique classique les deux vont toujours de pairs. Mais en MQ étonnamment non. D'où les discours parfois un peu ambigu où l'on dit que la MQ est non locale et où on ne sait pas trop si l'auteur parle du premier cas (signal) ou du deuxième (non séparabilité). C'est pourquoi j'insiste toujours pour bien utiliser les deux termes différents (là au moins on a un mot pour le dire ) : la MQ est locale (pas de signal "physique" exploitable plus rapide que c) mais non séparable. Une étrangeté de plus dans l'escarcelle de la mécanique quantique.

La MQ c'est vraiment le sommet des bizarreries contre-intuitives et non classiques. Par exemple, elle est non contextuelle (théorème de Kochen et Specker) ce qui la rend franchement étrange (impossible d'avoir une formulation à variables cachées où les variables donneraient les valeurs "réelles" des grandeurs avant mesure car la mesure dépend du système mais aussi de la manière dont on mesure, du contexte).

[syborgg]

Ben dis donc c'est tres interessant tout ca, car il semble (tu me corrigeras si je trompe) que le debat sur l'interpretation de la MQ est loin d'etre clos (malgre le progres substanciel des experiences d'Aspect)....
J'ai l'impression que cette histoire de "signal" est une sorte de sophisme : puisque la relativite interdit a matiere/energie/information d'aller plus vite que c, on postule que quelque chose va quand meme plus vite que c et on l'appelle signal... Ca donne l'impression de definir une notion en negatif sans vraiment la definir, pour les besoins de l'argumentation non ?
Resumons pour voir si j'ai bien compris : si on emet 2 photons en sens oppose, le phenomene d'intrication fait que des qu' on mesure le spin de l'un, le spin de l'autre est entierement et immediatement determine, quel que soit la distance qui les separe. Les theories a variables cachees interprettent cela en stipulant qu'il existe un "signal" qui va de la particule mesuree a l'autre pour "informer" la seconde du resultat de mesure de la premiere. Et ce signal a une vitesse infinie. C'est bien ca je ne me trompe pas ? Et alors quelle interpretation donne t on si on rejette les theories a variables cachees ?

[Deedee81]

Ben dis donc c'est tres interessant tout ca, car il semble (tu me corrigeras si je trompe) que le debat sur l'interpretation de la MQ est loin d'etre clos (malgre le progres substanciel des experiences d'Aspect)....

Non, c'est tout à fait juste. Et même avec les expériences encore plus profondes du groupe de Zeilinger.

Mais j'estime que c'est pour l'essentiel un faux débat (même si des progrès restent encore possible, n'en doutons pas). Puisque les interprétations sont par essence non réfutables..... on choisit celle qu'on veut, on ne pourra jamais trancher (mais il y en a de plus pratiques ou de plus pédagogiques et certaines imposent des limites par construction).

J'ai l'impression que cette histoire de "signal" est une sorte de sophisme : puisque la relativite interdit a matiere/energie/information d'aller plus vite que c, on postule que quelque chose va quand meme plus vite que c et on l'appelle signal... Ca donne l'impression de definir une notion en negatif sans vraiment la definir, pour les besoins de l'argumentation non ?

Je ne le voyais pas vraiment comme ça mais oui.

Resumons pour voir si j'ai bien compris : si on emet 2 photons en sens oppose, le phenomene d'intrication fait que des qu' on mesure le spin de l'un, le spin de l'autre est entierement et immediatement determine, quel que soit la distance qui les separe. Les theories a variables cachees interprettent cela en stipulant qu'il existe un "signal" qui va de la particule mesuree a l'autre pour "informer" la seconde du resultat de mesure de la premiere. Et ce signal a une vitesse infinie. C'est bien ca je ne me trompe pas ? Et alors quelle interpretation donne t on si on rejette les theories a variables cachees ?

Tu ne te trompes pas.

Il y en a pleins. https://en.wikipedia.org/wiki/Interp...ntum_mechanics Plus de 18 !!! (mais certaines sont à variables cachées)
Et la liste n'est même pas complète (ma préférée n'est même pas dedans )

[syborgg]

Reste a savoir ce que transporte un "signal"... si ne peut etre de l'information, quoi d'autre ?...
Je pense qu'il faut bien se garder de penser que sont uniquement des questions metaphysiques, car a l'epoque d'EPR c'est ce que tout le monde pensait et finalement 50 ans plus tard Aspect a tranche une partie du probleme par une mathode refutable... wait and see...
Quelle est ton interpretation preferee ? et pourquoi ?

[Nicophil]

Bonjour,

et finalement 50 ans plus tard Aspect a tranche une partie du probleme

Pour mémoire, voici l'alternative tranchée par Aspect :https://cds.cern.ch/record/111654/fi...95-200_001.pdf

[Deedee81]

Reste a savoir ce que transporte un "signal"... si ne peut etre de l'information, quoi d'autre ?...

Justement, ici ce "serait" un signal transportant une information que nous ne pouvons ni mesurer ni utiliser.

Je pense qu'il faut bien se garder de penser que sont uniquement des questions metaphysiques, car a l'epoque d'EPR c'est ce que tout le monde pensait et finalement 50 ans plus tard Aspect a tranche une partie du probleme par une mathode refutable... wait and see...

Je ne suis on ne peut plus d'accord. Les interprétations, même non réfutables, ont leur importance.

- D'une part on ne peut pas faire de mécanique quantique sans un minimum d'interprétation. Habituellement les livres/cours de mécanique quantique utilisent (souvent sans le dire explicitement) l'interprétation dite instrumentale ("pragmatique", "pratique", "expérimentale") qui est l'interprétation de Copenhague sans les oripeaux philosophiques. Mais ils citent normalement les postulats qui vont avec (lien valeur propre - valeur mesurée, interprétation probabiliste de Born, et parfois mais pas toujours la réduction de la fonction d'onde qui est parfois juste, implicite). C'est aussi celle de Feynman qui est un peu plus précis dans sa description (c'est pratiquement tout le premier chapitre de son cours).
- D'autre part il est toujours préférable d'utiliser des descriptions en physique qui n'ajoutent pas trop d'éléments supplémentaires. Ce n'est pas qu'une question de rasoir d'Occam mais aussi pour éviter d'introduire des artefacts totalement artificiels au point de risquer de les confondre avec la physique. Un exemple hors MQ est donné par la relativité restreinte : on peut parfaitement faire de la relativité sans respecter le principe de relativité !!!! Ce n'est pas nécessairement inutile, par exemple l'électromagnétisme en jauge de Coulomb ne respecte pas ce principe (choix d'un repère privilégié, celui des "charges statiques") mais la théorie a l'avantage d'être fort simple. Mais il faut faire attention (le caractère "instantané" de l'interaction coulombienne est un artefact). Et il faut bien passer à une version respectant le principe de relativité (la jauge de Lorentz par exemple) quand on veut aller plus loin (en théorie quantique des champs, on peut travailler en jauge de Coulomb comme dans le livre d'électrodynamique quantique de Claude Cohen Tanoudji, mais comme il le dit, quand on passe aux hautes énergies avec l'antimatière et tout et tout, la jauge de Lorentz devient inévitable).
- Certaines interprétations introduisent des limites. Par exemple, l'interprétation de Copenhague introduit clairement une distinction entre "systèmes quantiques / systèmes classiques". Mais si on présuppose les propriétés classiques, comment les démontrer à partir de la MQ ? Ca se mord la queue ! On a aussi de tels problèmes avec la gravité quantique ou pire la cosmologie quantique (d'où l'invention des "histoires cohérentes", forme plus moderne de Copenhague)
- Certaines interprétations sont très pédagogiques (l'instrumentale l'est) d'autres non.

Donc, non, le choix de l'interprétation n'est pas innocent. Mais entendons-nous bien, les interprétations sont volontairement construites pour ne pas pouvoir être réfutée par l'expérience. Si un jour certaines le sont c'est suite à une erreur (on a raté le coche en voulant qu'elle soit non réfutable).

Quelle est ton interpretation preferee ? et pourquoi ?

Les états relatifs (Everett sans les mondes multiples, comme dans sa thèse de doctorat) analysée par la méthode relationnelle.
Car réaliste, déterministe, locale, relativiste, sans les défauts signalés plus haut (mais elle n'est pas du tout pédagogique).
(et sans excès philosophique )

Pour ton plaisir :
http://www.scribd.com/doc/50186918/M...tique-Tome-VII

J'y donne :
la position du problème (dont le problème de la mesure quantique)
les principales interprétations
(dont les états relatifs)
les grandes expériences de pensée ou réelles et leur analyse avec les états relatifs

Important a connaitre pour bien comprendre :
le tome VI où je donne les "grands théorèmes" et la décohérence quantique (et accessoirement la théorie de Bohm)

[Deedee81]

Syborgg,

Je suis presque parti en vacance là On ne me verra (presque) plus pendant trois semaines. Je vais donc me fendre d'une petite explication qui peut faire réfléchir sur les théories à variables cachées.

Supposons que j'aie une théorie à variables cachées qui supprime tout caractère aléatoire à la mécanique quantique (le vieux rêve d'Einstein), une théorie "complète". Je ne fais pas d'hypothèse a priori sur cette théorie (variables locales ou non, etc...) mais j'aimerais savoir si je peux poser certaines contraintes sur cette théorie pour qu'elle soit le plus simple possible. Cela va montrer qu'une telle théorie est forcément tordue, compliquée.

Prenons deux particules 1 et 2, intriquées maximales. Avec un spin initialement indéterminé (il peut être vertical, horizontal, ou tout autre). Mais évidemment si en mesurant la particule 1 je trouve "V" (vertical) alors je trouverai "V" à coup sûr pour la deuxième. Idem avec "H" (horizontal). Et j'ai une chance sur deux de tomber dans un de ces cas.

La théorie à variable cachée devrait encoder ce résultat, plus d'aléatoire. Donc, on pourrait avoir une variable cachée S qui dit (par exemple) "le spin est vertical". Hélas.... non... ce n'est pas si simple.

Bien sûr si pour ces particules je trouve mesure le spin vertical, je vais trouver "oui" pour les deux. C'est ok. Si je mesure le spin horizontal je vais trouver "non". C'est ok.
Mais si je mesure le spin à 45° ? Ahaaah ! Dans ce cas, la mécanique quantique nous dit (et l'expérience le confirme) : on a une chance sur deux de trouver "oui" et une chance sur deux de trouver "non". Et là, notre brave variable S ne peut rien nous en dire. Elle est insuffisante. Tout ce qu'elle dit c'est que le spin est vertical et pas du tout horizontal, mais ne nous dit rien sur ce qui se passerait à 45°.

Les variables cachées pour le spin sont donc forcément compliquées et doivent donner les résultats pour toutes les orientations possibles (ou presque, la moitié). Comme il y a une infinité d'orientation.... ça fait déjà beaucoup de variables cachées !!!!!

Et ce n'est pas fini. La mécanique quantique dit qu'il y a des variables "incompatibles" (généralement conjuguées au sens de la mécanique analytique, mais pas seulement), par exemple la position et l'impulsion (techniquement cela se traduit par le fait que les variables = opérateurs correspondantes ne "commutent" pas : x.p != p.x) et cela conduit aux fameuses relations d'indétermination de Heisenberg.

Il est fréquent que les processus de mesures donnent les valeurs de plusieurs grandeurs en même temps. Tout dépend de la manière de mesurer. Et bien entendu dans le résultat final on peut ne considérer qu'une partie.

Or il est possible de trouver des trios de variables A, B, C telles que A et B sont incompatibles (au sens ci-dessus) alors que A et C sont compatibles et B et C sont compatibles. Cela peut paraître étonnant mais c'est même trivial de trouver ça, par exemple la position, l'impulsion et le spin. Notons ça x, p, S. Supposons que je veuille mesurer le spin et que je dispose de deux processus de mesure. L'un mesure en réalité le couplet (x, S) et l'autre le couple (p, S) (on les considère comme parfaites, pas d'incertitudes ou de "bruit" de mesure). Alors on peut montrer (von Neuman, Kochen et Specker,...) que si des variables cachées indiquent la valeur de S lors d'une mesure, alors ces deux types de mesures ne peuvent pas donner toujours la même valeur de S, sinon on pourrait l'utiliser pour rendre x et p compatibles (démonstration assez technique, mais intuitivement compréhensible vu les "compatibilités" décrites ci-dessus).

Moralité, les variables cachées ne suffisent pas à décrire totalement la valeur mesurée. Il faut tenir compte de la manière dont on mesure ou plus généralement des "variables cachées de l'appareil de mesure". (on a ça avec la théorie corpusculaire de David Bohm, il faut tenir compte du fait que l'appareil de mesure doit lui-même être décrit pas la théorie bohmienne et pas seulement le système).

Comme tout, peu ou prou, est intriqué (il suffit d'une interaction pour intriquer deux particules, et la décohérence est une dilution de l'intrication dans l'environnement), même si cette intrication n'est pas toujours maximale (c'est pour ça que dans les expériences on veille à créer des particules intriquées maximales, c'est plus facile, sinon on pourrait avoir n'importe quoi comme résultat, faut savoir de quoi on part pour comprendre ce à quoi on arrive), cela signifie que le résultat d'une mesure est encodé par toutes les variables cachées de tout l'univers.

Ding, dong, badaboum !!! Quelle horreur ! Ca fait vraiment beaucoup de variables pour décrire la mesure du spin d'une particule !!!!

Les variables cachées peuvent être une parfois une approche satisfaisante pour une certaine philosophie de la nature (ce n'est pas la mienne). Mais en aucun cas cela ne donne une théorie simple (essayez de calculer les mouvements d'un électron dans l'atome d'hydrogène avec Bohm, et je parle même pas de la mesure là, déjà avec Young c'est vachement compliqué).

Voilà qui devrait donner matière à réflexion.

Interrogation écrite à mon retour de congé

[syborgg]

Beaucoup de choses sur lesquelles reflechir un grand merci a toi et bonnes vacances !