Physique quantique et indéterminisme

[larotere]

Bonsoir,
A t'on des preuves que l'indéterminisme quantique est réel ?
Si c'est le cas , quelles en sont les implications à notre échelle (sachant que la physique classique est déterministe) ?
Merci pour vos réponses!
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[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonjour,

Cela dépend de ce que vous entendez par "réel". La mécanique quantique est probabiliste et donne de bonnes prédictions jusqu'à présent. Savoir si elle est "réelle" (comme toute théorie physique) tient de l'interprétation philosophique que l'on peut en faire.

[larotere]

Je veux dire que ça ne soit pas dû à un problème de mesure ou une variable cachée.

[Deedee81]

Salut,

Expérimentalement on peut constater le caractère aléatoire (donc indéterministe).

Mais il est impossible de dire si cet aléatoire est intrinsèque ou dû au fait qu'on n'a pas accès à la totalité de l'état quantique du système global (système mesuré + observateur).
Ce n'est pas un problème de mesure. Et les variables cachées font partie de l'interprétation (puisqu'elles sont cachées) et on ne peut prouver leur existence.

Cette situation n'a pas d'implication à notre échelle. Par contre l'aléatoire quantique constaté expérimentalement peut avoir des conséquences (par exemple le résultat d'un dispositif utilisant un générateur aléatoire physique : dû à l'agitation quantique microscopique). Le bruit de grenaille en électronique a aussi pour origine l'aléatoire quantique. Tout dispositif travaillant avec un nombre réduit de photons (comme les caméras CCD) est aussi soumis à l'aléatoire quantique.

Heureusement pour nous, les effets de moyennes sur les grands nombres gomment la plupart du temps l'aléatoire quantique et même plus généralement le "chaos" microscopique. Par exemple un gaz est composé de particules très agitées mais pour un volume macroscopique, la pression et la température sont stable (il y a des fluctuations mais trop petites pour être mesurées dès qu'on dépasse des volumes de quelques micromètre cubes pout des conditions ambiantes). Ca évite d'avoir un monde trop chaotique On est là dans le domaine de la physique statistique. Ajoutons une louche de "limite classique" (faire tendre artificiellement h vers zéro dans les équations, h étant normalement constante évidemment, c'est la constante de Planck), une grosse louche de décohérence quantique, et une larme "d'optique géométrique" (généralisée à toute particule quantique). Et on retrouve la physique classique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Je veux dire que ça ne soit pas dû à un problème de mesure ou une variable cachée.

Oh le vilain troll ! Ça faisait un moment qu'on n'avait pas eu du gros qui tache comme ça.

Bien que que c'est un problème de mesure, ça fait plus d'un siècle des des centaines de milliers de physiciens, directement, et des millions, indirectement, le prouvent, mais heureusement que vous êtes là pour leur ouvrir les yeux, à ces benêts.

[Deedee81]

T'es dur là Larotere est un petit nouveau qui ne connait (pratiquement) pas le science (et la MQ en particulier) et se pose des questions sur un sujet qui le passionne. Ses questions sont à cheval entre physique et philosopique mais on est là aussi pour faire la part des choses. (bon deux sujets sur la même chose alors que des réponses ont été données ça fait peut-être un peu troll mais attendons avant de faire un procès d'intention )

Ma première phrase ci-dessus "expérimentalement blabla" est évidemment renforcée par ce que tu dis (des centaines de milliers de ....).

[larotere]

Donc la physique classique déterministe émerge statistiquement de la quantique indéterministe?

[larotere]

Ou alors , lors de la décohérence , un état est choisi de façon aléatoire mais cohérente ?
Je m'explique : le chat est soit mort soit vivant (il peut pas être les 2 en même temps!) mais peut-être est ce "choisi" de manière aléatoire ?

[jacknicklaus]

Donc la physique classique déterministe émerge statistiquement de la quantique indéterministe?

Bonsoir, non je ne dirais pas çà.

Il faut comprendre que la physique quantique est, à la base , parfaitement déterministe. L'état d'un système est modélisé par un objet mathématique nommé fonction d'onde. Et cet objet et son évolution dans le temps sont totalement déterministes.
C'est le résultat d'une mesure effectuée sur le système qui possède un caractère probabiliste. L'ensemble des mesures possibles et leur probabilités respectives d'obtention étant donnés par certaines caractéristiques de la fonction d'onde. Et ca n'est PAS un problème de qualité de mesure ou de variables cachées.

Et comme le dit albanxiii "ça fait plus d'un siècle que des centaines de milliers de physiciens, directement, et des millions, indirectement, le prouvent" quotidiennement dans leurs laboratoires.

[larotere]

La mq est à la fois déterministe et indéterministe donc ? Elle devient indéterministe lorsque il y a interactions avec l'environnement et lorsque il y en a pas , elle donc déterministe ?

[coussin]

La mq est à la fois déterministe et indéterministe donc ?

L'évolution de la densité de probabilité est effectivement déterministe mais ça n'en reste pas moins une densité de probabilité.

[larotere]

Merci pour les réponses ! Je remets ces questions pour éviter de partir sur un autre sujet :
Donc la physique classique entièrement déterministe émerge statistiquement de la quantique partiellement indéterministe (quand il y a mesure donc interaction avec l'environnement)?


Ou alors , lors de la décohérence , un état est choisi de façon aléatoire mais cohérente ?
Je m'explique : le chat est soit mort soit vivant (il peut pas être les 2 en même temps!) mais peut-être est ce "choisi" de manière aléatoire ? Mais sans ce cas ce n'est pas déterminé à l'avance?

Merci de m'éclairer!

[Pio2001]

A t'on des preuves que l'indéterminisme quantique est réel ?
Si c'est le cas , quelles en sont les implications à notre échelle (sachant que la physique classique est déterministe) ?

Bonjour,
Pas de preuve ultime, mais on a un lien avec la vitesse de la lumière : si l'indéterminisme quantique n'est pas réel, alors l'information peut dépasser la vitesse de la lumière (EPR / Bell / No-communication theorem).

Conséquence expérimentale de l'indéterminisme, la cryptographie quantique est inviolable.

Et les variables cachées font partie de l'interprétation (puisqu'elles sont cachées)

Je ne comprends pas. Il y a des interprétation avec et des interprétations sans variables cachées.

et on ne peut prouver leur existence.

Jusqu'à ce qu'on en observe une.
Mais on sait déjà que le modèle standard de la physique des particules n'en contient pas.

Donc la physique classique déterministe émerge statistiquement de la quantique indéterministe?

Oui, si on néglige les détails quantiques, on obtient la physique classique : électromagnétisme, physique nucléaire, chimie, mécanique, physique des solides, des fluides, optique... mais PAS la gravitation, grande absente de la mécanique quantique.

Ou alors , lors de la décohérence , un état est choisi de façon aléatoire mais cohérente ?

Je n'ai pas compris "choisi de façon cohérente".

Je m'explique : le chat est soit mort soit vivant (il peut pas être les 2 en même temps!) mais peut-être est ce "choisi" de manière aléatoire ?

Oui, c'est le hasard quantique.

Il faut comprendre que la physique quantique est, à la base , parfaitement déterministe. L'état d'un système est modélisé par un objet mathématique nommé fonction d'onde. Et cet objet et son évolution dans le temps sont totalement déterministes.

Les probabilités quantiques sont déterministes ! Mais franchement, cela revient à dire "si on néglige la part de hasard, alors il n'y a pas de hasard".

Et ca n'est PAS un problème de qualité de mesure ou de variables cachées.

Qu'est-ce qui n'est pas un problème de mesure ou de variables cachées ?
Les variables cachées sont, par définition, la source des résultats apparemment aléatoires des mesures quantiques (Bell 1964 -> variables cachées attachées au système, Clauser-Horne-Shimony-Holt 1969 -> variables cachées attachées au système et/ou à l'environnement du système, Kochen-Specker -> incompatibilité entre la MQ et des variables cachées attachées uniquement au système mesuré).
Si elles existent, ces variables cachées transportent de l'information plus rapidement que la lumière (Bell, CHSH, Greenberger-Horne-Zeilinger).

Et comme le dit albanxiii "ça fait plus d'un siècle que des centaines de milliers de physiciens, directement, et des millions, indirectement, le prouvent" quotidiennement dans leurs laboratoires.

Pour les variables cachées, contradiction avec ce qu'écrit Deedee81 plus haut : "on ne peut prouver leur existence".

[jacquolintégrateur]

Bonjour
Richard Feynman: "SI quelqu'un vous dit qu'il a compris la mécanique quantique, n'hésitez pas à le traiter de menteur !"
La grande règle, pour la MQ, est la suivante:"tais-toi et calcule!!" Pas de panique: on s'y fait!!
Cordialement

[Deedee81]

Salut,

Je ne comprends pas. Il y a des interprétation avec et des interprétations sans variables cachées.

Oui, oui, je suis d'accord. Je n'ai pas dit le contraire
Désolé si je n'ai pas été clair.

[Deedee81]

Salut,

Je ne comprends pas. Il y a des interprétation avec et des interprétations sans variables cachées.

Oui, oui, je suis d'accord. Je n'ai pas dit le contraire
Désolé si je n'ai pas été clair.

Je m'explique : le chat est soit mort soit vivant (il peut pas être les 2 en même temps!) [..]

Si, si. Bienvenue dans l'étrange monde de la mécanique quantique où les choses peuvent avoir plusieurs états différents en même temps. Par exemple un électron peut avoir deux positions. Et il ne faut pas voir ça comme une vue de l'esprit ou une incertitude statistique (l'électron serait à une des deux positions sans qu'on sache laquelle) car cet état étrange (une superposition quantique) a des conséquences : les interférences quantiques (qu'on peut observer dans divers phénomènes, l'expérience de Young étant souvent prise comme modèle).

Et selon l'interprétation qu'on adopte on peut parfaitement étendre ces superpositions quantiques au chat, à l'observateur et même à tout l'univers. Mais il est vrai qu'on n'a jamais fait d'expériences d'interférences avec des chats (car ils griffent ), non sans rire, le mieux qu'on a fait c'est avec de grosses molécules (comme des fullerènes).

Richard Feynman: "SI quelqu'un vous dit qu'il a compris la mécanique quantique, n'hésitez pas à le traiter de menteur !"
La grande règle, pour la MQ, est la suivante:"tais-toi et calcule!!" Pas de panique: on s'y fait!!

On a fait des progrès depuis et on peut aussi adopter un langage mathématique pour décrire les choses. Mais il est vrai que Feynman n'aimait pas les discours philosophiques sur la mécanique quantique (il n'avait pas tort, c'est souvent assez stérile .... ou pire (*)). Il aborde quand même un peu la question dans son cours de MQ, mais très superficiellement.

A notre époque je dirais : on commence à y voir clair mais celui qui dit que la mécanique quantique n'est pas étrange est un menteur

(*) Même dans l'encyclopédie de philosophie de Stanford ils font attention. Dans l'article sur l'interprétation dite nue des états relatifs, il y avait un moment une notion de "valeur d'existence" que j'avais trouvé plus que fumeuse (et inutile). Et quelques mois plus tard, tout ce passage avait été réécrit

Ah oui, j'en profite pour dire à Larotere que s'il lit l'anglais (difficile à éviter en science) je lui conseille largement cette encyclopédie (en ligne et gratuite) :
https://plato.stanford.edu/

Fait une recherche sur
"interprétation quantum"
et tu peux aussi suivre les articles via les liens indiqués à chaque fois à la fin.

[larotere]

Jusque aux molécules , il peut y avoir superpositions et à l'avance on ne peut pas déterminer le résultat d'une mesure.Mais lors de la décohérence pourquoi un état est choisi (le chat devient soit mort ou vivant et les autres états disparaissent) plus qu'un autre ? hasard ? déterminisme?

[Pio2001]

C'est un hasard spécial, le "hasard quantique", appelé aussi indéterminisme.
On l'interprète généralement comme un hasard absolu, qui se distingue du hasard ordinaire par le fait que rien n'est à l'origine du résultat observé, alors que pour le hasard ordinaire, il y a des causes (qu'on ne maîtrise pas) qui sont à l'origine du résultat observé (la trajectoire d'un dé, par exemple).

Plus scientifiquement, Bell, puis CHSH, puis GHZ (ce sont les initiales des noms donnés plus haut dans le message 13) ont montré que les prévisions de la mécanique quantique étaient incompatibles avec les deux hypothèses suivantes :
-il existe une grandeur quelconque lambda (appelée variable cachée) qui détermine le résultat de deux mesures A et B
-ce qui est fait en A n'a pas d'influence en B et ce qui est fait en B n'a pas d'influence en A

La seconde condition est vraie si les mesures A et B sont faites assez vite et assez loin l'une de l'autre pour qu'il faille dépasser la vitesse de la lumière pour que l'une influence l'autre (On choisit on dernier moment ce qu'on veut mesurer en A et cela n'a pas le temps d'agir sur B).
Cette condition a été réalisée par Alain Aspect en 1982, et malgré tout, les résultats des mesures étaient conformes à la MQ. Dans son expérience, l'une des deux hypothèses au moins était donc fausse : on bien un signal a dépassé la vitesse de la lumière, ou bien il n'existe aucun lambda à l'origine des résultats observés. Ils obéissent à un indéterminisme absolu.

La première hypothèse pose beaucoup de problèmes, car elle contredit la relativité restreinte et permettrait aux particules du futur d'agir sur le passé.
On s'accommode donc de la seconde (indéterminisme), qui suffit amplement à toutes fins pratiques, et tant qu'aucune observation ne nécessite par ailleurs de revoir la relativité restreinte.

L'indéterminisme absolu est donc une façon simple et pratique d'interpréter la mécanique quantique.
L'alternative (dépassement de la vitesse de la lumière) n'est pas utile tant qu'aucun phénomène connu ne nécessite d'y faire appel. En effet, tant que le hasard quantique reste absolu, aucune information ne peut voyager plus vite que la lumière, même dans l'expérience d'Aspect. Ce point a fait l'objet d'un théorème à part, appelé no-communication theorem.
Il existe tout de même certaines interprétations de la MQ qui adoptent le point de vue d'une action du futur vers le passé pour sauver le déterminisme (interprétation transactionnelle de Cramer). Elle conduit aux mêmes prédictions expérimentales (d'où la remarque de Deedee81 "on ne peut prouver leur existence").

L'interprétation des univers multiples d'Everett, qui est déterministe, peine à prendre position par rapport à l'expérience d'Aspect. Certaines publications disent qu'il faudrait approfondir la question, d'autres (Vaidman) que le dépassement de la vitesse de la lumière par l'onde de séparation des univers n'est pas observable, donc sans conséquence... Je trouve que cela mélange un peu l'interprétation de Copenhague avec celle d'Everett.

[Deedee81]

SAlut,

Mais lors de la décohérence pourquoi un état est choisi (le chat devient soit mort ou vivant et les autres états disparaissent) plus qu'un autre ? hasard ? déterminisme?

Notons qu'en mécanique quantique les états sont décrits par des bases d'états (comme pour les vecteurs, mais pas besoin de ça ici). Par exemple supposons que j'aie une particule qui eput se trouver éventuellement en x ou en y.
Alors deux états possibles sont |x> (notation deDirac, bien pratique) = elle est en x et pas ailleurs. Et |y> = elle est en y et pas ailleurs.

Un état superposé possible est : |x> + |y> (la particule est en x et pas ailleurs ET(au sens quantique) en y et pas ailleurs".

Mais on peut choisir une autre base :
|a> = |x>+|y>
|b> = |x>-|y>

Dans cette base ce sont les états en x et en y qui sont des états superposés (des états de base |a> et |b>).

Il se fait que la théorie (quantique) est indépendante du choix de base. C'est un pur choix pratique. x et y ne sont pas plus spéciaux que a et b.

Maintenant la décohérence. Celle-ci due aux interactions avec l'environnement va avoir essentiellement deux effets, si l'on considère l'état du système seul (en ignorant les détails de l'environnement, techniquement on prend une "trace partielle").
1) Elle sélectionne une base privilégiée. En général c'est la base position à l'échelle macroscopique (on trouve une chaise en position x ou y, jamais en x et y à la fois), ceci étant dû au fait que les interactions dépendent typiquement de la distance (la plus importante à notre échelle est l'interaction électromagnétique qui est aussi celle qui est à la base de la structure des atomes, de la chimie, des forces de contact....) et celle-ci est une force d'interaction qui diminue avec le carré de la distance. A l'échelle mésoscopique c'est souvent la base énergie (comme les états d'un atome) ou même certaines bases mixtes.
2) Dans cette base les états se comportent non plus comme des superpositions quantiques mais comme un mélange statistique : x ou y mais on sait pas le quel.
Ces états sont "robustes" (dans le sens peu influencé par l'environnement, on peut suivre un objet des yeux, la chaise ne saute pas mystérieusement de x en y, le résultat de mesures noté sur papier reste disponible dans disparaitre tout aussi mystérieusement )

Mais ce (2) n'est qu'une apparence (dans toute mesure on serait incapable de faire la différence) dû à la "trace partielle", au fait qu'on ignore l'environnement. Pour le système complet on va bel et bien avoir une superposition quantique et donc lors de la mesure de l'aléatoire quantique. Et là on rejoint le message de Pio2001 et aussi les interprétations (philosophie ou tout au moins ontologie) de la mécanique quantique.

Notons que la décohérence ce n'est pas de l'interprétation, mais une théorie et des résultats expérimentaux. En fait elle n'ajoute aucune hypothèse et il serait plus juste de dire que c'est une application directe de la mécanique quantique à une situation complexe (système + appareil de mesure + environnement composé de milliards de particules)

Notons enfin que cette base privilégiée est vraiment particulière à notre échelle. On pourrait parfaitement fabriquer un appareil ne mesurant pas les positions x et y mais un état superposé, a et b ci-dessus. Mais l'appareil ne fonctionnerait pas bien à notre échelle à cause de la décohérence. Je m'étais amusé à examiner ça (théoriquement) avec les sucres L et D, de la lumière polarisée linéairement ou circulairement pour trier les molécules dans un état superposé C = L + D. Raté, en une fraction de seconde on obtient juste un mélange de L et de D. Bohr avait supposé que c'est les appareils de mesure qui fixent les états mesurés alors qu'en fait c'est la décohérence qui dit quels appareils marchent (mais Bohr ne connaissait pas la décohérence, et il n'aurait pas pu, la théorie ne date que d'une quarantaine d'années et Serge Haroche a même eut le prix Nobel pour l'avoir étudié expérimentalement avec ses "chats quantiques" (des photons)).

[jacquolintégrateur]

Bonjour
La physique classique n'est pas entièrement déterministe: Il existe de nombreux exemples de systèmes dont l'évolution s'avère sensible aux conditions initiales, au point d'entraîner des instabilités qui interdisent toute prévision au delà d'un certain temps: équilibre d'une poutre sur un polygone de sustentation de dimensions nettement plus réduites que la longueur, poussée d'un objet roulant appliquée en arrière du centre de gravité et d'autres cas aussi usuels. Instabilités dynamiques de systèmes élastiques (le "fluter" de voilures d'avion) , etc, etc. On en retrouve dans le mouvement même de certains corps du système solaire: caractère chaotique de l'orbite de Pluton, problème des trois corps...
Rappelons, qu'en informatique, on définit, ainsi, le Hasard Absolu: une suite infini est dite "absolument aléatoire" si le plus petit programme permettant de l'écrire est aussi long que la suite (ainsi, les décimales de Pi ne forment pas une suite absolument aléatoire.(Information, Complexité et Hasard. Jean Paul Delahaye. Hermes 1994)
Cordialement

[Deedee81]

La physique classique n'est pas entièrement déterministe [....]

bien vu. Oui, en effet, tout dépend de ce qu'on entend par "déterministe".

Notons que la sensibilité aux conditions initiales s'appelle le "chaos déterministe". C'est presque un oxymore

Des explications générales et assez abordables ici
: https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%...mes_dynamiques
https://fr.wikipedia.org/wiki/Sensib...ions_initiales
https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_du_chaos
https://fr.wikipedia.org/wiki/Nombres_de_Feigenbaum

Et pour les masochistes
https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%..._de_Charkovski

[Pio2001]

Le hasard absolu en informatique n'a rien à voir avec le hasard absolu en mécanique quantique (appelé hasard quantique ou indéterminisme), qui est lui-même très différent du hasard en physique classique.

Physique classique : phénomène obéissant aux lois de la physique, mais imprévisible en pratique
Physique quantique : phénomène n'obéissant à aucune loi physique (d'autres interprétations bizarres sont possibles)
Informatique : ne concerne pas les phénomènes, mais les suites de nombres

[Deedee81]

Le hasard absolu en informatique n'a rien à voir avec le hasard absolu en mécanique quantique (appelé hasard quantique ou indéterminisme), qui est lui-même très différent du hasard en physique classique.

Physique classique : phénomène obéissant aux lois de la physique, mais imprévisible en pratique
Physique quantique : phénomène n'obéissant à aucune loi physique (d'autres interprétations bizarres sont possibles)
Informatique : ne concerne pas les phénomènes, mais les suites de nombres

C'est tout de même intéressant de le noter car ça montre bien que la notion de hasard est multiforme.
Il existe d'ailleurs des ponts (via la complexité qui est elle-même assez multiforme) mais si on s'engage là dedans on n'est pas sorti

[coussin]

C'est pour chipoter mais les systèmes classiques chaotiques sont dits déterministes. Il n'y a aucun termes stochastiques dans leur équation d'évolution, ce sont juste des équations hautement non-linéaires. Ça rejoint le message #21 de Deedee.

[Deedee81]

C'est pour chipoter

Larotere va y perdre son latin

[coussin]

Le hasard absolu en informatique n'a rien à voir avec le hasard absolu en mécanique quantique (appelé hasard quantique ou indéterminisme), qui est lui-même très différent du hasard en physique classique.

Certaines implémentation de générateur de nombres aléatoires se basent sur le bruit de Johnson-Nyquist dans les tensions fournies au CPU ou autres composants électroniques.

[Deedee81]

Certaines implémentation de générateur de nombres aléatoires se basent sur le bruit de Johnson-Nyquist dans les tensions fournies au CPU ou autres composants électroniques.

Oui mais ce n'est pas pour ça que le hasard tel qu'on en parle en mécanique quantique est le même que le hasard dans le suites numériques. Enfin, bon, y a des points communs bien sûr.

[larotere]

Pour moi , le chaos est déterministe mais imprédictible. Au passage , j'ai une dernière question : est ce qu'un système auto-organisé peut se créer ou évoluer de façon indéterministe ?
Merci pou les réponses

[Sethy]

Pour moi , le chaos est déterministe mais imprédictible. Au passage , j'ai une dernière question : est ce qu'un système auto-organisé peut se créer ou évoluer de façon indéterministe ?
Merci pou les réponses

Je sens que ma réponse va être modérée mais un système auto-organisé, ce ne sont deux atomes dans une molécule. Donc on change totalement d'échelle pour arriver de plein pied dans les systèmes complexes.

Et dans ce cas, ma réponse est incontestablement oui. Le meilleur exemple : nos défenses immunitaires.

[Deedee81]

Salut,

Le meilleur exemple : nos défenses immunitaires.

Ah très bon exemple ça !

D'une manière générale même la régulation des gènes est en partie aléatoire (*), ça se voit dans les mosaïques d'activation dans des tissus embryonaires. Et c'est logique : les différentes enzymes se liant à l'ADN se déplacent au hasard et se fixent .... quand elles sont au rendez-vous.

Les croissantes cristallines sont aussi assez jolies avec la diffusion aléatoire des atomes donnant des interfaces de croissance fractales.

Jaime beaucoup aussi les phénomènes critiques, c'est-à-dire les situations observées dans les transitions de phase du second ordre. Et le groupe de renormalisation en physique quantique montre justement que les particules/champs quantiques fonctionnent dans ce mode là. Dans ces phénomènes on a aussi une structure fractale en en partie ordonnée et en partie aléatoire, ce qui s'observe bien dans les "ilots" de spins alignés dans le ferromagnétisme, dont la répartition est là aussi fractale.

(*) Et c'est là la clef : "en partie" aléatoire
- Pour un système strictement déterministe, les possibilités peuvent être assez limitées. En partant du début il ne peut que donner que la même chose encore et encore.
- Pour un système totalement aléatoire, c'est le chaos (pas au sens chaos déterministe, mais chaos pur et dur), le bordel intégral.
- La complexité, la richesse, la vie.... se situe quelque part entre les deux