Petite expérience de pensée : transmission supraluminique d'information

[invitefa5fd80c]

Salut,

J’ai une petite expérience de pensée à vous proposer et cela va comme suit.

Pour simplifier les choses, on se place en une dimension.
On considère un générateur E d’impulsions électromagnétiques situé en x=0 et un récepteur R de telles impulsions situé en x=D.

Entre les deux nous plaçons un système physique X de longueur L. Les électrons faisant partie de ce système ont la propriété d’avoir des vecteurs d’état qui s’étendent sur tout le volume de X. Ces électrons sont généralement dans un certain état fondamental E₀ tout en ayant la possibilité de passer à un état excité E₁ par absorption d’un photon puis de réémettre un photon en revenant au niveau E₀ au bout d’un intervalle de temps caractéristique .

En t=0, le générateur envoie une impulsion. Aussitôt que cette impulsion atteint X, un photon de cette impulsion peut être absorbé par un électron de X. Au bout d’un temps caractéristique , l’électron réémet un photon. L’électron étant étendu sur tout le volume de X, il en est logiquement de même pour l’onde associée au photon. Dès que cette onde atteint D, le photon a la possibilité d’être détecté.

Par conséquent, certains de ces photons n’auront pas parcouru la longueur L du système X. La vitesse du transfert d’information dans ces cas est de D / ((D-L)/c + )
Si on considère un système X pour lequel << L/c, la vitesse de transmission d’information est alors : c / (1-L/D), c’est-à-dire une vitesse plus grande que c.

Y-a-t-il quelque chose qui cloche là-dedans ?
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[chaverondier]

Y-a-t-il quelque chose qui cloche là-dedans ?

Non. La causalité relativiste n'est pas mise en défaut tant que l'on ne parvient à exercer aucun contrôle sur le phénomène d'absorption du photon et sa réémission. En effet, en raison de cette absence de possibilité de biaiser ou d'exercer un léger contrôle sur le hasard quantique, on ne peut pas se servir de la non-localité quantique pour transmettre instantanément des informations.

Par contre, si la réduction du paquet d'onde est un phénomène physique objectif ET s'il devient possible (à terme avec les progrès technologiques) de biaiser le hasard de la mesure quantique, alors, il devient possible de se servir de la non localité quantique pour transmettre instantanément de l'information en violation de la causalité relativiste (cf le no-communication theorem http://perso.orange.fr/lebigbang/no_communication.htm et proposition d'un test de transmission instantanée d'information http://perso.orange.fr/lebigbang/epr.htm ).

C'est précisément avec cette arrière pensée en tête que j'ai posé la question de la possibilité de biaiser le hasard de mesure quantique dans le fil statistiques des résultats de mesure quantique en
http://forums.futura-sciences.com/thread22361.html . BC

PS : J'ai d'ailleurs aussi envoyé cette même question par e-mail à la Société Française de Physique. J'ai reçu une première réponse m'informant que je recevrai une réponse du spécialiste du domaine concerné dans moins d'une semaine, mais c'était il y a une dizaine de jours. J'ai donc renvoyé un e-mail hier puisqu'il était proposé (dans la première réponse que j'ai reçue) de le faire dans le cas où le délai d'une semaine serait dépassé. Cela dit, je pose la question aussi sur le forum en me disant qu'entre la SFP et le forum j'ai peut-être mes chances d'obtenir une réponse.

[ClairEsprit]

L’électron étant étendu sur tout le volume de X, il en est logiquement de même pour l’onde associée au photon. Dès que cette onde atteint D, le photon a la possibilité d’être détecté.

Par conséquent, certains de ces photons n’auront pas parcouru la longueur L du système X.

Bonsoir. L'électron est considéré ici comme identique à sa fonction d'onde ? Pourtant on m'a enseigné que la fonction d'onde donnait la probabilité de détecter l'électron à un endroit donné et n'avait rien à voir avec le corpuscule associé. Je ne vois pas non plus pourquoi il est conclu que le photon n'a pas parcouru la longueur L. En ce qui me concerne, il est éventuellement absorbé dans le système X par un électron, ce dernier vit sa vie dans X et relâche le photon au bout de tau à un certain endroit de X et le photon finit par arriver en D. Non ?

[invitefa5fd80c]

Y-a-t-il quelque chose qui cloche là-dedans ?

Non. La causalité relativiste n'est pas mise en défaut tant que l'on ne parvient à exercer aucun contrôle sur le phénomène d'absorption du photon et sa réémission. En effet, en raison de cette absence de possibilité de biaiser ou d'exercer un léger contrôle sur le hasard quantique, on ne peut pas se servir de la non-localité quantique pour transmettre instantanément des informations

Bonsoir,

Je ne suis pas tout à fait certain du sens de votre réponse.
Est-ce que vous voulez dire "Non, il n’y a rien qui cloche là-dedans." ou bien "Non, on ne peut pas transmettre de l’information de façon supraluminique de cette façon" ?
Ce semble être la deuxième hypothèse mais je préfère demander.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitefa5fd80c]

Bonsoir. L'électron est considéré ici comme identique à sa fonction d'onde ? Pourtant on m'a enseigné que la fonction d'onde donnait la probabilité de détecter l'électron à un endroit donné et n'avait rien à voir avec le corpuscule associé.

Bonsoir,

En fait, en MQ, l’état de l’électron est entièrement décrit par son vecteur d’état, ou fonction d’onde.

Je ne vois pas non plus pourquoi il est conclu que le photon n'a pas parcouru la longueur L. En ce qui me concerne, il est éventuellement absorbé dans le système X par un électron, ce dernier vit sa vie dans X et relâche le photon au bout de tau à un certain endroit de X et le photon finit par arriver en D. Non ?

La réponse est dans l’expression "à un certain endroit de X" : à un "certain" endroit effectivement, parce qu’on ne peut pas dire où exactement. Tout ce que l’on peut dire, c’est que l’onde associée au photon réémis s’étend au volume occupé par X. Non ?

[chaverondier]

Je ne suis pas tout à fait certain du sens de votre réponse. Est-ce que vous voulez dire "Non, il n’y a rien qui cloche là-dedans." ou bien "Non, on ne peut pas transmettre de l’information de façon supraluminique de cette façon" ?

Les deux réponses sont bonnes. Il n'y a rien qui cloche par ce que, tant qu'on ne sait pas biaiser le hasard quantique, la non-localité quantique ne permet pas de violation de l'invariance relativiste.

A noter toutefois que si l'on adopte l'interprétation de la réduction du paquet d'onde comme un phénomène physique objectif (c'est à dire si on ne se place ni dans le cadre de l'interprétation Bohmienne, ni dans le cadre de l'interprétation des mondes multiples), il y a conflit entre non-localité quantique et principe de relativité du mouvement au niveau interprétatif. Ce conflit se résout dans l'espace-temps d'Aristote (avec son feuilletage privilégié en feuillets 1D d'immobilité et en feuillets 3D de simultanéité quantique universelle) comme je l'ai déjà signalé à de nombreuses reprises.

Vous pouvez jeter un coup d'oeil sur les références que j'ai signalées dans mon précédent post si vous voulez plus d'éléments de réponse. BC

[invitefa5fd80c]

Les deux réponses sont bonnes. Il n'y a rien qui cloche par ce que, tant qu'on ne sait pas biaiser le hasard quantique, la non-localité quantique ne permet pas de violation de l'invariance relativiste.

Mais selon vous, si on effectuait l'expérience que j'ai décrite, est-ce que l'intervalle de temps minimal qui serait mesuré entre l'émission et la détection serait de D/c ou bien de (D-L)/c ?

[ClairEsprit]

Tout ce que l’on peut dire, c’est que l’onde associée au photon réémis s’étend au volume occupé par X. Non ?

Oui, mais puisqu'on est d'accord pour dire que la fonction d'onde n'est pas le photon, on ne peut pas conclure qu'il n'a pas parcouru la longueur L. Rien dans l'expérience présentée ne permet de le supposer.

[chaverondier]

Mais selon vous, si on effectuait l'expérience que j'ai décrite, est-ce que l'intervalle de temps minimal qui serait mesuré entre l'émission et la détection serait de D/c ou bien de (D-L)/c ?

Dans le cas de cette expérience, je pense que ça devrait pouvoir être (D-L)/c (sans en être sûr à 100%) mais ça n'a rien de choquant. Avec la non localité de la mesure quantique, on obtient des corrélations à distance qui peuvent être instantanées. La causalité relativiste est préservée grâce à l'impossibilité de biaiser le hasard quantique. C'est cela qui empêche de se servir des corrélations quantiques instantanés pour transmettre instantanément de l'information. BC

[chaverondier]

Oui, mais puisqu'on est d'accord pour dire que la fonction d'onde n'est pas le photon.

Dans bon nombre d'interprétations, le photon, est la façon localisée dont se manifeste, aux yeux d'un observateur, l'entité physique modélisée par la fonction d'onde quand elle interagit avec un détecteur. BC

[invitefa5fd80c]

Dans le cas de cette expérience, je pense que ça devrait pouvoir être (D-L)/c (sans en être sûr à 100%) mais ça n'a rien de choquant.

C’est aussi mon impression et, tout comme vous, sans en être certain à 100%

Avec la non localité de la mesure quantique, on obtient des corrélations à distance qui peuvent être instantanées. La causalité relativiste est préservée grâce à l'impossibilité de biaiser le hasard quantique. C'est cela qui empêche de se servir des corrélations quantiques instantanés pour transmettre instantanément de l'information. BC

Mais si, à intervalle de temps régulier T₀ répété disons N fois, on envoie une impulsion pour un bit 1 et pas d’impulsion pour un bit 0, l’ensemble de ces bits seront transférés à vitesse supraluminique. Et cette suite de bits contient de l’information. Non ?

NB : on envoie des impulsions constituées chacune d’un grand nombre de photons.

[ClairEsprit]

Dans bon nombre d'interprétations, le photon, est la façon localisée dont se manifeste, aux yeux d'un observateur, l'entité physique modélisée par la fonction d'onde quand elle interagit avec un détecteur. BC

Cela n'a pas de sens. Tout ne serait donc que fonction d'onde dans l'espace vide et particule en cas d'interaction. Même en admettant cela, le fait d'être une fonction d'onde n'autorise pas à aller plus vite que la lumière. Ca n'est pas dans l'équation d'évolution de la fonction d'onde. S'il suffisait de placer une boîte vide quelque part pour aller plus vite que la lumière ça se saurait. Vous détournez les outils initiaux de l'objectif initial pour lesquels ils ont été créés, et sous prétexte que ces outils fonctionnent dans le contexte pour lequel ils ont été créés vous assumez le fait qu'ils fonctionnent dans celui que vous avez détourné là où précisément le contexte initial ne prédit rien.

[chaverondier]

Mais si, à intervalle de temps régulier T₀ répété disons N fois, on envoie une impulsion pour un bit 1 et pas d’impulsion pour un bit 0, l’ensemble de ces bits seront transférés à vitesse supraluminique. Et cette suite de bits contient de l’information. Non ?

Pour pouvoir réaliser ce type d'opération (en exploitant la non localité quantique), il faudrait que
* d'une part la réduction du paquet d'onde soit un phénomène physique objectif (cad indépendant de l'observateur, contrairement à l'interprétation des mondes multiples)
* ET que d'autre part, on sache biaiser les statistiques du hasard quantique par un contrôle approprié de l'état quantique du système impliqué et de son environnement (cf le no_communication theorem http://perso.orange.fr/lebigbang/no_communication.htm et proposition d'un test de transmission instantanée à distance par effet EPR http://perso.orange.fr/lebigbang/epr.htm ). BC

[invitefa5fd80c]

Mais si, à intervalle de temps régulier T₀ répété disons N fois, on envoie une impulsion pour un bit 1 et pas d’impulsion pour un bit 0, l’ensemble de ces bits seront transférés à vitesse supraluminique. Et cette suite de bits contient de l’information. Non ?

NB : on envoie des impulsions constituées chacune d’un grand nombre de photons.

Une petite modification.
Pour envoyer N bits, on utilise N systèmes comme celui que j'ai décrit dans le premier post : ces systèmes sont isolés les uns des autres et fonctionnent en parallèle.
Ceci pour éviter le chevauchement des bits successifs.

[invitefa5fd80c]

Pour pouvoir réaliser ce type d'opération (en exploitant la non localité quantique), il faudrait que
* d'une part la réduction du paquet d'onde soit un phénomène physique objectif (cad indépendant de l'observateur, contrairement à l'interprétation des mondes multiples)
* ET que d'autre part, on sache biaiser les statistiques du hasard quantique par un contrôle approprié de l'état quantique du système impliqué et de son environnement (cf le no_communication theorem http://perso.orange.fr/lebigbang/no_communication.htm et proposition d'un test de transmission instantanée à distance par effet EPR http://perso.orange.fr/lebigbang/epr.htm ). BC

Mais...l'expérience est réalisable indépendamment de toute considération théorique. Qu'obtiendrait-on comme résultat d'après vous ? (en tenant compte de la modification que je viens d'apporter dans mon post précédent)

PS: je vais consulter les liens que vous avez fournis. Merci

[chaverondier]

Tout ne serait donc que fonction d'onde dans l'espace vide et particule en cas d'interaction. Cela n'a pas de sens.

Ma foi, il est vrai que la mécanique quantique est parfois un peu déroutante...Mais elle marche.

Même en admettant cela, le fait d'être une fonction d'onde n'autorise pas à aller plus vite que la lumière. Ca n'est pas dans l'équation d'évolution de la fonction d'onde.

Tout à fait exact. C'est dans le postulat de projection (associé à la mesure quantique) que se trouve l'origine de la non localité quantique (en conflit avec le caractère local de l'évolution de la fonction d'onde).

C'est pour cela que l'interprétation des mondes multiples est parfois préférée à une interprétation objective de la réduction du paquet d'onde. L'interprétation des mondes multiples permet de respecter la localité et même de respecter l'unitarité, le déterminisme et la réversibilité de la dynamique quantique. La mesure quantique viole au contraire l'unitarité, le déterminisme, la réversibilité et la localité dans le cadre de l'interprétation de la réduction du paquet d'onde comme un phénomène physique objectif (provoqué, par exemple, par l'interaction avec un système physique jouant le rôle d'appareil de mesure, système qui serait doté d'un comportement censé être non quantique provoquant de ce fait la réduction du paquet d'onde par interaction avec le système quantique).

S'il suffisait de placer une boîte vide quelque part pour aller plus vite que la lumière ça se saurait.

Or ça ne suffit pas. C'est pour ça que ça ne se sait pas. Le hasard quantique interdit de mettre à profit la non localité quantique pour transmettre des informations à vitesse supraluminique.BC

[Pio2001]

Aussitôt que cette impulsion atteint X, un photon de cette impulsion peut être absorbé par un électron de X.

Je pense que cela constitue une mesure de la position de l'électron par le photon. L'éléctron est alors localisé au point d'arrivée du photon.

[GillesH38a]

Bonjour

amha, si il n'y a pas de mesure faite dans l'état "excité", il n'y a pas de sens à parler de l'instant d'absorption et de l'instant de réémission. Il faut sommer sur toutes les amplitudes possibles (qui correspondent aux diagrammes de Feynmann), et les effets d'interférence de tous les chemins possibles assurent que la vitesse de propagation mesurée reste < c.

Attention, en meca Q, tout ce qui n'est pas mesuré de façon intermédiaire "n'existe pas" réellement !

Gilles

[chaverondier]

amha, si il n'y a pas de mesure faite dans l'état "excité"

Il me semble que la mise dans un état d'énergie excité ou désexcité, si elle laisse des traces dans l'environnement, correspond à un phénomène physique identique à une mesure d'énergie (même s'il n'y a pas d'appareil de mesure et encore moins d'opérateur humain réalisant la mesure). Quant à l'émission d'une particule, elle est effective quand elle est "détectée" (pas focément par un observateur humain, il suffit qu'elle laisse des traces dans l'environnement). Quand ça se produit, on a une mesure de position réalisée par interaction avec l'environnement.

Il faut sommer sur toutes les amplitudes possibles (qui correspondent aux diagrammes de Feynmann), et les effets d'interférence de tous les chemins possibles assurent que la vitesse de propagation mesurée reste < c.

Je pense qu'on est d'accord. Ce sont effectivement seulement les évènements qui violent la localité, l'unitarité, le déterminisme et la réversibilité de la dynamique quantique.

Attention, en meca Q, tout ce qui n'est pas mesuré de façon intermédiaire "n'existe pas" réellement !

Le tour d'horizon quant aux recherches sur la mesure quantique réalisé par Maximilian Schlosshauer (cf Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics http://arxiv.org/abs/quant-ph/0312059), montre que, grâce à la prise en compte de l'ouverture (openness) de fait des systèmes physique (pas de séparation de l'univers en parties isolées) et à la prise en compte de la décohérence, on est maintenant loin de l'époque où on considérait la mesure comme un phénomène spécifique qui se situerait, en quelque sorte, en dehors de la physique et qu'il faudrait rajouter à la mécanique quantique pour pouvoir la compléter (voir même pour pouvoir la fonder à l'époque où l'Interprétation de Copenhague était l'interprétation admise).

Depuis, la notion de mesure quantique s'est élargie pour rentrer dans le cadre des phénomènes généraux qui engendrent la perception classique que nous avons du monde qui nous entoure. Schlosshauer signale notamment la grande importance, pour l'émergence d'un caractère classique des systèmes observés à notre échelle, du critère de robustesse des grandeurs observables. Ce critère s'avère assez nettement relié à la commutabilité des observables en question avec l'Hamiltonien d'interaction entre le système considéré et son environnement. BC

[ClairEsprit]

Attention, en meca Q, tout ce qui n'est pas mesuré de façon intermédiaire "n'existe pas" réellement !

C'est bien cela. Il n'y a pas eu de processus de mesure à l'intérieur du système X. Même si la fonction d'onde y remplit totalement l'espace intérieur, si je place un détecteur juste à l'entrée et juste à la sortie, je trouverais que le temps mis par un photon pour franchir X est >= L/c. Par ailleurs, quand bien même j'effectuerais un mesure du système électron + photon dans la boîte, je ne vois pas comment cela autoriserait le photon à ignorer le système X en étant téléporté de l'entrée à la sortie ! Dans le cas d'EPR avec une paire intriquées en A, une des particules se déplace en B en respectant la limite c et ce n'est que que le fait d'une mesure en A qui provoque un changement d'état "à distance" en B; encore faut-il aller le vérifier en constatant qu'on trouve un état qui n'est plus statistiquement acceptable. Je ne connais pas d'autres phénomènes qui impliquent théoriquement (par une expérience de pensée) un transfert d'information à distance, mais si on identifie la fonction d'ondes à la particule que l'on détecte par le processus de mesure, on peut conclure n'importe quoi. La MQ ne dit pas que les particules n'existent pas quand on ne les a pas mesurées. Elle ne dit rien, c'est tout.

[hterrolle]

Bonjour,

En tout cas le principe de transmition d'information reste tres interressant. En poussant un peux la reflexion ont pourrait faire plus que du parralelisme. En difractant la l'onde sur une prisme a plusieur facette ont pourrait carrement créer un systeme de transmission neuronal dans N direction.
Additionner au parrallelisme c'est le reve de tout informaticien.

[Pio2001]

Un prisme à N facettes ne scinde pas un rayon lumineux en N. Une lame biréfringente peut le scinder en deux.

En admettant un système de lames biréfringentes qui scinde le chemin optique en N, si le photon est détecté sur l'un des N chemins, cela constitue une mesure de sa position, et il n'aura jamais parcouru les N-1 autres.

[GillesH38a]

Il me semble que la mise dans un état d'énergie excité ou désexcité, si elle laisse des traces dans l'environnement...

.

100 % d'accord Bernard, ce qui compte réellement c'est la décohérence par interaction avec un environnement, l'appareil de mesure ne fait que "convertir" cette interaction en un résultat "lisible" (en etant justement soigneusement conçu "pour ça")

Mais justement l'expérience décrite ne suppose pas une interaction avec un environnement, sinon comme le dit Pio cela reviendrait à pouvoir localiser l'électron excité en "pistant" l'environnement (qui pourrait eventuellement etre converti en un détecteur de position).

[ClairEsprit]

Le débat porte sur la notion de mesure alors que l'expérience de pensée demande si éventuellement le temps passé dans le système X peut être nul. On peut bien considérer l'absoption et l'émission d'un photon comme un phénomène de mesure, à partir du moment où ce fait a été porté à la connaissance d'un observateur (c'est à dire observable, et non pas requérant une conscience pour se manifester). Cela me semble correct au moint idéalement, même si en pratique cela me semble irréalisable et donc incorrect dans le cadre de la MQ qui est tout sauf une théorie idéalisée. pour autant, quel rapport avec la question initiale ?

[GillesH38a]

le "a partir du moment ou ce fait a été porté à la connaissance de l'observateur" est absolument fondamental, puisqu'il suppose que l'électron excité a interagi avec un système macroscopique (en fait comme le souligne Bernard , il n'est meme pas necessaire que ce soit un instrument de mesure, mais un instrument de mesure DOIT comporter cette étape).
Dans ce cas, la fonction d'onde de l'électron ne sera plus délocalisée mais sera localisée à l'endroit ou l'environnement l'aura "localisé" (aux incertitudes quantiques de mesure près). Et on ne pourra pas trouver l'électron excité à une distance x dans un temps plus court que x/c a partir de l'arrivée du photon.

[ClairEsprit]

Oui oui, je suis bien d'accord sur le fond. Conclusion : une telle expérience ne peut engendrer de phénomène de transmission supraluminique de photon, avec une /ou en absence de mesure du système électron/photon dans X

[invitefa5fd80c]

Je pense que cela constitue une mesure de la position de l'électron par le photon. L'éléctron est alors localisé au point d'arrivée du photon.

Lorsque l'impulsion a atteint X, est-ce qu'il y a quelque chose qui empêche un électron se trouvant dans l'état fondamental E0 d'absorber un photon de l'impulsion et de passer à un état excité E1 ?
Ou, en d'autres termes, est-il nécessaire que l'impulsion soit étendue à l'ensemble du volume de X pour qu'il puisse y avoir une telle absorption ?

NB: les états E0 et E1 sont étendus sur tout le volume de X par hypothèse.

[Pio2001]

Je ne sais pas.
D'un point de vue purement intuitif, il me semble que l'électron va passer de l'état {énergie = E0; position = tout X} à l'état {énergie = E1; position = point d'arrivée du photon}.

[Pio2001]

NB: les états E0 et E1 sont étendus sur tout le volume de X par hypothèse.

Pourquoi une telle hypothèse ? L'état E1 n'existe pas tant que le photon n'est pas arrivé. Qu'est-ce que forcerait l'électron à occuper tout X alors qu'il a subi une interaction locale avec un photon ?

[invitefa5fd80c]

Pourquoi une telle hypothèse ? L'état E1 n'existe pas tant que le photon n'est pas arrivé. Qu'est-ce que forcerait l'électron à occuper tout X alors qu'il a subi une interaction locale avec un photon ?

En fait, E0,E1,E2,.... sont les états propres de l'énergie pour un électron dans le système X. Il est assumé au départ que le système X est tel que ces états sont caractérisés par une fonction d'onde qui s'étend à tout le volume de X.