06/12/2007
Post haec ille catus quantumvis rusticus...
« Un être, c’est une foule, il s’en dégage des choses inanalysables. Il y a des éclaircies, certes, mais à certains moments, on ne distingue rien. » (Daudet)
Deux physiciens autrichiens – Johannes Kofler et Časlav Brukner – ont récemment proposé une nouvelle approche du célèbre paradoxe dit du « chat de Schrödinger », approche qui contredit le « macroréalisme ». Voici notre traduction de l'articulet de Ph. Ball qui la présente brièvement, paru dans la revue Nature.
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Le chat de Schrödinger entre dans le monde classique
Les particules qui composent le monde suivent les lois de la physique quantique, qui les autorise à se comporter de manière contre-intuitive comme, par exemple, être à plusieurs endroits ou dans différents états à la fois. Pourquoi, alors, n’observons-nous pas cette espèce de comportement bizarre dans le monde qui nous entoure ? L’explication communément avancée par les livres de physique consiste à dire que les effets quantiques ne se produisent qu’à de très petites échelles, et disparaissent à la nôtre.
Mais, selon deux physiciens autrichiens, il n’en est pas nécessairement ainsi. Ils prétendent que nous devrions à chaque instant faire l’expérience de l’étrangeté quantique – des balles qui ne suivent pas de trajectoires définies, ou des objets s’échappant par « effet tunnel » de leurs conteneurs scellés - à la condition expresse, toutefois, que nous ayons des pouvoirs de perception plus aigus.
Johannes Kofler et Časlav Brukner, de l’Université de Vienne et de l’Institute of Quantum Optics and Quantum Information, également à Vienne, affirment que l’émergence des lois « classiques » de la physique, telles que celles de Galilée et de Newton, déduites des lois quantiques, n’a pas lieu parce que les objets deviennent plus grand, mais plutôt en raison de la manière dont nous mesurons ces objets (1). Selon ces deux physiciens, si nous pouvions effectuer chaque mesure avec autant de précision que nous le voulions, le monde classique n’existerait pas du tout.
Le physicien autrichien Erwin Schrödinger a illustré d’une façon célèbre ce conflit apparent entre les descriptions quantiques et classiques du monde. Il imagina une situation dans laquelle un chat était enfermé dans une boîte avec une petite fiole de poison qui se briserait si telle particule quantique se trouvait dans un certain état, et resterait intact si elle était dans un autre.
La théorie quantique affirme qu’une telle particule peut exister sous la forme d’une superposition de deux états jusqu’à ce qu’elle soit observée, moment à partir duquel la superposition quantique « s’effondre » dans un état ou dans l’autre. Schrödinger remarqua que ceci signifie que le chat n’est ni mort ni vivant jusqu’à ce que quelqu’un ouvre la boîte pour regarder – conclusion apparemment absurde.
Les physiciens résolvent généralement ce paradoxe en invoquant un processus appelé « décohérence » : la destruction d’une superposition quantique dès lors que les particules interagissent avec leur environnement. Plus il y a de particules dans un système, plus il est difficile d’empêcher la décohérence. Ainsi, quelque part au sein du processus de couplage entre une seule particule et un objet macroscopique comme une fiole de poison, la décohérence se produit et la superposition est détruite. Ce qui implique que le chat de Schrödinger se trouve toujours sans ambiguïté dans un état « réaliste », soit mort soit vivant, et pas les deux à la fois.
Mais, selon Kofler et Brukner, ce n’est pas le cas. En effet, même si, en pratique, la décohérence a typiquement lieu, ils pensent que, en principe, elle n’est pas nécessaire.
Le sort du chat de Schrödinger est un exemple de ce qu’en 1985 les physiciens Anthony Legget et Anupam Garg ont appelé macroréalisme (2). Dans un monde macroréaliste, les objets sont toujours dans un état unique et il nous est possible d’en effectuer des mesures sans altérer cet état. Et notre monde quotidien semble obéir à ces lois. Selon le point de vue du macroréalisme, « les chats de Schrödinger ne sont pas autorisés », affirme Kofler.
Kofler et Brukner ont toutefois prouvé qu’un état quantique peut devenir aussi « grand » que l’on veut, et ce, sans avoir à se conformer au macroréalisme.
Les deux chercheurs considèrent un système apparenté à l’aiguille d’une boussole placée dans un champ magnétique. Dans notre monde classique, l’aiguille tourne avec un mouvement caractéristique qui peut être décrit par la physique classique. Mais dans le monde quantique, l’aiguille pourrait se trouver dans un état de superposition de différents alignements, et sauterait instantanément à un alignement particulier lorsque l’on tente d’effectuer la mesure.
Pourquoi alors ne voyons-nous pas de tels sauts quantiques ? Les chercheurs montrent que cela dépend de la précision de la mesure. Si les mesures sont un peu floues, et que l’on ne peut distinguer un état quantique de plusieurs autres similaires, les particularités quantiques disparaissent alors pour laisser place à un schéma classique. Kofler et Brukner montrent qu’une fois le flou introduit dans les valeurs mesurées, les équations quantiques qui décrivent le comportement d’un objet deviennent classiques. Ceci survient qu’il y ait ou non une décohérence causée par l’interaction avec l’environnement.
Kofler pense que nous devrions être capables de voir cette transition entre comportements classique et quantique. Cette transition serait curieuse : un comportement classique serait ponctué par des sauts quantiques occasionnels, de telle sorte que l’aiguille de la boussole devrait la plupart du temps tourner doucement mais parfois « sauterait » instantanément.
Mais observer de tels sauts quantiques entre vie et mort du chat de Schrödinger devrait nécessiter que nous puissions mesurer précisément un nombre d’états quantiques immensément grand. Pour un « chat » contenant 10 puissance 20 particules quantiques, nous aurions besoin de faire la différence entre 10 puissance 10 états – ce qui est trop pour être faisable.
Nos outils expérimentaux seraient pourtant déjà suffisamment précis, disent les chercheurs, pour observer cette transition dans le cas de plus petits « chatons de Schrödinger » : des objets constitués d’un nombre moins grand de particules. Dans quel état ces « chatons » se trouveraient-ils ? « Nous préférons dire qu’ils ne sont ni morts ni vivants, mais dans un nouvel état qui n’a pas de contrepartie en physique classique » affirment Kofler et Brukner. Personne n’a encore explicitement cherché à observer de tels effets.
(1) Kofler, J. & Brukner, Č. Phys. Rev. Lett. 99, 180403 (2007)
(2) Leggett, A. J. & Garg, A. Phys. Rev. Lett. 54, 857-860 (1985)
17:00 | Lien permanent | Commentaires (16)
Commentaires
Merci pour cette traduction (ma chienne Zoé préfère les chats morts).
D'ou vient la citation de Daudet (Alphonse, Lucien, Léon ?)
Écrit par : P/Z | 06/12/2007
Remarquable. Merci!
Écrit par : Koffi | 06/12/2007
Je vous en prie.
Il s'agit ici d'Alphonse, et l'extrait provient - si j'ai bonne mémoire - de la p.128 du tome XVI ('Soutien de famille') des Œuvres complètes illustrées (Paris, Librairie de France 1929-31). Edition ne varietur, bien entendu.
Écrit par : Anaximandrake | 06/12/2007
« Kofi Miam Miam » (J.-M. Le Pen)
Écrit par : sk†ns | 07/12/2007
To be or not to be.
Hamlet aurait-il ouvert la boîte et serait-ce le crâne du chat dans sa main ?
Écrit par : Sheffer Peppard | 08/12/2007
Lisons la lettre (l'articulet ?) de Kofler et Brukner (je vous laisse le soin de produire une traduction en Français):
"In this Letter - inspired by the thoughts of Peres on the classical limit - we present a novel theoretical approach to macroscopic realism [...]"
et encore, en guise de conclusion:
"For certain Hamiltonians, given the limitation of the coarse-grained measurements, not only is macrorealism valid [...]"
Quid de votre affirmation: "Deux physiciens autrichiens – Johannes Kofler et Časlav Brukner – ont récemment proposé une nouvelle approche du célèbre paradoxe dit du « chat de Schrödinger », approche qui contredit le « macroréalisme »." ?
Par ailleurs, n'en déplaise à Ph. Ball, point de boussole chez nos amis autrichiens...
Écrit par : Big Brother | 11/12/2007
Cher Big Brother, disons tout d'abord que je suis heureux de vous savoir vivant.
Quant à vos interrogations, vous aurez remarqué que l'affirmation en question, de nature introductive, se rapporte tout bonnement à ce que déclare Mister Ball, auteur du petit article (articulet, cher microtechnicien) paru dans la revue Nature, publication dont vous n'êtes pas sans connaître l'existence, et à laquelle il vous sera facile de présenter directement vos éventuelles objections.
Ainsi : "But Kofler and Brukner have proved that a quantum state can get as 'large' as you like, without conforming to macrorealism." (Ball)
De même, continuons à lire ce passage de la "letter", que vous n'auriez pas dû hésiter à citer également :
"Macrorealism is defined by the conjunction of two postulates : "Macrorealism per se : A macroscopic object which has available to it two or more macroscopically distinct states is at any given time in two or more of those states. Non invasive mesurability : it is possible in principle to determine which of these states the system is in without any effect on the state itself or on the subsequent system dynamics" These assumptions allows to derive the Legget-Garg inequalities[...] In this letter [...] We first show that [...] a Leggett-Garg inequality will be violated [...] the violation persists even in the limit of infinitely large spin [...] This contradicts the naive assumption that the predictions of quantum mechanics reduce to those of classical physics when a system becomes "large" [...]" (Kofler et Brukner)
Il semble bien que "a novel theoretical approach to macroscopic realism" ne soit pas identifiable à la validité du "macrorealism" décrit ci-dessus. En effet :
"First, we demonstrate that for unrestricted measurement accuracy no classical description is possible for arbitrarily large systems. Then we show for a certain time evolution that under coarse-grained measurements not only macrorealism but even the classical Newtonian laws emerge out of the Schrödinger equation and the projection postulate.[...] For certain Hamiltonians, given the limitation of the coarse-grained measurements, not only is macrorealism valid [etc.]"
Je ne vous ferai en effet pas l'affront de rappeler que si pour certains Y, X est valide, cela signifie que X ne l'est pas forcément pour tous les Y, et donc que X peut bel est bien être qualifié de contredit s’il est prétendu être valide dans des cas où il ne l'est pas.
Quant au privilège de la traduction de cette "letter" de Kofler et Brukner, je n'en ferai rien. C'est toutefois avec ma bénédiction qu'il est vôtre, que vous en usiez ou non. Au passage, j'indique au lecteur le lien :
http://arxiv.org/PS_cache/quant-ph/pdf/0609/0609079v3.pdf
Écrit par : Anaximandrake | 12/12/2007
My dear Anaximandraque,
Evacuons tout d’abord les considérations subsidiaires si vous le voulez bien.
Si vous me croyiez mort et que me voici vivant, peut-être devrons-nous en déduire que la résolution de vos capacités sensorielles est telle que vous percevez la superposition d’états dans laquelle je me trouve.
En ce qui concerne l’affront que vous craignîtes me faire, je tiens à vous rassurer : je ne suis pas sujet à ce genre de vanité et vous prie de bien vouloir me faire part de toutes les observations, même les plus élémentaires, qui puissent me faire apercevoir la lumière. En l’occurrence, la proposition que vous me soumîtes étant fausse, l’affront n’était que phantasme : la premier enchaînement « si pour certains Y, X est valide, cela signifie que X ne l'est pas forcément pour tous les Y » est vrai dans la mesure où l’on entend l’expression « n’est pas forcément » comme « on ne sait pas s’il existe des Y pour lesquels X n’est pas valide, mais c’est possible ». En revanche, pour ce qui fut de conclure à la contradiction de X, encore eût-il fallu que « n’est pas forcément » se confondît avec « n’est forcément pas ».
Une fois ces laborieux préliminaires achevés, revenons, si vous le voulez bien, à nos deux Autrichiens (qui, à moins que vous ne considérassiez la classe des Autrichiens comme englobant tous les éléments X salariés dans une institution appartenant à l’ensemble Y des institutions sises dans un espace Z aux frontières définissant la classe « Autrichien », ne le sont pas, le dénommé Časlav Brukner semblant être serbe).
Tout d’abord, suite à la lecture de votre traduction du fameux articulet de Ph. Ball, je croyais naïvement (je suis un grand naïf voyez-vous) que « Les deux chercheurs considèr[ai]ent l’exemple d’un système relié à l’aiguille d’une boussole placée dans un champ magnétique », d’où ma remarque concernant l’imprécision dudit Ph. Ball dans mon commentaire précédent. Vérification faite, l’imprécision n’est pas imputable au sieur Ball puisque ce dernier se contente d’écrire « The two researchers consider a system akin to a magnetic compass needle », ce qui est exact (l’aiguille de boussole étant l’une des tartes à la crème paradigmatiques servant à attirer le chaland vers la bizarrerie quantique).
Tout ceci ne constitue en rien une attaque personnelle à votre encontre. Mon propos consistait plus modestement à montrer à quel point la pratique de la vulgarisation scientifique constitue un exercice périlleux, exercice qui requiert au minimum la consultation des sources. Ma question visait avant tout à mettre en lumière un certain défaut de clarté dans l’article que nous considérons (la nouvelle approche théorique proclamée invalide-t-elle le macroréalisme ?), défaut qu’à ma connaissance, aucun des vulgarisateurs du Web n’a su traduire, ni Ph. Ball ni aucun autre.
Comme vous le souligniez fort justement, les deux chercheurs concluaient en évoquant « certain Hamiltonians ». Afin de combler les lacunes explicatives de l’article auquel vous fîtes allusion, on lira avec profit la suite de la saga, qui établit sans ambiguïté que la macroréalisme est effectivement invalidé pour une classe d’Hamiltoniens qu’ils qualifient de « non-classiques » (les « certain Hamiltonians » auxquels il faisaient allusion précédemment étant des Hamiltoniens « classiques », en d’autres termes ceux que l’on retrouve dans les phénomènes naturels). Je vous invite à soumettre cet article clarificateur à votre sagacité ainsi qu’à celle de vos innombrables lecteurs : http://lanl.arxiv.org/abs/0706.0668
Vous constaterez alors qu’il ne reste plus qu’à débusquer les phénomènes naturels correspondant aux Hamiltoniens non-classiques, pour pouvoir enfin proclamer la mort du macroréalisme…
Sincerely yours,
Big Brother
Écrit par : Big Brother | 17/12/2007
Cher Big Brother,
Vous allez bien imprudemment au chiffon rouge... Ainsi donc, vous désiriez souligner un "certain défaut de clarté" (question en fait "subsidiaire") d'un des articles de Kofler et Brukner, mon affirmation selon laquelle leur "approche [...] contredit le "macroréalisme"" étant vraie. Mais vous auriez gagné à être plus direct. Car en généreuse (trop dense ?) réponse à votre question pour le moins vague et évasive, je "visais" pour ma part à vous indiquer que les extraits que vous présentiez ne contredisaient en tous cas pas mon affirmation introductive, quant à elle fondée par nature sur l'article de Ball. J’en donnais également d'autres (importants, mais que vous négligiez) qui la confirmait (cf. mon commentaire précédent), même si la conclusion de Kofler et Brukner, relative à "certain Hamiltonians" demeurait manifestement imprécise, sans pourtant (je le montrais) réfuter mon affirmation liminaire. En effet, avec un peu d'attention et moins de précipitation, vous auriez peut-être remarqué que ce que vous nommez "la proposition" est vrai, et ce contrairement à votre déclaration erronée. En ceci, je reconnais cette émotivité dont vous êtes coutumier, et qui fait de vous ce personnage si sympathique, quoique souvent maladroit. De même et en l'espèce, nul besoin de recourir à une quelconque superposition d'états, mais plutôt à une certaine distinction, et nommément à cette nuance : je ne vous croyais pas mort, mais n'écartais pas cette triste possibilité, possibilité que votre prise de parole réfute, si bien sûr l'on admet ce type de preuve.
Car si j'apprécie tout comme vous et Klossowski cette orthographe de "phantasme", il convient toutefois de préciser ce à quoi ce terme est censé faire référence dans votre prose quelque peu ampoulée. Oui, ledit "affront" ne constitue en rien une éventuelle "attaque personnelle" (respirez à fond), mais bien entendu une précaution oratoire toute rhétorique, ce dernier qualificatif convenant également à votre soi-disant réfutation de "la proposition". Car si "pas forcément" n'équivaut évidemment pas à "forcément pas" (je rêve...), il demeure que si pour certains Y, X est dit valide, cela ne veut pas dire qu'il l'est pour tous. Ceci dit afin de montrer que l'extrait que vous présentiez n'invalidait pas la phrase introductive que vous questionniez, même si elle ne la confirmait pas. Car contrairement à ce que vous alléguez à tort, nous n'en inférions absolument pas la contradiction effective de X, mais bien seulement sa possibilité : "X peut bel et bien être qualifié de contredit s'il est prétendu être valide dans des cas où il ne l'est pas". Autrement dit : on peut conclure de l'extrait litigieux de Kofler et Brukner qu'il reste en droit certains Y pour lesquels X est invalide, et s’il y en a en fait , X serait bien invalide et donc contredit, étant considéré par hypothèse comme valide pour tous les Y. Mais n'hésitez pas à relire plus lentement... Vous omettez donc ce point capital de "la proposition", ce qui implique que vous êtes dans l'erreur en la disant fausse. Je suis toutefois heureux que vous n'ayez pas à souffrir de votre confusion, sans doute consécutive à la peur fantasmatique d'un affront, puisqu'avec une grande modestie vous déclarez : "je ne suis pas sujet à ce genre de vanité". En espérant (avec naïveté) que vous ne l'êtes pas à d'autres, je me souviens que vous l'êtes toutefois à ces "petits bonheurs" dont je suis désolé de vous priver.
Car malheureusement (malheureusement ?), il nous faut aussi ajouter que s'il est bien évident que la vulgarisation n'est pas sans péril, et que, par définition, elle n'est pas substituable aux travaux dont elle rend compte, votre tentative pour le montrer dans ce cas précis est non seulement modeste mais insuffisante. En effet, quelles que soient les références explicites de Ball, son fameux articulet paru dans 'Nature' est valide, tout comme le sont ses assertions relatives au macroréalisme. Je laisse donc à cet auteur le bénéfice du doute en ce qui concerne sa connaissance du deuxième article que vous proposez, et ne le pense nullement coupable de n'avoir pas au "minimum" consulté les sources disponibles. Libre à vous de penser que Ball avait à s'intéresser au "défaut de clarté" (ou à le "traduire") du premier article que vous évoquiez ici, article qui est d'ailleurs d'une date postérieure à celui que vous désignez pourtant comme "suite de la saga". Pour ma part donc, je ne le crois pas, puisque le point n'est pas celui-ci ; la théorie de ces physiciens est présentée correctement, et leur "approche" théorique contredit bien le macroréalisme dont, citant Kofler et Brukner, je rappelle la définition dans mon commentaire précédent. Par conséquent, Ball parvient à rendre compte des travaux de ces techniciens et de leurs implications, et ce sans avoir recours à leur arsenal. C'est là un exercice difficile, d'ailleurs inaccessible à nombre desdits techniciens, et qui n’a d’ailleurs aucunement besoin d’ "attirer le chaland". Bref, en l'occurrence, dans son exercice vulgarisation (que je qualifiais d’ailleurs ici significativement de brève présentation), Ball n'était pas dans l'erreur lorsqu'il écrivait ce que je reformulais en introduction.
L'est-il en utilisant le syntagme de "physiciens autrichiens" pour désigner Kofler et Brukner ? Rappelons qu' "autrichien" signifie "d''Autriche"(qui y est né ou y habite), et que c'est là qu'ils travaillent. Si Brukner est de nationalité serbe, ceci n'infirme pas les propos de Ball qui ne se réfère pas explicitement à leur nationalité, mais - ce qui est plus pertinent en matière scientifique - à leur établissement de recherche. Disons, si vous y tenez, que Ball est à cet égard imprécis. En revanche, ce n'est pas d' "imprécision" dont il doit être question dans l'exemple de la boussole. Etant pour ma part effectivement dépourvu des vanités dont vous vous dites exempt, j'ajouterai que cette partie de la traduction est erronée, et d'ailleurs odieusement paracatholique, puisque j'y fais de l'apparentement l'exemple lui-même. Point de traduction que je corrige donc sur le champ, tout comme, en une collaboration fructueuse, fut corrigé par mes soins vos erreurs de raisonnement, notamment logique. Merci de votre vigilance et de cette "observation" "élémentaire". D'ailleurs, ne soyez pas alarmé, n'étant pas moi-même une traduction, même mienne, je ne vois pas comment je pourrais prendre cela comme une "attaque personnelle". Respirez, cher Big (Big ?) Brother.
D'une manière parallèle, je vous remercie également du complément à l'articulet de Ball que vous finissez par proposer, et ce malgré l'émotivité dont vous ne vous départissez pas, et qui s'avère en particulier corrélative d'une venue au fait pour le moins indirecte et affectée : ce fameux "défaut de clarté" de Kofler et Brukner "dans l’article que nous [nous ?] considérons". Votre participation (dont le dernier lien n'est pas la moindre qualité) permet finalement au lecteur (innombrables lecteurs ?) de découvrir ébahi l'affirmation selon laquelle "le macroréalisme est effectivement invalidé pour une certaine classe d'Hamiltoniens", et donc que l' "approche" de ces deux physiciens "contredit le "macroréalisme"", théorie qui devra (quelle révélation méthodologique !) subir le épreuve de l'expérience puisque, comme dit Ball, "[p]ersonne n’a encore explicitement cherché à observer de tels effets". Au travail donc, cher Big Brother (microtechnicien anonyme ?).
Pour conclure, rappelons que l'important, c'est bien cette nouvelle approche théorique de Kofler et Brukner, et disons que, dans le cas où vous seriez épris de clarté et désireux d'éviter les malentendus, ainsi qu'exempt (partiellement ?) de vanité, vous auriez pu par exemple écrire ceci:
« En tant que microtechnicien averti des travaux de Kofler et Brukner, j'ajouterai à cet articulet de Ball une précision qu'il ne juge pas utile de mentionner dans son exercice de vulgarisation, au demeurant correct. Il me semble en effet que Kofler et Brukner manifestent un certain défaut de clarté dans l'article suivant [lien hypertexte]. Il convient donc de l'associer à celui-ci : [lien hypertexte]. Je m'explique : [description de l'ambiguïté] + [dissipation d'icelle]. De plus, il à noter que Brukner est apparemment de nationalité serbe, bien qu'il travaille en Autriche. Enfin, cher Anaximandraque (Anaximandrake ?), j'ai relevé une petite erreur d'inattention dans votre traduction [exemple de la boussole]. + éventuellement [formule de politesse]. »
Cordialement,
Écrit par : Anaximandrake | 18/12/2007
Hé, les chipies, à ce stade de crépage de chignon que vous n'avez pas — pas encore —, je ne vois qu'une seule solution : un duel au pistolet à eau en terrain neutre (Reykjavik par exemple). Mais l'eau risque de geler.
Écrit par : sk†ns | 20/12/2007
Tu n'as pas tort, l'ami ! Notons néanmoins que ta suggestion permettrait de briser la glace, ce qui serait a priori envisageable aussi dès l'été prochain à Paris.
Sinon, sais-tu ce qui arrive au site de Tlön ? A-t-il oublié de payer sa facture ? Ou bien est-ce une autre forme d'humour (plus sobre) que celle qui se pratique ici ?
Écrit par : Anaximandrake | 20/12/2007
On m'a dit que ce dernier s'était récemment travesti en mannequin blond et qu'il fréquentait à présent un homme très très puissant, lequel lui aurait demandé de cesser ses activités subversives.
Écrit par : sk†ns | 20/12/2007
Je tiens à te rassurer, ça n'est à priori qu'un simple problème technique indépendant de ma volonté.
Écrit par : P/Z | 20/12/2007
Indépendant de sa volonté en effet : la perruque blonde s'est fixée toute seule, avec un poulet bondissant pour couronner le tout.
Écrit par : sk†ns | 21/12/2007
Note aux bretteurs: Il gèle, certes, mais plus rarement qu'on ne le pense à Reykjavik (Gulf stream).
Néanmoins, si le vent venu du Groenland se lève...
http://french.wunderground.com/global/IL.html
Je me propose d'être votre témoin Anaximandrake et de vérifier, le jour venu, si Big Brother respire encore.
Merry Christmas.
Cordialement,
Écrit par : Blog-trotter | 22/12/2007
Cher Blog-trotter, ne vous dérangez pas pour des fleurets mouchetés.
Joyeux Noël à vous aussi.
Écrit par : Anaximandrake | 24/12/2007
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