La philosophie de la nature Le monde quantique et le monde macroscopique (ch. 18)

1. La philosophie de la natureLe monde quantique et le monde macroscopique (ch. 18) Michael Esfeld Université de Lausanne Michael-Andreas.Esfeld@unil.ch

2. Erwin Schrödinger (1887-1961) • équation de Schrödinger qui décrit l’évolution des états des systèmes quantiques

3. J. von Neumann : Fondements mathéma-tiques de la mécanique quantique (1932) deux différents types d’évolution des états : • l’évolution selon l’équation de Schrödinger : déterministe intrications d’états • postulat de réduction de l’état lors d’une mesure : non déterministe dissout les intrications complètement ad hoc; pas de différence physique entre mesure et autres interactions

4. Tim Maudlin (1995)Le problème de la mesure A La fonction d’onde d’un système est complète, c’est-à-dire elle spécifie toutes les propriétés du système. B La fonction d’onde évolue toujours selon une équation dynamique linéaire (p. ex. l’équation de Schrödinger). C La mesure d’une propriété d’un système, p. ex. la mesure du spin d’un électron, aboutit toujours à un résultat déterminé: à la fin de la mesure, l’appareil est soit dans l’état d’indiquer spin plus (et non moins), soit dans l’état d’indiquer spin moins (et non plus).

5. Le problème de la mesure • Si l’on applique l’équation de Schrödinger à un processus de mesure, on obtient une description selon laquelle les états de tous les systèmes concernés, y compris l’appareil de mesure, sont intriqués. • Une mesure mène à un résultat numérique défini.

6. Le chat de Schrödinger (1935)

7. La théorie de la décohérence • Les intrications persistent. • Ils sont inaccessibles à des observateurs locaux.

8. La théorie de la décohérence • ne résout pas le problème de la mesure • ne résout pas la question de l’irreversibilité • Existe-t-il des états de systèmes physiques qui satisfont le principe de séparabilité, possédant des valeurs numériques définies ? Si oui, comment la dissolution des intrications quantiques s’effectue-t-elle, la décohérence n’étant pas suffisante ? • Ou bien tous les systèmes physiques sont-ils soumis aux intrications quantiques, la décohérence expliquant pourquoi le monde nous apparaît comme s’il y avait des systèmes possédant des valeurs numériques définies de leurs propriétés ?

9. Les intrications universelles etperpétuelles (Everett 1957) • dynamique de Schrödinger comme la seule dynamique des systèmes quantiques • La théorie quantique montre que des valeurs numériques définies n’existent pas. • Les intrications d’états sont universelles. • Le chat de Schrödinger n’est jamais mort.

10. Les intrications universelles etperpétuelles • décohérence explique pourquoi les intrications d’états ne sont pas accessibles à un observateur local • Tous les états possibles de tous les systèmes physiques existent en fait dans des branches différentes de l’univers qui ne communiquent pas entre elles. • Tous les systèmes physiques et leurs propriétés sont infiniment dupliqués, infinité de branches de l’univers. Mais: Pourquoi les branches de l’univers sont-elles créées uniquement dans une direction du temps? • Toutes les théories et toutes les descriptions du monde à part la théorie quantique sont fausses.

11. La réduction d’états • dynamique de Schrödinger : pas la dynamique complète des systèmes quantiques • une seule dynamique qui inclut la réduction des états quantiques et la dissolution des intrications • Des systèmes quantiques possèdent réellement des états séparés et des valeurs numériques définies de certaines propriétés.

12. Ghirardi, Rimini & Weber (1986) • localisation spontanée : ajouter à l’équation de Schrödinger un terme qui indique pour un système quantique isolé une probabilité très faible d’adopter spontanément une valeur définie de la position. • système macroscopique composé de beaucoup de systèmes quantiques : grande probabilité qu’un des systèmes quantiques adopte spontanément une valeur définie de la position • Penrose : gravitation mène à la réduction des états

13. La réduction d’états • l’intrication d’états fondamental • les cas d’états séparés sont à reconstruire sur la base des intrications • La réduction d’état d’un seul système n’est possible qu’à condition que les états de tous les systèmes qui sont touchés par la chaîne d’intrication en question sont réduits. • L’intrication universel caractérise notamment l’état – ou l’époque – primordial de l’univers. • Processus de réduction base pour le développement des systèmes complexes (molécules, organismes, êtres humains) ; processus irréversible (direction du temps)

14. Les expériences de Bell • Un processus de mesure sur l’un des deux systèmes modifie immédiatement l’état du système total. • Cette interaction locale est significative pour les probabilités de résultats de mesures sur l’autre système. Mais ce n’est pas une modification locale dans l’autre système. • Néanmoins, question ouverte de savoir comment comprendre concrètement le processus de réduction d’état & dissolution des intrications. Comment ce processus peut-il être cohérent avec la théorie de la relativité (pas de référentiel privilégié) ?

15. Le problème de la mesure • pas de position intermédiaire • Si les intrications sont universelles au niveau des systèmes quantiques microscopiques, elles sont universelles et perpétuelles tout court. • S’il n’y a pas de superpositions et intrications au niveau des systèmes macroscopiques, il y a également des réductions d’états au niveau microscopique des systèmes quantiques.

16. Le déterminisme et l’indéterminisme • équation de Schrödinger : déterministe • Si la dynamique du type Schrödinger est la seule dynamique des systèmes quantiques, la théorie quantique est déterministe.

17. L’indéterminisme quantique • dynamique de Schrödinger pas l’unique dynamique des systèmes quantiques autre dynamique conduisant à de réelles réductions d’états • Cette autre dynamique introduit l’indéterminisme.