Décohérence

[cobra-san]

Salut à tous,
N'étant pas un expert ni en physique quantique ni fort en mathématique, veuillez m'excuser d'avance si ma question n'est pas intéressante ou si elle est idiote, mais c'est le seul forum sur lequel j'ai des réponses et des réponses intelligentes en plus.

Donc, voici ma question: le mécanisme de décohérence peut il avoir un lien avec la gravitation, ou encore ce qu'on appelle la gravitation n'est elle pas un effet de la décohérence quantique ?

- dans l'expérience des fentes de Young, l'observation des particules a pour effet l'effondrement de la fonction d'onde probabilité ( si j'ai bien compris c'est cela la décohérence ) , ce qui a pour effet de produire un panneau final où seulement les deux fentes apparaissent; au lieu d'un panneau aux multiples franges habituelles: comme si la décohérence avait fait "graviter" les particules émises autour des deux fentes seulement ( bien que cette "gravitation" n'a rien à voir avec la vraie).

Ceci dit je voulais savoir si un lien était possible entre gravitation et décohérence.

Merci pour votre réponse, qui doit tenir compte du fait, comme je l'ai annoncé, que je ne suis pas spécialiste.

[bongo]

Donc, voici ma question: le mécanisme de décohérence peut il avoir un lien avec la gravitation, ou encore ce qu'on appelle la gravitation n'est elle pas un effet de la décohérence quantique ?

Roger Penrose a essayé d'expliquer le phénomène de décohérence quantique à partir de la gravitation. Si tu lis l'anglais, il y a des liens :
http://en.wikipedia.org/wiki/Penrose_interpretation
Mais ça reste hypothétique. La piste : décohérence engendre la gravitation n'est pas explorée aujourd'hui.

- dans l'expérience des fentes de Young, l'observation des particules a pour effet l'effondrement de la fonction d'onde probabilité ( si j'ai bien compris c'est cela la décohérence ) , ce qui a pour effet de produire un panneau final où seulement les deux fentes apparaissent;

Parce qu'on les observe pour savoir par quelle fente elles sont passées.

au lieu d'un panneau aux multiples franges habituelles: comme si la décohérence avait fait "graviter" les particules émises autour des deux fentes seulement ( bien que cette "gravitation" n'a rien à voir avec la vraie).

Quand on émet des particules, la fonction d'onde décrivant la position de ces particules est non nulles et diffracte au niveau des deux fentes. Cela génère deux fonctions d'onde cohérentes, qui interfèrent sur l'écran. Le fait d'observer par quel trou passe la particule, cela fait s'effondrer l'une des fonctions d'onde (puisque l'on sait par quel trou est passé la particule), donc il n'y a plus d'interférence possible. Je ne vois pas trop ce qu'il y a à voir avec la gravitation.

Il y a décohérence quantique à partir du moment où une particule interagit avec une autre particule. La gravitation n'est rien d'autre qu'une interaction.
Quand une particule interagit avec un détecteur macroscopique, étant donné que le détecteur est macroscopique, il ne peut être dans un état de superposition quantique. Il y a toute une théorie sur la décohérence.
http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9coh ... _quantique

Ceci dit je voulais savoir si un lien était possible entre gravitation et décohérence.

Merci pour votre réponse, qui doit tenir compte du fait, comme je l'ai annoncé, que je ne suis pas spécialiste.

Le lien n'est pas évident aujourd'hui.

[cobra-san]

Merci bongo, pour votre réponse, votre gentillesse et votre effort pédagogique pour mettre un peu de lumière chez quelqu'un comme moi qui maîtrise mal les concepts de la mécanique quantique et qui donc pose mal les questions.

Mon idée avec les fentes de young était l'idée qu'avec la décohérence se produit une sorte " d'attraction" au niveau des deux fentes. Cette "attraction" liée à l'observation m'a fait penser à la gravitation. Mais c'est peut être mal mélangé ces deux concepts, en utilisant comme exemple cette expérience.

Donc si j'ai bien compris, Roger Penrose (on parle bien de celui qui travaillait avec Stephen Hawking), a cherché à mettre en évidence le lien inverse; à savoir que cela serait la gravitation qui entrainerait le mécanisme de décohérence.
Comme vous l'écrivez "la piste : décohérence engendre la gravitation n'est pas explorée aujourd'hui".

Le problème pour moi, est la manière dont s'exerce la gravitation au niveau des particules, qui si j'ai bien compris serait dérisoire, et se ferait au moyen d'une particule inobservée le graviton ( qui devrait lui même avoir son propre graviton). Je trouve cela trop confus. En effet, de deux choses l'une soit la gravitation est une force qui s'exerce de manière cohérente au niveau macroscopique et microscopique, soit c'est le monde des particules qui est à l'origine de la gravitation. Aussi, je me suis demandé si les phénomènes quantiques, n'auraient pas pour effets d'induire la gravitation sans faire intervenir l'action des gravitons, dont on a pas encore observé l'existence, je crois.

Cependant je vais m'intéresser plus en avant à la décohérence et à la réduction du paquet d'onde, qui m'a t-on expliqué ne veulent pas dire la même chose.

Merci encore pour votre gentillesse et pour les liens que vous m'avez indiqués, je vais approfondir mon enquête.

cobra-san

EDIT:

Re, bongo,

Lorsque vous écrivez "Il y a décohérence quantique à partir du moment où une particule interagit avec une autre particule. La gravitation n'est rien d'autre qu'une interaction.", allez-vous dans mon sens ?
Pourriez-vous, en me consacrant encore un peu de temps et si vous le voulez bien ( vos réponses me sont précieuses), expliquer à un béotien, ce qui fait que la gravitation est une interaction ?
Pour allez jusqu'au bout de mon idée, j'ajouterai cette dernière question est ce qu'un type de décohérence ou de réduction du paquet d'onde, encore inconnu, pourrait entrainer le phénomène gravitationnel?
C'est à dire, que les effets des multiples interactions entre particules entraineraient le phénomène gravitationnel?

Nb: Voici ce que j'ai trouvé sur Penrose en français:
-"Une variante de la théorie de la décohérence est défendue notamment par les physiciens Roger Penrose, Rimini, Ghirardi et Weber.
Elle part de la constatation que la décohérence n'est démontrée à partir des lois quantiques que dans des cas précis, et en faisant des hypothèses simplificatrices et ayant une teneur arbitraire (histoires à « gros grains »). De plus, les lois quantiques étant fondamentalement linéaires, et la décohérence étant non linéaire par essence, obtenir la seconde à partir des premières paraît hautement suspect aux yeux de ces physiciens. Les lois quantiques ne seraient donc pas capable à elles seules d'expliquer la décohérence.

Ces auteurs introduisent donc des paramètres physiques supplémentaires dans les lois quantiques (action de la gravitation par exemple pour Penrose) pour expliquer la décohérence, qui se produit toujours indépendamment de la présence d'un observateur, ou même d'une mesure.

Cette théorie présente l'avantage par rapport à la précédente d'apporter une réponse claire et objective à la question « que se passe-t-il entre le niveau microscopique et le niveau macroscopique expliquant la décohérence ».
L'inconvénient est que ces paramètres supplémentaires, bien que compatibles avec les expériences connues, ne correspondent à aucune théorie complète et bien établie à ce jour."
-Question: Qu'est ce qu'une matrice de densité ?

Il y a donc une possibilité qu'il existe un décohérence indépendante de l'observation, et que la gravité pour Penrose y jouerait un rôle. Alors pourquoi cette décohérence indépendante de l'observation ne serait elle pas à l'origine du phénomène gravitationnel ?

Merci encore,
cobra-san.

[bongo]

Mon idée avec les fentes de young était l'idée qu'avec la décohérence se produit une sorte " d'attraction" au niveau des deux fentes. Cette "attraction" liée à l'observation m'a fait penser à la gravitation. Mais c'est peut être mal mélangé ces deux concepts, en utilisant comme exemple cette expérience.

On peut se tutoyer ;-)
Un autre contre-argumentaire si tu veux, est le fait que la gravitation est liée à la matière. Les fentes de Young représentent plutôt du vide, donc pas de gravitation. De plus à cet échelle, la gravitation de la terre est de loin la plus importante, donc qu’il y ait des trous ou non, ce n’est pas cela qui va changer sensiblement le champ de gravitation.

Donc si j'ai bien compris, Roger Penrose (on parle bien de celui qui travaillait avec Stephen Hawking), a cherché à mettre en évidence le lien inverse; à savoir que cela serait la gravitation qui entrainerait le mécanisme de décohérence.
Comme vous l'écrivez "la piste : décohérence engendre la gravitation n'est pas explorée aujourd'hui".

Oui c’est bien le même Penrose qui a travaillé avec Hawking.

Le problème pour moi, est la manière dont s'exerce la gravitation au niveau des particules, qui si j'ai bien compris serait dérisoire, et se ferait au moyen d'une particule inobservée le graviton ( qui devrait lui même avoir son propre graviton).

Pas tout à fait.
La gravitation est l’une des 4 interactions fondamentales, que je te rappelle :
- La gravitation responsable du maintien des corps sur terre, de la révolution de la lune autour de la terre, de la terre autour du soleil, de la cohésion de la galaxie
- L’électromagnétisme, responsable des forces électrostatiques, du magnétisme, et de la lumière ; sans oublier toute la chimie
- L’interaction nucléaire forte responsable de la cohésion du noyau atomique malgré la répulsion électrostatiques des protons maintenus dans un volume restreint
- L’interaction nucléaire faible responsable de la radioactivité béta
Chaque interaction se manifeste par l’échange d’un quantum, c’est-à-dire une particule d’échange qui est un boson (particule de spin entier dans les unités de la constante de Planck réduite). Aujourd’hui en théorie quantique des champs, les bosons échangés sont :
- Le photon pour l’électromagnétisme
- Les bosons intermédiaires pour l’interaction nucléaire faible
- Les gluons pour l’interaction nucléaire forte
Pour l’heure il existe aucune théorie de la gravitation quantique. De plus les enseignements de la relativité générale montrent que cette interaction est particulière, et liée à la géométrie de l’espace-temps. Cependant pour des champs très faibles (lorsque la courbure de l’espace-temps est négligeable), il est possible de considérer que le champ de gravitation se manifeste par l’échange d’une particule appelée le graviton.
Le graviton a la particularité de pouvoir interagir avec lui-même (un graviton qui est de l’énergie, donc source de gravitation peut émettre ou absorber un graviton, ce qui n’est pas le cas par exemple du photon, ce qui complique un peu plus les calculs).

Je trouve cela trop confus. En effet, de deux choses l'une soit la gravitation est une force qui s'exerce de manière cohérente au niveau macroscopique et microscopique, soit c'est le monde des particules qui est à l'origine de la gravitation.

Les deux cas ne sont pas antithétiques. Dans l’un c’est phénoménologique, on constate qu’il y a une force qui a telle et telle propriété, dans l’autre, on parle de réductionnisme, on comprend les phénomènes à l’échelle microscopique pour expliquer les phénomènes macroscopiques.

Aussi, je me suis demandé si les phénomènes quantiques, n'auraient pas pour effets d'induire la gravitation sans faire intervenir l'action des gravitons, dont on a pas encore observé l'existence, je crois.

Pour moi les gravitons seraient une manifestation quantique de la courbure de l’espace-temps en champ faible.

Je coupe la réponse en deux, sinon ça va faire trop trop long.
Suite à venir…

[bongo]

Lorsque vous écrivez "Il y a décohérence quantique à partir du moment où une particule interagit avec une autre particule. La gravitation n'est rien d'autre qu'une interaction.", allez-vous dans mon sens ?

Non pour les raisons expliquées plus haut. De plus il y a une certaine subtilité. On va partir de l’exemple du chat de Schrödinger.
On place donc un chat dans une boîte fermée, comportant un atome radioactif. Si cet atome se désintègre, la boîte est munie d’un dispositif cassant une fiole contenant un poison tuant instantanément le chat. L’on comprend bien que le sort du chat est lié à l’atome radioactif, s’il s’est désintégré, le chat est mort, sinon le chat est vivant. Il est impossible de prédire l’état de l’atome, il est dans une superposition d’état : atome désintégré, atome non désintégré ; de même le chat est dans une superposition d’état chat mort, chat vivant.

Imaginons que la boîte est muni d’un cadran indiquant l’état du chat. Dans ce cas, le cadrant est également dans un état affichage chat vivant, chat mort.
Imaginons que mon amie Sophie regarde le cadrant. Sophie sera dans une superposition d’état Sophie triste parce que le chat est mort, ou Sophie inquiète parce que le chat est vivant et ne sais pas si l’expérience se terminera avant que l’atome se désintègre.

C’est bien cela le paradoxe du chat de Schrödinger, c’est pourquoi toute une théorie a été développé afin que ce genre de situation n’arrive pas, et que l’on soit bien dans un état donné. A priori lorsqu’il y a une interaction, cela change quelque chose dans la phase de la fonction d’onde ? et empêche les interférences.

Pourriez-vous, en me consacrant encore un peu de temps et si vous le voulez bien ( vos réponses me sont précieuses), expliquer à un béotien, ce qui fait que la gravitation est une interaction ?

Selon la vision newtonienne de la gravitation, celle-ci est une interaction, il y a une force qui agit entre mon bras soulevant un poids, et la terre qui attire le tout vers le bas, c’est cela une interaction à distance.
Je ne complique pas le sujet, en parlant de la vision einsteinienne de la gravitation.

Pour allez jusqu'au bout de mon idée, j'ajouterai cette dernière question est ce qu'un type de décohérence ou de réduction du paquet d'onde, encore inconnu, pourrait entrainer le phénomène gravitationnel?
C'est à dire, que les effets des multiples interactions entre particules entraineraient le phénomène gravitationnel?

Non pas à ma connaissance.

Nb: Voici ce que j'ai trouvé sur Penrose en français:
-"Une variante de la théorie de la décohérence est défendue notamment par les physiciens Roger Penrose, Rimini, Ghirardi et Weber.
Elle part de la constatation que la décohérence n'est démontrée à partir des lois quantiques que dans des cas précis, et en faisant des hypothèses simplificatrices et ayant une teneur arbitraire (histoires à « gros grains »). De plus, les lois quantiques étant fondamentalement linéaires, et la décohérence étant non linéaire par essence, obtenir la seconde à partir des premières paraît hautement suspect aux yeux de ces physiciens. Les lois quantiques ne seraient donc pas capable à elles seules d'expliquer la décohérence.

Ces auteurs introduisent donc des paramètres physiques supplémentaires dans les lois quantiques (action de la gravitation par exemple pour Penrose) pour expliquer la décohérence, qui se produit toujours indépendamment de la présence d'un observateur, ou même d'une mesure.

Cette théorie présente l'avantage par rapport à la précédente d'apporter une réponse claire et objective à la question « que se passe-t-il entre le niveau microscopique et le niveau macroscopique expliquant la décohérence ».
L'inconvénient est que ces paramètres supplémentaires, bien que compatibles avec les expériences connues, ne correspondent à aucune théorie complète et bien établie à ce jour."
-Question: Qu'est ce qu'une matrice de densité ?

C’est un tableau de nombre permettant de calculer un opérateur de densité. Cet opérateur de densité permet de caractériser complètement l’état quantique d’un système, surtout si ce système est une superposition d’état de plusieurs états propres. Désolé c’est un peu technique comme réponse.

Il y a donc une possibilité qu'il existe un décohérence indépendante de l'observation

Ca reste hypothétique. Là on est en train d’explorer l’hypothèse de Penrose.

et que la gravité pour Penrose y jouerait un rôle. Alors pourquoi cette décohérence indépendante de l'observation ne serait elle pas à l'origine du phénomène gravitationnel ?

Parce que tu es en train de prendre le problème à l’envers. Penrose suppose que la conscience n’a rien à voir avec la décohérence, et que ce serait la gravitation qui en serait à l’origine. Toi tu dis que la décohérence serait à l’origine de la gravitation.
C’est comme si je te disais : l’origine de la fusion de la bougie provient de la chaleur émise par la flamme.
Et toi : l’origine de la chaleur émise par la flamme provient de la fusion de la bougie.
Là tu es en train de confondre cause et conséquence.

[cobra-san]

Salut, bongo
Je veux d'abord te souhaiter une très Bonne Année 2014; ainsi qu'à tous les membres du forum.

Merci, pour tes précisions. Je me rends compte combien ça doit être difficile de vulgariser les concepts quantiques pour les néophytes, étant donné leur complexité. C'est vraiment la passion qui doit t'animer.

Je posais mal le problème, je crois, car j'ignore les conséquences physiques et mathématiques de ces concepts. En conséquence, je les manipule maladroitement. C'est l'aspect philosophique et imaginatif qui m'interpelle d'abord, et, c'est la limite de mon approche.

Mais tu as pris le temps de répondre point par point à mes interrogations et de mettre de l'ordre dans mon esprit.
Il ne me reste plus qu'à "bosser" un peu tes réponses, cela va être d'autant plus facile que les choses sont plus claires.

Je vais "travailler" un peu tout cela et je reviendrai sûrement "t’embêter" bientôt.

Cordialement,
cobra-san