Physique quantique: "Observateur" un terme trompeur?

[Rony]

Bonjour.

Je suis de ceux qui n'ont pas fait d'étude de science, comme beaucoup je m'y intéresse simplement, ça fait partie des discussions que je partage avec mes amis ou mes collègues les plus curieux. La physique quantique peut faire partie des sujets abordés, l'expérience des fentes de Young étant l'entrée principale dans ce monde contre-intuitif. D'ailleurs toute tentative de vulgarisation sur le sujet quantique débute par la présentation de l'expérience de fentes de Young.

En discutant autour de moi j'ai récemment réalisé à quel point le terme "observateur" avait trompé toute une génération de curieux. Car pour beaucoup, le terme "observateur" induit une notion de conscience.
Et c'est d'ailleurs la façon dont on m'avait présenté cette expérience la première fois (il y a des décennies), une étudiante m'expliquant que la nature réagissait différemment lorsqu'elle se savait observée.

Au contraire, j'ai vu des yeux s'ouvrir quand certains ont compris qu'ils pouvaient remplacer le mot "observateur" par "détecteur". La réduction du paquet d'onde se produisant lors de l'interaction avec l'objet, les implications sont très différentes et moins ésotériques.

Je me suis demandé si il n'y avait pas une nuance de traduction, "observer" étant peut-être plus factuel en anglais ou allemand qu'en français. Je n'en ai pas trouvé trace.

Bref, je voulais simplement évoquer le sujet ici. Même si on parle de simple vulgarisation, j'ai l'impression que des gens ont perdu plusieurs années parce qu'ils comprenaient mal le terme "observateur", c'est dommage.
Faut-il bannir le terme "observateur" des livres et des vidéos sur le sujet? Vous en pensez quelque chose?
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[coussin]

J'imagine, mais je ne sais pas, que le terme "observateur" a été utilisé à cause des observables.
Je note aussi que ça n'est pas si prédominant dans la littérature anglaise : on rencontre beaucoup moins le terme "observer" dans les textes anglais, à part dans les vieux textes.

Donc, oui : en MQ le mot observateur a un sens bien précis. C'est "le truc" capable de mesurer une observable, en d'autres termes un détecteur tout bêtement.

[GBo]

Très bonne observation du primo-posteur, car le terme "observateur" en physique quantique peut non seulement induire en erreur mais c'est aussi le point de départ de théories pseudoscientifiques (qui elles sont volontairement fausses en profitant de l'ambiguité).

[pm42]

Donc, oui : en MQ le mot observateur a un sens bien précis. C'est "le truc" capable de mesurer une observable, en d'autres termes un détecteur tout bêtement.

Question naïve : quand la fonction d'onde s'effondre t'elle ? Ou plus précisément, à partir de quel moment quelque chose est "un détecteur" ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[ThM55]

L'effondrement de la fonction d'onde intervient dans l'interprétation orthodoxe de la mécanique quantique (dite aussi "de Copenhague"). Ce qui est particulier, on oublie souvent de le dire, c'est qu'elle attribue un statut fondamental à la mécanique classique. C'est important de le comprendre car on oublie parfois que Bohr, Heisenberg, Born, etc ont introduit là une totale rupture épistémologique avec le passé de la physique théorique. C'est ce qui est expliqué très clairement par exemple dans le fameux traité de Landau et Lifchitz, parangon de l'interprétation orthodoxe, dont voici une citation (volume 3, chapitre 1):

D'ordinaire, une théorie plus générale peut être formulée de manière logiquement fermée indépendamment d'une théorie moins générale qui en est un cas limite. Ainsi, la mécanique relativiste peut être érigée sur ses principes fondamentaux sans faire appel à la mécanique newtonienne. Quant à la formulation des principes fondamentaux de la mécanique quantique, elle est foncièrement impossible sans l'intervention de la mécanique classique (... ) Si un électron entre en interaction avec un "être classique" alors l'état de ce dernier change en général. (...) Ceci étant, l'"être classique" est appelé ordinairement "appareil", et on parle de son processus d'interaction avec l'électron comme d'une "mesure".

C'est moi qui ai souligné le passage sur l'impossibilité foncière, car c'est assez violent. Il faut bien comprendre le caractère très radical et original de ce point de vue. Il explique pourquoi quand ses étudiants parlaient de la "réalité" à Heisenberg, celui-ci disait que la réalité était dehors, avec le ciel, les arbres, les oiseaux et pas dans les atomes. Je trouve cela fou de la part d'un physicien et Einstein avait ces idées en horreur. De plus cette interprétation décrit l'effet sur l'appareil comme stochastique (soumis à la règle de Born) et irréversible (non décrit par l'équation de Schrödinger ou l'évolution unitaire). L'effondrement de la fonction d'onde proprement dite signifie que la mesure remet l'électron dans un état qui est déterminé par le résultat de la mesure. Cependant, ce n'est pas toujours le cas parce que la mesure peut être destructive. On ne doit donc pas le considérer comme un postulat de la MQ, mais plutôt comme une description de certains processus particuliers.

Cette interprétation a été contestée de manière sérieuse mais seulement beaucoup plus tard. D'abord comme on le sait, dès 1927-1935 par Einstein et Schrödinger (avec son chat! d'où la question du comment de la mesure), mais cela les a marginalisés. Tous les fondateurs, j'ai cité Heisenberg, Bohr, Born, il y a aussi eu Dirac, Fermi, Bethe, Oppenheimer, Feynman, Wheeler, Landau, Von Neumann... ont adopté le point de vue orthodoxe et ne l'ont pas trop questionné, ou alors sans trop insister. Feynman était conscient de la difficulté mais conseillait à ses étudiants de rester à distance de ces questions, et plutôt de calculer pour ne pas nuire à leur carrière de chercheurs.

Mais cela a changé avec Bohm, Everett et Bell (avec les corrélations à distance).

Bohm a développé une idée que de Broglie avait déjà envisagée, avec des "variables cachées", les positions des particules, et un "potentiel quantique" non local qui guide ces positions. La mesure se résume à un effet direct des particules localisées. Cette théorie évite le problème de la mesure mais en crée d'autres.

Dans sa thèse, Everett avait l'intention de rompre avec le primat de la mécanique classique tel qu'il est décrit dans le traité de Landau et de décrire tous les processus sans exception par la mécanique quantique, de faire de celle-ci une théorie unifiée qui représente réellement la "réalité". Mais comme Feynman l'avait remarqué, cela impliquait l'existence de "mondes multiples" où les "mesures" donnent des résultats divers.

Il y a ensuite eu la création de modèles qui tentent de décrire le processus de mesure de manière moins dogmatique, en partant d'ailleurs d'idées décrites par Von Neumann dans son traité mathématique sur la MQ. Le plus connu est celui de Girardi-Rimini-Weber (GRW), qui suppose un effondrement aléatoire de la fonction d'onde, dans l'espace et dans le temps, selon une loi de Poisson. Ils doivent pour cela introduire des constantes de la nature, le paramètre de la loi de Poisson et une distance de localisation. Un autre exemple de modèle d'effondrement est celui de Penrose: il suppose un effondrement dû à la gravité: dès que l'interaction est susceptible de créer au moins un graviton ou une certaine courbure, il y a effondrement. Ces deux modèles sont falsifiables en principe, ils prédisent des effets incompatibles avec la mécanique quantique standard. Voir Wikipedia: https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%...i-Rimini-Weber , https://fr.wikipedia.org/wiki/Interp...ion_de_Penrose .

Je ne prends pas position, je ne fais qu'essayer de relater le plus clairement possible ce que j'ai lu ailleurs.

[pm42]

C'est intéressant et j'ai lu pas mal de trucs sur le sujet au fil des années mais pas forcément tout compris et beaucoup oublié.
Mais si on remplace le chat par un humain pour simplifier, il est observateur. Mais de l'extérieur de la boite, on n'a pas observé ?

[ThM55]

C'est justement pour répondre à ce genre de questions que des modèles de l'effondrement comme GRW ont été créés.

Si on remonte à Schrödinger et son chat, exemple bien connu qui maintenant est intégré dans la pop-culture, et si on l'interprète de manière orthodoxe comme Landau et Lifchitz le présentent dans leur cours, il n'y a pas vraiment de problème: le chat est considéré comme un "instrument de mesure" (remarquons que L&L évitent le terme d'observateur et le remplacent par "appareil"!). Cela vient même avant: c'est le détecteur Geiger, avec son amplificateur causant le bris de la capsule de poison, qui est l'appareil classique. A aucun moment l'appareil classique n'est en superposition selon cette interprétation. Evidemment, le problème est qu'on ne donne aucun critère pour identifier où se trouve la frontière quantique/classique et c'est sur cette ambiguïté que Schrödinger jouait. Mais dans l'optique de Landau&Lifchitz, ce n'est pas pertinent ni intéressant: il disent par ailleurs que le but de la mécanique quantique est de calculer les résultats de mesures futures connaissant les résultats des mesures passées. Pour le physicien dans son labo, c'est clair: en faisant l'expérience, quand il ouvre la boîte, il verra le chat mort ou vivant et tout cela se passera en conformité avec les lois de la MQ. S'il n'est pas intéressé par la métaphysique, il peut dormir sur ses deux oreilles. C'est une position assez confortable et finalement assez astucieuse. Elle est injustement décriée à mon avis.

Une position que j'aime assez et qui est assez proche est celle de l'interprétation de la fonction d'onde comme décrivant non pas un système précis unique mais un ensemble de systèmes qui sont préparés par le même procédé macroscopique. Einstein avait adopté cette interprétation mais il la faisait dépendre de présupposés réalistes: pour lui la variabilité statistique résultait du manque de contrôle de paramètres microscopiques réels mais inconnus lors de la préparation du système, exactement comme en thermodynamique statistique. On sait que cette idée de réaliste a été mise à mal par les expériences de Bell, Clauser, Zeilinger et Aspect. Cependant, même si on ignore ce présupposé réaliste, on peut continuer à admettre une interprétation de ce type. Et dans ce cas également l'expérience du chat de Schrödinger devient triviale à interpréter; la fonction d'onde ne décrit pas l'unique noyau radioactif dans la chambre, elle ne décrit qu'un ensemble de noyaux et il faut penser l'expérience comme concernant un ensemble de boîtes avec noyau, détecteur, poison et chat (en insistant sur le côté fictif pour ne pas alerter la SPA!). Dans ce cas il n'y a nul besoin d'un effondrement de la fonction d'onde, le noyau émet effectivement la particule alpha à un instant donné, simplement le processus microscopique n'est pas décrit, soit parce qu'on l'ignore, soit parce qu'il ne peut l'être. Le physicien Leslie Ballentine, auteur d'un cours de mécanique quantique, est un avocat de cette interprétation. Il la justifie notamment par l'effet Zénon quantique (absence de désintégration quand on répète une mesure fréquemment, ce qui a été vérifié expérimentalement).

[ordage]

Bonjour
Que penser de l'interprétation de Wigner qui considère que (si j'ai compris) c'est quand un humain prend connaissance du résultat d'une mesure quantique,qu'elle acquière un caractère physique.
Cordialement

[coussin]

Un article Wikipedia sur ce sujet : https://en.wikipedia.org/wiki/Consci...auses_collapse
Interprétation extrêmement marginale. Rejetée par Wigner lui-même en fin de compte.

[Rony]

Merci pour vos réponses.

GBo: «c’est aussi le point de départ de théories pseudoscientifiques (qui elles sont volontairement fausses en profitant de l’ambiguïté)»

- Oui, même si je n’avais pas développé cet aspect, c’est exactement ça.

Coussin:«Donc, oui : en MQ le mot observateur a un sens bien précis. C'est "le truc" capable de mesurer une observable, en d'autres termes un détecteur.»
- Merci, il y a donc bien une incompréhension linguistique, tu m’étonnes que les gens ne comprennent pas si il faut un traducteur.
Ton point sur la littérature anglaise est intéressant à mettre en perspective… cela voudrait dire que cette fausse idée se propage surtout chez les francophones..



Coussin: «Un article Wikipedia sur ce sujet :https://en.wikipedia.org/wiki/Consci...auses_collapse»
- Encore très intéressant, merci, c’est très instructif d’un point de vue historique. J’ai aussi beaucoup de mal avec l’idée d’une conscience «créatrice» qui me paraît très anthropocentrée et digne d’une vieille époque.