La décohérence est-elle "observer-dependent"

[Husserliana]

Bonjour à tous,

J'ai le sentiment que cette question a déjà été traitée sur ce forum, quoique jamais frontalement. Désolé si je suis redondant !

Je lis que la suppression des interférences, la fixation d'une base privilégiée, et finalement, l'émergence d'un monde "classique" -- ou plus exactement, de son apparence -- sont assurées par la décohérence, sans que celle-ci nécessite d'introduire quelque chose comme un observateur conscient. Ainsi, si la lune occupe -- nous apparaît occuper -- une position bien précise, c'est parce que le soleil la "regarde" (j'emprunte cet exemple à P. Ball) ; c'est parce que des myriades de photons interrargissent avec ses particules à elles, occasionnant la dilution de leurs superpositions dans tout cet environnement. Tous les états de position (ceux des particules lunaires, des photons, etc...) s'intriquent de façon à former un gros ensemble (et en droit toujours plus vaste, l'intrication se répandant comme une trainee de poudre), qu'encode la matrice densité.
Dès lors il devient très rapidement impossible de suivre à la trace le devenir de la superposition initiale -- celle des particules lunaires. Le sous-système qu'est la lune (ou l'ensemble de ses particules) se comporte comme un mélange statistique*, de fait de cette "fuite" de l'information. Si bien que tout se passe comme si notre astre occupait un état (une position) bien déterminé... même si nous ignorons lequel, tant qu'une observation n'a pas été faite (ce n'est cependant qu'une simple ignorance statistique ; A ou B, mais point A+B).

*Certes, ce comportement n'est qu'approximatif, la diagonalisation n'étant jamais complète. M'enfin en pratique, c'est tout comme.

Déjà, dites moi si je trompe. J'ai conscience que c'est plus que succinct.

Ma question est alors la suivante : le fait d'une telle position, bien déterminée, n'est-il pas tributaire de nos capacités perceptives, techniques et cognitives ?

Car prise globalement, la matrice encode toujours des états superposés et intriqués. Ce n'est jamais que sa reduction qui laisse envisager notre système à la maniere d'un mélange statistique. Mais c'est bien que nous ignorons, volontairement, les etats de l'environnement, pour ne regarder que la sous-ensemble.
Certes, "volontairement" est de trop ; en pratique, nous n'avons pas le choix.

Imaginons cependant que nous ayons à disposition un appareil de mesure suffisamment puissant pour détecter des interférences macroscopiques. Il faudrait bien sûr, faire porter l'expérience sur l'objet (mettons le coussin. C'est moins que la lune, mais ça comporte déjà bcp de degrés de liberté !) ET son environnement immédiat (plus il y a de degrés de liberté dans un système, plus riche et plus véloce est son intrication au réservoir). Sans doute l'appareil en question serait-il plus gros que l'univers tout entier (cf Roland Omnès, 94). Mais l'univers serait-il (bien) plus vaste, la chose serait-elle envisageable ?
Bon déjà je flirt avec la philosophie, alors je conclus :

Serions-nous des démons de Laplace, nous serait-il permis, en droit, d'observer des effets de superpositions macroscopiques ?

Et qu'au fond, le programme de la décohérence ne prétende pas expliquer autre chose que l'apparence de classicalité à notre échelle ; cela ne signifie-t-il pas qu'elle dépend de nous, en l'occurrence, des limitations internes à nos facultés (ainsi que de la finitude de l'univers)? De la décohérence, me semble-t-il, ne résulte pas la destruction pure et simple des superpositions/intrications quantiques ; mais simplement notre incapacité à les observer.

Merci d'avance
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[f6bes]

Qui quà compris ?....
..Je passe !!
Bonne soirée

[jiherve]

bonsoir
depuis que la philosophie existe les hommes se sont toujours posé cette question sans pour autant recourir à la MQ:
Le monde que je vois est il celui que tu vois!
JR

[f6bes]

Salut Jiherve, Mais on est dans le forum...Physique ! Je crois que je viens de prendre un sacré coup de vieux !
( C'est peut etr normal aprés tout !)
Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

Serions-nous des démons de Laplace, nous serait-il permis, en droit, d'observer des effets de superpositions macroscopiques ?

Oui, mais à une condition : que nous puissions fabriquer une boîte à chat de Schrödinger parfaite. On verrait les effets de superposition macroscopique au moment d'ouvrir le couvercle.

Sans cela, le problème est que nous sommes une partie de l'environnement, et que souvent (typiquement dans une expérience EPR avec test de Bell, comme l'expérience d'Aspect), un état quantique donné s'intrique avec une superposition d'environnements, donc avec une superposition de deux versions de nous-mêmes.

Là les interprétations divergent, selon qu'on considère qu'une telle superposition existe ou pas.

Et qu'au fond, le programme de la décohérence ne prétende pas expliquer autre chose que l'apparence de classicalité à notre échelle ; cela ne signifie-t-il pas qu'elle dépend de nous, en l'occurrence, des limitations internes à nos facultés (ainsi que de la finitude de l'univers)? De la décohérence, me semble-t-il, ne résulte pas la destruction pure et simple des superpositions/intrications quantiques ; mais simplement notre incapacité à les observer.

Question assez compliquée.
Je crois, mais je peux me tromper, que ce raisonnement devrait être vrai dans les mondes multiples. Par contre, si on suppose qu'il existe un seul observateur, sans autres copies de lui-même qui pensent différemment, alors pour lui, la décohérence est un phénomène objectif qui ne dépend pas de ses capacités d'observation.

J'espère ne pas avoir tout mélangé.

[Pio2001]

Mouais, après avoir laissé passer la nuit, je crois que j'ai tout faux.
En réalité, la décohérence est objective, même pour un démon omniscient.

Voici mon raisonnement :
Prenons une particule qui est envoyée vers deux fentes. Avant la mesure, tous les trajets sont possibles (fente A, fente B, et même s'écraser comme une mouche entre les deux fentes), ainsi que toutes les combinaisons linéaires (les "sommes quantiques") de ces trajectoires : les deux fentes en même temps, un peu plus l'une un peu plus l'autre etc.

On peut choisir de mesurer par quelle fente passe la particule : on met un détecteur derrière chaque fente. On a deux résultats possibles : fente A ou fente B.
Après la mesure, l'état de la particule est réduit vers l'une de ces deux trajectoires possibles.

On peut aussi choisir de mesurer où la particule va frapper l'écran derrière les deux fentes. On a toute une panoplie de résultats possibles, chacun correspondant à une différence de longueur de trajet entre la fente A et la fente B, susceptible de se traduire par des interférences destructrices ou constructrices.

Mais on ne peut pas faire les deux mesures à la fois. On mesure soit la fente, soit la position sur l'écran. Si on connaît l'un, l'autre est indéterminé.

A présent, qu'est-ce qu'une interférence entre des états quantiques ? C'est le fait qu'à un point d'impact sur l'écran correspond deux trajets possibles. La particule a deux chemins qui s'offrent à elle, et ces deux chemins interfèrent.

Qu'est-ce que la décohérence ? Prenons la mesure de la fente par laquelle est passée la particule. Je pense qu'avant la mesure, on a une matrice densité 2x2 exprimée dans la base d'états propres {fente A; fente B}.
Je pense que le fait que la particule puisse être détectée en A ou en B se traduit par deux termes diagonaux non nuls, et que le fait que, tant qu'on n'a pas fait la mesure, les deux chemins puissent encore interférer, se traduit par deux termes anti-diagonaux non nuls (avant la mesure).

Après la mesure, la matrice densité est réduite à trois termes nuls et un non nul sur la diagonale : le terme FenteA-FenteA, ou le terme FenteB-FenteB.

La décohérence, c'est lorsque les termes non diagonaux deviennent nuls en raison d'une interaction avec l'environnement. Et ta question est "est-que cela dépend de l'observateur" ?

A mon avis la réponse est non, car il y a intrication avec des objets qui n'interfèrent pas entre eux, ou pas de la même façon, que les particules entre elles : un détecteur en A avec la lampe allumée et un détecteur en B avec la lampe allumée, lorsqu'on fait la somme quantique des deux, cela ne donne pas une absence de détecteurs derrière les fentes et la présence d'un écran avec un impact. Cela donne juste un détecteur en A "somme vectorielle" un détecteur en B.
L'interférence entre les deux chemins est donc objectivement brisée. Les termes diagonaux sont devenus nuls à cause d'une interaction avec l'environnement, qui consiste à stopper le trajet des particules au niveau des fentes.


Si au lieu de l'expérience des fentes on considère une mesure de spin 1/2, l'explication est encore plus nette : un spin gauche et un spin droit interfèrent pour donner un spin haut, par exemple. C'est un changement de base mathématiquement direct dans l'espace vectoriel des états de spin 1/2.
Or un appareil de mesure de spin vertical avec la lampe "haut" allumée n'est pas la somme quantique d'un appareil de mesure de spin horizontal avec la lampe gauche allumée et avec la lampe droite allumée.
Là, c'est plus clair que ce n'est pas une question de point de vue, car les atomes de l'appareil de mesure occupent des position différentes, et chaque position est un vecteur de base de l'espace des états de position. Or, par définition, tous les vecteurs d'une base sont orthogonaux entre eux. C'est-à-dire qu'il est impossible que l'un soit la somme de deux autres, même pour un démon.

La coup de grâce (je l'espère, sinon, j'ai l'air malin) : lorsque la particule de spin 1/2 interagit avec les détecteurs, les interférences entre états propres de plusieurs bases de spin 1/2 disparaissent parce que le spin du détecteur n'est pas lui-même égal à 1/2.
Un spin 1/2, c'est un moment cinétique égal à hbar/2. Il est clair que le moment cinétique total du détecteur a une valeur plus grande que hbar/2 en joules-secondes (une joule-seconde, c'est un kilogramme-mètre carré par seconde).


En conclusion, pour moi, faire intervenir l'environnement dans le système casse un grand nombre d'interférences quantiques (décohérence, intrication avec une base privilégiée), non pas parce que l'information se dilue, mais parce que l'environnement n'a pas les mêmes propriétés que les particules (pas la même énergie, pas le même spin, pas la même position, pas les mêmes degrés de liberté...).

[Husserliana]

Bonsoir Pio2001,
Merci pour ces deux réponses (auxquelles je réponds bien tard, pardon). Je dois dire que la première me convenait bien davantage... mais force est de reconnaître que le développement sur la particule de spin demi-entier est franchement convaincant. Merci donc, pour cet exemple qui remit (et remet toujours, je ne m'en sors pas !) en chantier ma modeste compréhension du phénomène de décohérence...
Néanmoins, je serais curieux de savoir ce que d'autres en pensent (Deedee à tout hasard...)

[Deedee81]

Salut,

Néanmoins, je serais curieux de savoir ce que d'autres en pensent (Deedee à tout hasard...)

Hé bé oui mais j'étais en congé

Mon avis :
- La décohérence peut se définir sans faire appel à un observateur. Tout ce qu'on doit avoir c'est un système physique et un environnement. Et on décrit le système seul en utilisant la matrice de densité réduite. Etc.....
- Il peut y avoir des difficultés pour définir les sous-systèmes (qu'appelle-t-on environnement). Mais généralement il n'y a pas de soucis.
- Evidemment il faut un observateur final pour faire un constat. Après tout la science est faites par les humains pour les humains Et est-ce que cela peut faire une différence ? Pas vraiment. On peut imaginer un observateur particulier capable de mesure avec tout le détail voulu beaucoup plus que le système : donc en incluant une part de l'environnement. Mais si ce n'est qu'une partie, ça ne changerait pas grand chose en fait. Et si c'était une grande partie (voire tout l'environnement nécessaire, ça fait beaucoup de données à mesurer !) ça ne me parait pas réaliste, d'autant qu'une telle mesure ferait tout péter comme disait Ralph la casse. Une interaction forte (pour la précision) avec toutes les particules du système et de l'environnement, ça ferait un sacré "boum" si je puis dire (*).

L'explication de Pio est plus technique et est vraiment bien, et rejoint le raisonnement : "sans faire appel à un observateur" que je suggérais.

(*) exemple. Pour avoir suffisamment de précision, disons qu'il utlise des photons gammas (ou autre : électrons, etc.... mais dans tous les cas il faut une longueur d'onde très courte). Et il envoie un tel photon sur chacune de tes particules (je te prend comme exemple d'environnement ) : noyaux, électrons. Ca fait des milliards de milliards de milliards de photons gammas. Ce serait comme regarder de près plusieurs milliards d'explosion nucléaire. Tu ne serais pas grillé mais vaporisé (et encore je suis gentil en disant ça).

[curiossss]

Bonjour,

On peut aussi considérer tout simplement que nous somme issus d'une évolution d'organismes qui ont évolué en tirant parti de leur environnement,
et qu'à un certain moment de l'évolution certains ont exploité une photosensibilité de leur épiderme,
que cela ait consisté un avantage pour cet organisme vivant et que des générations successives aient développé cet avantage par le simple fait que leur descendance avait plus de chances de survie (plus de chances de pouvoir se reproduire à leur tour),
que des sélections successives aient transformé cette zone en organe hautement spécialisé qu'on appelle un oeil,
et que cet oeil ait permis aux cerveaux primitifs de se câbler pour analyser l'environnement,
et que bien plus tard l'espèce homo sapiens sapiens (doublement sapiens, excusez du peu, les fleurs n'étaient pas chères) utilise ces organes pour comprendre l'univers dans lequel il évolue,
et enfin parmi ces sapiens sapiens il y en a qui se demandent si leurs yeux avec leur cervelle donnent un sens à l'univers qu'ils regardent.

Et les marmottes...

[Deedee81]

Excuse-moi curiosss, mais quel rapport avec la décohérence ?????

[curiossss]

Rapport avec l'Observateur

[Deedee81]

Rapport avec l'Observateur

ouais bon, mais tu pousses un peu. On observerait comme des aveugles avec les mains.... ca ne changerait pas grand chose. La décohérence resterait "observateur indepedent"

[curiossss]

La décohérence est la façon que la théorie a de rendre les calculs exacts.
Prendre les théories au pied de la lettre me parait dangereux. Ce ne sont que des constructions mathématiques qui permettent de précalculer le résultat de mesures qui n'ont pas encore été faites. Elles ont le droit de faire intervenir des fées si cela leur permet de calculer juste. Mais il n'y a aucune garantie que ces fées aient une correspondance physique...

Ma réaction épidermique est la conséquence de beaucoup de discours mettant en avant le rôle de l'observateur, que je trouve nombrilistes.
Après on peut faire le même discours en ne parlant plus d'observateur mais d'interaction, mais il perd alors tout son sens.

[Deedee81]

A là oui je suis d'accord.

Mais tu aurais dû être plus explicite car là ça tombait un peu comme un cheveu dans la soupe.

Et bien entendu j'insiste sur le fait que la décohérence peut se formuler sans recours à un observateur. Il n'y a donc pas de soucis ou de fées. Idem pour les robustesses d'états décohérés ou pour les bases privilégiées. Pas besoin d'un observateur.

C'est une pure application de la MQ (avec comme ingrédient supplémentaire, le choix des sous-systèmes et les matrices de densité réduite, mais ce n'est pas arbitraire).

[Deedee81]

la décohérence peut se formuler sans recours à un observateur

Et quand on inclut l'appareil de mesure macroscopique dans le schéma d'analyse (appareil au sens large) on parle d'états pointeurs (par référence aux aiguilles des appareils de mesure je crois) et pas d'état de conscience (heureusement d'ailleurs, il y aurait un risque de confusion de l'interprétation de la MQ parlant de réduction par la conscience, interprétation peu appréciée de la plupart des physiciens à cause de son caractère quelque peu métaphysique ou en tout cas peu justifié (tiens il y a justement un sujet là-dessus, qui n'a pas reçu de réponse).

[Nicophil]

Salut,

(heureusement d'ailleurs, il y aurait un risque de confusion de l'interprétation de la MQ parlant de réduction par la conscience, interprétation peu appréciée de la plupart des physiciens à cause de son caractère quelque peu métaphysique ou en tout cas peu justifié (tiens il y a justement un sujet là-dessus, qui n'a pas reçu de réponse).

La réduction est-elle "observer-dependent" ?

[Deedee81]

SAlut,

La réduction est-elle "observer-dependent" ?

La réduction faisant partie des interprétations la réponse est : ça dépend des interprétations !!!!

- Interprétations sans réduction (Bohm, états relatifs, mondes multiples, etc...) la question ne se pose pas
- Interprétation avec réduction physique : c'est indépendant
- interprétation de Copenhague, interprétation relationnelle : c'est dépendant (la rédiction étant juste une mise à jour des connaissances, cette connaissance étant encodée dans la fonction d'onde, et chacun peut avoir des connaissances différentes)