Inégalités de Bell & expériences d'Alain Aspect

[curiossss]

Bonjour

Je pensais comme probablement la majorité d'entre vous avoir bien compris et assimilé les Inégalités de Bell et l'expérience d'Alain Aspect.

Mais il a suffit que je m'éloigne suffisamment longtemps du sujet pour me poser à nouveau des questions.

Résumons :
Lorsque deux particules corrélées sont émises, la théorie dit qu'elles sont toutes les deux dans une superposition de tous les états possibles (par exemple les états de polarisation).
Et que lorsqu'on mesure la polarisation de l'une d'entre elles alors l'état de l'autre est instantanément fixé, quelque soit la distance qui sépare les deux particules. Donc pour la seconde particule il n'y a plus de superposition d'états.

Premier étonnement : ah bon ? Alors la superposition de tous les états possibles n'est plus une obligation pour toute particule à tout instant ?

Continuons :
Les expériences de Alain Aspect prouveraient qu'il n'y a pas de variables cachées et que la MQ a raison.

Deuxième étonnement : Considérons qu'au moment de la création de la paire de particules l'une ait par exemple une polarisation Haut et l'autre une polarisation Bas (*). On ne peut connaitre la polarisation des particules qu'en les mesurant. On mesure la polarisation de la particule A et il s'avère qu'elle est par exemple Bas. Alors il est normal que l'autre ait une polarisation Haut et c'est ce qu'on trouvera lorsqu'on la mesurera. Jusque là il n'y a rien d'étonnant. Sauf que la MQ dit qu'avant toute mesure les deux particules sont dans un état de superposition de tous les états de polarisation possibles.
==> alors l'expérience d'Alain Aspect dit ceci : si c'est vrai que les deux particules corrélées sont dans un état de superposition de tous les états possibles avant la première mesure alors il n'y a pas de variable locale cachée comme le dit la MQ.
Sinon (si elles ne sont pas dans un état de superposition), les états des deux particules sont déterminés dès le départ et alors il n'y a aucune surprise à ce que les mesures respectives trouvent deux états opposés.
Bien sûr ceci implique la remise en question de la superposition des états de la MQ ce qui n'est pas en discussion ici. L'idée c'est qu'en toute logique les expériences d'Alain Aspect ne prouvent qu'une chose : si la théorie est juste alors elle est juste. Ce qui n'apporte rien au débat n'est-ce pas ? Et dans ce cas les expériences d'Alain Aspect, ne prouveraient rien.

Où est-ce que je me trompe si je me trompe ? (je m'attends à une tornade de protestations, mais ce sera avec plaisir, car je veux juste éliminer ce doute de ma pensée).

PS : (je n'ai, volontairement, pas évoqué le fait que les expérience de détection ne fonctionnent pas à 100% contrairement à ce qu'exigent les inégalités de Bell, et qu'on ne comptabilise pas dans les statistiques les cas de non-détection car on ne connait pas leur nombre, ce qui peut introduire un biais dans l'interprétation des résultats des expériences. J'ai donc ignoré cette objection pour me placer dans le cas le plus favorable à l'acceptation des expériences de Alain Aspect et ne pas m'éloigner de la conclusion que je veux vous exposer ici pour débat : que les expériences d'Alain Aspect ne valident pas la Mécanique quantique, mais disent simplement que si elle est juste, alors elle est juste.)

(*) (fixées dès le départ ou bien variant suivant une loi périodique dépendant du temps mais avec une polarisation initiale opposée pour les deux particules de telle sorte que les polarisations des deux particules soient toujours opposées à tout instant)
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[curiossss]

Correctif :
(*) (fixées dès le départ)

[ArchoZaure]

Bonjour.

Sinon (si elles ne sont pas dans un état de superposition), les états des deux particules sont déterminés dès le départ et alors il n'y a aucune surprise à ce que les mesures respectives trouvent deux états opposés.

Le truc, si j'ai bien compris, c'est que les particules ne peuvent avoir été déterminées dès le départ puisqu'elles n'ont pas d'état propre.
C'est l'interaction entre l'appareil de mesure et l'objet mesuré qui détermine l'état de la particule, qui en attendant une interaction (appareil de mesure ou autre) est dans un état indéterminé.
Comme on le dit autrement : On ne peut pas observer sans influer sur l'état final.

En vertu du principe de superposition, la particule en question peut aussi bien être mise (ou se trouver) dans l’état (a + b). Quel sera, dans ce cas, le résultat d’une mesure faite sur le système ? On pourrait de prime abord considérer que l’état (a + b) est un mélange ou une coexistence des états a et b. Dès lors, une mesure faite sur la particule donnerait un résultat nul, c’est-à-dire égal à la moyenne de ce que l’on obtient lorsque la particule est dans l’état a (en l’occurrence +1) et de ce que l’on obtient lorsqu’elle est dans l’état b (en l’occurrence -1). Mais cette conclusion hâtive se révèle fausse : la superposition de deux états n’a rien d’un mélange de ces deux états. La physique quantique dit simplement que si l’on fait la mesure sur une particule dans l’état (a + b), alors on a une chance sur deux d’obtenir le résultat +1, et une chance sur deux d’obtenir le résultat -1. La physique quantique n’offre donc rien de mieux que des probabilités. D’une façon générale, elle indique seulement que si l’on fait tel ou tel type de mesure, on aura telle ou telle probabilité d’obtenir tel ou tel résultat. Mais, tant que la mesure n’est pas faite, la grandeur censée quantifier la propriété physique dont il est question n’est pas strictement définie, du moins si le vecteur d’état de la particule est la somme de plusieurs états. 12Juste avant la mesure, la particule était représentée par son vecteur d’état (a + b). Si la mesure donne comme résultat +1, alors il faut admettre que, aussitôt après cette mesure, le vecteur d’état de la particule est devenu a, ce qui veut dire que, dès lors, la valeur de sa propriété interne est bien définie. La superposition quantique a donc été détruite par l’opération de mesure. La représentation mathématique de la particule a été modifiée : d’une somme de deux termes (a + b), elle est passée à un seul terme (en l’occurrence a). La mesure a en quelque sorte obligé le vecteur d’état à perdre l’un de ses termes. On dit qu’il y a eu « réduction du paquet d’ondes ». Cette règle simple établit une liaison entre l’espace abstrait, où évoluent les vecteurs d’état, et l’espace physique ordinaire, où l’on observe les phénomènes.


13Si c’est l’autre alternative qui se réalise, c’est-à-dire si le résultat de la mesure est -1, alors le vecteur d’état de la particule aussitôt après la mesure est b. Là encore, il y aura eu réduction du paquet d’onde. Le vecteur d’état d’avant la mesure permet donc de connaître a priori les différents résultats de mesure possibles (et aussi la probabilité de chacun d’eux). Il renferme toutes les potentialités du système, dont une seule s’actualise — de façon aléatoire ! — lors d’une expérience donnée. Le déterminisme classique doit, en l’occurrence, être abandonné.


14Si c’est le résultat +1 qui est obtenu, correspondant au vecteur d’état a, la tentation est grande — et même irrésistible — d’imaginer que le vecteur d’état était déjà a dès avant la mesure, celle-ci n’ayant fait que révéler une situation déjà existante ou enregistrer un état de fait. Mais si l’on se forme une telle image des choses, on tombe sur des contradictions qui se sont révélées indépassables [5][5]Pour en savoir plus, voir Etienne Klein, La Physique quantique,…. En conséquence, on ne peut plus affirmer que la particule que l’on détecte dans un état donné se trouvait déjà dans cet état juste avant la mesure, et donc qu’elle possédait la propriété mesurée indépendamment de l’opération de mesure. Il faut admettre que, lorsqu’une particule est représentée par le vecteur d’état (a + b), ses propriétés physiques sont indéterminées dans la mesure où l’on ne peut pas leur attribuer une valeur bien définie qui soit certaine. Le vecteur d’état d’avant la mesure contient seulement toutes les possibilités du système, sans donner davantage que la probabilité que telle ou telle valeur soit sélectionnée au hasard. Dès lors, comment parler des particules comme de « choses en soi » s’il faut faire des mesures sur elles pour que leurs propriétés soient bien définies ? A-t-on encore le droit de leur attribuer une réalité physique autonome, indépendante de l’instrument d’observation ? Le problème de la mesure en physique quantique incite à s’interroger à propos de ce que l’on entend au juste par réalité.

https://www.cairn.info/revue-etudes-2001-5-page-629.htm

[Nicophil]

Bonsoir,

Premier étonnement : ah bon ? Alors la superposition de tous les états possibles n'est plus une obligation pour toute particule à tout instant ?

Bah non, pas juste après une mesure.

Et que lorsqu'on mesure la polarisation de l'une d'entre elles alors l'état de l'autre est instantanément fixé, quelle que soit la distance qui sépare les deux particules.

réduit

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Les expériences de Alain Aspect prouveraient qu'il n'y a pas de variables cachées et que la MQ a raison.
L'idée c'est qu'en toute logique les expériences d'Alain Aspect ne prouvent qu'une chose : si la théorie est juste alors elle est juste. Ce qui n'apporte rien au débat n'est-ce pas ?
Et dans ce cas les expériences d'Alain Aspect, ne prouveraient rien.

Dans l'esprit de Popper, on pourrait dire qu'EPR ont proposé une réfutation, que Bell a traduit en inégalité que les expériences d'Aspect ont bien vérifiées.

[Archi3]

ce n'est pas du tout "la superposition de tous les états de polarisation possibles", l'état intriqué singulet est UN état pur à deux particules, il exclut les états de polarisation triplet où les deux particules auraient le même spin : c'est précisément ça qui permet de déduire en mesurant le spin d'une particule que l'autre a le spin opposé). Dire "la superposition de tous les états de polarisation possibles" est une très mauvaise façon de décrire un état pur.
En revanche un état pur intriqué à deux particules correspond à une incertitude totale sur le spin d'une particule en particulier, mais ce n'est pas une superposition cohérente de tous les états à une particule, qui n'est pas définie mathématiquement (toute superposition cohérente d'état de spin à une particule reste un état pur, où le spin sur une direction de l'espace a une valeur définie, car tous les états pur de spin sont des états propres sur une des directions de l'espace). C'est une distribution de probabilité classique isotrope, ce qu'on appelle une matrice densité, qui est plus compliquée qu'un état pur (c'est l'équivalent d'une lumière non polarisée, qui est un mélange statistique de polarisations , alors qu'une onde électromagnétique cohérente est toujours polarisée elliptiquement).

A te lire, je n'ai pas l'impression que tu aies jamais " bien compris et assimilé les Inégalités de Bell et l'expérience d'Alain Aspect"....

[Nicophil]

c'est précisément ça qui permet de déduire en mesurant le spin d'une particule que l'autre a le spin opposé

Oui, mesurer le spin te permet de réduire instantanément l'état de spin.

[Archi3]

plus précisément, c'est la réduction d'une matrice densité à un état pur (ce n'est pas une projection d'un état pur sur un autre état pur comme le décrit la théorie standard sur des mesures sur une particule).

On n'interagit pas avec la particule dont on projette l'état, mais avec une particule qui lui est intriquée.

[curiossss]

En conséquence, on ne peut plus affirmer que la particule que l’on détecte dans un état donné se trouvait déjà dans cet état juste avant la mesure, et donc qu’elle possédait la propriété mesurée indépendamment de l’opération de mesure. Il faut admettre que, lorsqu’une particule est représentée par le vecteur d’état (a + b), ses propriétés physiques sont indéterminées dans la mesure où l’on ne peut pas leur attribuer une valeur bien définie qui soit certaine. Le vecteur d’état d’avant la mesure contient seulement toutes les possibilités du système, sans donner davantage que la probabilité que telle ou telle valeur soit sélectionnée au hasard. Dès lors, comment parler des particules comme de « choses en soi » s’il faut faire des mesures sur elles pour que leurs propriétés soient bien définies ? A-t-on encore le droit de leur attribuer une réalité physique autonome, indépendante de l’instrument d’observation ? Le problème de la mesure en physique quantique incite à s’interroger à propos de ce que l’on entend au juste par réalité.

Je ne peux pas résister à faire un parallèle, tellement d'actualité. Allez, 5mn récréatives ?

On étudie les groupes de touristes qui débarquent sur un site touristique.
On fait des statistiques et on constate que les touristes sont composés en moyenne de 51% de femmes et 49% d'hommes.
Mais lorsqu'on analyse le sexe d'un individu alors il est soit masculin, soit féminin (avec quelques doutes sur un petit pourcentage).
C'est l'acte de mesurer qui définit le sexe de l'individu.
En conséquence, on ne peut plus affirmer que l'individu que l’on détecte dans un sexe donné se trouvait déjà dans cet état juste avant la mesure, et donc qu’il ou elle possédait la propriété mesurée indépendamment de l’opération de mesure. Il faut admettre que, lorsqu’un individu est représenté par le vecteur d’état (F + M), ses propriétés physiques sont indéterminées dans la mesure où l’on ne peut pas lui attribuer une valeur bien définie qui soit certaine.
Le vecteur d’état d’avant la mesure contient seulement toutes les possibilités du système, sans donner davantage que la probabilité que telle ou telle valeur soit sélectionnée au hasard. Dès lors, comment parler des individus comme de « choses en soi » s’il faut faire des mesures sur eux pour que leurs propriétés soient bien définies ? A-t-on encore le droit de leur attribuer une réalité physique autonome, indépendante de l’instrument d’observation ? Le problème de la mesure incite à s’interroger à propos de ce que l’on entend au juste par réalité.

[La Limule]

Ce dont la mécanique quantique affirme que son état peut exister en superposition ici, c'est l'état créé au milieu de de Bob et Alice
c'est un etat avec 2 comme nombre d'occuparion et un un moment angulaire total nul , de meme que son impulsion totale
cet etat peut etre détecté par deux impacts (un pour Bob et un autre pour Alice) mais aussi par un couple de détecteurs situé sur un axe perpendiculaire a l'axe Bob-Alice
Ce "bi-etat" permet des interférneces . contrairement aux fentes de Young du coté de Bob ou il n'y aura pas de franges visibles.

[curiossss]

Je suis bien d'accord. Tout ça c'est pour expliquer les mesures observées, avec des concepts tombés du ciel qu'on ne sait pas expliquer pourquoi c'est comme ça et pas autrement.
Donc pour l'instant je considère toutes les théories actuelles comme un ensemble de formules magiques qui ont au moins le mérite de fonctionner (calculer) à défaut d'expliquer.
C'est mieux que la magie du moyen âge qui elle ne fonctionnait même pas !

[Sethy]

Je suis bien d'accord. Tout ça c'est pour expliquer les mesures observées, avec des concepts tombés du ciel qu'on ne sait pas expliquer pourquoi c'est comme ça et pas autrement.
Donc pour l'instant je considère toutes les théories actuelles comme un ensemble de formules magiques qui ont au moins le mérite de fonctionner (calculer) à défaut d'expliquer.
C'est mieux que la magie du moyen âge qui elle ne fonctionnait même pas !

Cite-moi une seule théorie pour laquelle les formules et concepts ne sont pas "tombés du ciel" ?

Regarde un bébé jouer avec une balle. Il a besoin d'un temps d'apprentissage pour anticiper sa trajectoire. Ce qui nous parait "naturel" lorsque finalement on étudie la physique, n'a rien de naturel en fait.

Tu peux t'inventer une frontière entre ce que tu acceptes et ce que tu n'acceptes pas. Mais tu ne pourras jamais la justifier. Les théories sont conservées car elles produisent résultats (et surtout) prédictions.

[Deedee81]

Salut,

De toute façon, ça suit la "méthode" :

Données expérimentales => mathématisation => prédictions => validations expérimentales (ou réfutation ou souvent aussi délimitation du domaine de validité)
Et la physique mathématique passe par là, par exemple pour obtenir une formulation plus élégante ou une formulation axiomatique.
Et comme c'est aussi un processus souvent long et par à coup et aller-retour. Et si en plus c'est une théorie sur un monde peu intuitif (car très éloigné du quotidien).
Alors ça donne une théorie dont on a l'impression que "ça tombe du ciel". Ca l'est en partie, forcément, c'est des constructions humaines pour les humains et leurs besoins. Mais ça ne veut pas dire du toute "non justifié" ou "miraculeux".

Et tout bon cours de mécanique quantique passent au moins leurs premiers chapitres à justifier par les résultats expérimentaux pourquoi et comment on formule la théorie comme ça.
Un bon exemple est le livre Quantum Mechanic de Schiff, Feynman aussi encore mieux (même s'il utilise des expériences de pensée mais le justifie en disant que des expériences réelles ont été menées mais moins pédagogiques car souvent beaucoup plus complexes et qui justifient les résultats "de pensée").

Donc, curiosss, c'est quand même sacrément faux de dire "on ne sait pas expliquer pourquoi c'est comme ça". Bien entendu, vu la complexité et le caractère peu intuitif de la théorie, il est difficile de le justifier dans un forum. Mais dans tout bon cours....

Bien sûr ça s'applique aussi aux autres théories. Ce n'est pas parce que la physique est souvent très matheuse et difficile qu'il faut raconter n'importe quoi.

[curiossss]

Cite-moi une seule théorie pour laquelle les formules et concepts ne sont pas "tombés du ciel" ?

Regarde un bébé jouer avec une balle. Il a besoin d'un temps d'apprentissage pour anticiper sa trajectoire. Ce qui nous parait "naturel" lorsque finalement on étudie la physique, n'a rien de naturel en fait.

Tu peux t'inventer une frontière entre ce que tu acceptes et ce que tu n'acceptes pas. Mais tu ne pourras jamais la justifier. Les théories sont conservées car elles produisent résultats (et surtout) prédictions.

La plus acceptable serait la théorie qui se contenterait de très peu de 'tombés du ciel' pour expliquer l'intégralité des observations. On est loin du compte. On est clairement en train de mettre en équation des effets et non pas les causes primaires, si je peux m'exprimer ainsi, d'où émergerait la réalité qu'on sait mesurer.
Ce n'est pas nécessairement impossible qu'on réussisse à tout comprendre un jour, avec une théorie où tout se déduirait mathématiquement des quelques causes primaires (tombées du ciel) en très petit nombre.

Mais bon, je ne suis pas ici pour donner des leçons, les conseilleurs ne sont pas les faiseurs, et la critique est facile.

[coussin]

Les expériences d'Aspect ne font que confirmer que la MQ fonctionne comme il se doit. Or, les postulats "tombés du ciel" de la MQ sont peu nombreux et très simples. Il me semble difficile de faire mieux...
Dans ces histoires d'EPR, on y a malheureusement mis des notions philosophiques (réalité, localité, etc) et on essaie de concilier les résultats des expériences avec notre sens commun. Si on s'en tient au "shut up and calculate", y a pas grand chose à dire de ces expériences.

[Nicophil]

on y a malheureusement mis des notions philosophiques (réalité, localité, etc)

Faut quand même pas exagérer, le principe de localité est un principe de Physique !

[coussin]

Faut quand même pas exagérer, le principe de localité est un principe de Physique !

Il existe un principe physique de localité qui est associé à la fameuse "action at a distance". Mais ce dont on discute dans le contexte EPR est la réduction de la fonction d'onde qui, elle, est non locale. Le fait de savoir si cette réduction est "réelle", ce qui mènerait à une "spooky action", fait débat.

Étrange coïncidence mais justement Sabine Hossenfelder vient de publier une vidéo sur le sujet : https://youtu.be/hpkgPJo_z6Y

[curiossss]

Hahaha ! Oui belle coïncidence que cette vidéo de Sabine postée juste après mon post !
Sabine dit à la minute 22:14 quelque-chose que j'ai déjà relevé plusieurs fois dans mes interventions dans ce forum : les humains préfèrent les théories 'bizarres' aux théories 'simplement logiques', un indécrottable goût pour le mysticisme je suppose... Je l'ai même mis récemment dans ma signature. (La théorie d'Everett en est pour moi le parfait exemple)

Pour en revenir à notre discussion, je pense souvent à cette vidéo que vous devez tous connaitre où l'on voit un ensemble de métronomes sur une table se mettre rapidement à unisson (rapidité exponentielle) (bien entendu il y a échange d'énergies avec le milieu, ici la table sur laquelle ils sont posés). Je vois dans cet exemple qu'un métronome individuel n'est pas indépendant de son environnement. Je suppose que si la table était assez longue, avec une centaine de métronomes d'un côté et un seul à l'autre bout de la table, lui aussi se synchroniserait.
De là à envisager que tout le dispositif expérimental est synchronisé de telle façon qu'on a l'illusion d'une superposition d'états... il n'y a qu'un pas que j'aime bien franchir pour voir ce qu'il y a de l'autre côté.

[Sethy]

Sabine dit à la minute 22:14 quelque-chose que j'ai déjà relevé plusieurs fois dans mes interventions dans ce forum : les humains préfèrent les théories 'bizarres' aux théories 'simplement logiques', un indécrottable goût pour le mysticisme je suppose

Quel est le but de cette discussion ? Nous vendre du mysticisme à la place de la physique ? Si c'est ça, je te le dit : je n'achète pas.

Plus fondamentalement, ce que tu écris dans cette discussion (me ?) donne à penser qu'au fond tu rejettes la physique dans son ensemble. Qu'à la limite, les gens fassent leurs marchés sur les idées les plus avancées de la physique, pourquoi pas. Mais si on remet en cause les bases communément acceptées par les physiciens, alors fait-on encore de la physique ?

[Deedee81]

Bonjour,

J'aurais dû en effet lire plus attentivement le début de la discussion.

Je vois là surtout une incompréhension de la mécanique quantique (ce qui n'est pas étonnant, c'est une théorie difficile).
Plus ennuyant, il y a aussi clairement une incompréhension de la manière dont se fait la physique. pourtant des explications ont été données.
Et peut-être une confusion entre les attitudes des profanes (et donc de la vulgarisation) et les attitudes des scientifiques (en tout cas je doute que ce soit Sabine Hossenfelder qui ait fait cette confusion, je n'ai pas eut le temps de regarder la vidéo).

Le tout agrémenté de quelques remarques un peu sarcastiques.

Donc, curiosss, si tu veux apprendre la MQ pour comprendre "ce qu'elle dit", c'est de bon aloi. Mais alors étudie là, éventuellement en demandant des aides pour tel ou tel passage/exercice...
Mais là le ton, autant que les remises en causes et la manière de le formuler : ça ne va pas.

Donc on arrête. Il faut revoir (entièrement) ta copie.

Merci;