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MQ - Billet 11 - Le problème de la mesure et l'effondrement de la fonction d'onde lors d'une mesure ou observation


zenalpha

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On rentre ici dans le cœur du sujet philosophique central du topic qui concerne le problème de l'interprétation de la mécanique quantique.

La mécanique classique s'appuie sur des équations formulées par Newton vers la fin des années 1600, l'électromagnétisme sur des équations découvertes fin 1800, la relativité restreinte de 1905, la relativité générale de 1915

Ce que...toute la physique a en commun est la mise en place d'équations différentielles qui s'expriment dans le temps.

Et ce qui est commun dans tous les formalismes, c'est leur traitement parfaitement symétrique du passé et de l'avenir qui interroge la question de la flèche du temps.

Rien, dans ces équations ne permet de distinguer l'avant de l'après dans le temps

Passé et futur sont sur un pied d'égalité 

La mécanique quantique s'appuie notamment nous l'avons vu sur une équation formulée par Schrodinger en 1926.

Il n'est pas....philosophiquement....nécessaire d'en savoir beaucoup de choses excepté qu'elle a pour donnée d'entrée l'onde de probabilité quantique prise à un moment donné et qu'elle détermine l'évolution de cette fonction d'onde probabiliste dans le temps.

Si cette onde est celle de l'électron (mon poisson soluble du billet num 2), on peut utiliser cette équation pour prédire par exemple la probabilité de localiser l'électron en n'importe quel point et à n'importe quel instant.

Tout comme Newton, Maxwell et Einstein, la loi quantique de Schrodinger adopte un traitement égalitaire du passé et du futur dans le temps

D'ailleurs...la théorie quantique des champs que je n'ai pas encore évoquée et qui "mixe" mécanique quantique avec la relativité restreinte garde exactement la même symétrie par rapport aux équations et la non résolution de la question de la flèche du temps (l'écoulement perceptible du passé vers le futur)

En mécanique quantique...un film qui montrerait une onde de probabilité commençant "comme ceci" et finissant "comme cela" pourrait être totalement inversé sans que personne le voyant projeté dans un sens ou dans l'autre n'ait aucun moyen de démontrer que la séquence réelle des événements est l'un des 2 films projetés du passé vers le futur.

Dit autrement, la séquence du passé vers le futur comme la séquence du futur vers le passé sont toutes deux des solutions à l'équation de Schrodinger 

Or nous l'avons vu, certaines expériences ont déjà remises en question le principe de localité (fait acquis par la communauté scientifique) et certaines expériences de John Wheeler rappelées par Alain Connes dites "à choix retardé" suggèrent des phénomènes de rétro causalité, toujours au niveau quantique évidemment...

Autrement dit et ici réside le problème dit de la mesure, l'évolution de la fonction d'onde se déroule en 2 étapes distinctes.

La première, est cette formalisation du système quantique par l'évolution de la fonction d'ondes

Cette équation garantit que cette fonction d'onde varie de manière prédictible et continue (un peu comme une vague sur un lac)

Tout le monde s'accorde ici sur le formalisme et sur la manière de résoudre ces problématiques de mécanique quantique 

Qui ressemble quelque part à la mécanique ondulatoire d'une vague qui se déplacerait à la surface d'un lac

Sauf que cette fonction d'onde probabiliste n'est PAS observable 

Mais....

Dans la seconde étape lors d'une mesure, on reprend contact avec la réalité observable en MESURANT le système quantique 

Et la fonction d'onde change ici brutalement d'état

Elle s'effondre donnant la probabilité en tout point de 0% à l'exception du point où on observe réellement la particule ou donc la probabilité est passée à 100%

Ici, aucun comportement ondulatoire ni corpusculaire en mécanique classique ne vient par analogie nous donner une image de cette seconde étape dit de l'effondrement de la fonction d'onde qui, d'une probabiliste de présence plus ou moins dense dans l'espace devient un corpuscule bien localisé.

En mécanique classique, des notions de thermodynamique viennent donner des explications satisfaisantes à ce problème de la flèche du temps

Mais en mécanique quantique, aucune explication ne fait l'unanimité sur la cinématique, les raisons, ni même le processus opératoire de l'effondrement de la fonction d'ondes pour matérialiser un corpuscule 

La première étape est donc mathématiquement rigoureuse et totalement appropriée par toute la communauté scientifique, l'équation de Schrodinger 

Mais l'effondrement de cette fonction d'onde n'a...aucun cadre théorique qui fasse l'unanimité (doux euphémisme) et est une "pièce rapportée" à la théorie 

La notion d'effondrement de la fonction d'ondes est une simple conciliation a l'expérience qui postule que les mesures imposent à la fonction d'onde, pouvant prendre des dimensions gigantesques dans l'espace, de s'effondrer instantanément pour matérialiser dans un point unique dudit espace un corpuscule sans qu'on ne puisse connaître a priori l'endroit mais conformément aux probabilités distribuées dans l'espace par la fonction d'onde de Schrodinger 

Ici réside 90% de la littérature....philosophique....à propos du problème de la mesure et de l'interprétation de la mécanique quantique 

Pour comprendre Rovelli et Helgoland, c'est ce chapitre, en marge des ... calculs de mécanique quantique....qu'il faudra bien ouvrir 

Modifié par zenalpha

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