2- Mécanique Quantique - Alain Connes - Le théâtre quantique

L'idée pour la présentation de cet ouvrage aujourd'hui est double.

D'abord cette impression que la mécanique quantique serait une science suspicieuse, presque une croyance... amen...

Non, la physique quantique est la plus robuste et le fondement de la physique classique 

Et surtout un échange eu concernant l'espace de Hilbert, je vous propose un voyage dans cet espace vu par Alain Connes

Alain Connes représente pour moi aujourd'hui en 2021 le plus grand inspirateur vivant concernant ce lien entre physique théorique et mathématiques 

Il a apporté le cadre le plus prometteur à mon sens concernant la mathematisation conceptuelle de la physique théorique avec sa géométrie non commutative et ouvert une fenêtre entre physique théorique et théorie des nombres.

Son livre "le théâtre quantique" est un roman, co écrit avec Jacques Dixmier, qui l'a initié en tant que son professeur aux algèbre d'operateurs et avec Danye Chereau, sa femme

L'héroïne, Charlotte, est parvenue à voyager grace à son emploi au CERN de Genève en tant que physicienne dans le monde quantique pour en revenir vivante.

Nous nous rendons à sa conférence de presse

Extrait :

"Je vais maintenant vous raconter l'expérience que j'ai vécue, mon retour au cours duquel s'est réalisé, de manière inattendue, la synthèse de deux thèmes qui m'obsedaient depuis des mois

- d'une part, la vie d'un réseau de neurones ayant un immense potentiel de calcul et qui vient de recevoir l'empreinte précise d'un cerveau humain

- d'autre part, l'apparition de l'écoulement du temps que nous connaissons tous, à partir d'un état thermalisé et de la non commutativité caractéristique du quantique 

Voici mon interprétation qui restera conjecturale.....

.... J'ai été la spectatrice privilégiée d'un théâtre que je je peux baptiser autrement que

LE THÉÂTRE QUANTIQUE 

J'ai eu cette chance inouïe d'experimenter une perception globale de mon être, non plus à un moment particulier de son existence mais comme un "tout"

J'ai pu comparer sa finitude dans l'espace contre laquelle personne ne s'insurge et sa finitude dans le temps qui nous pose problème.

Le monde que j'ai pu entrevoir échappait totalement à la décohérence qui nous fait percevoir la réalité comme classique.

J'ai de manière profondément intuitive, discerné une incroyable variabilité, d'infinies fluctuations parfaitement réglées dans ce théâtre dont la scène ne peut se représenter autrement que par un concept mathématique que tous les physiciens quantique manipulent quotidiennement : l'espace de Hilbert, avec sa géométrie de dimension infinie d'une part, et son caractère imaginaire d'autre part (nombres complexes)

LES ACTEURS DU THÉÂTRE QUANTIQUE SONT LES OPÉRATEURS AGISSANT DANS CET ESPACE, LE DOMAINE DE VARIABILITÉ DE CHACUN ETANT DONNÉ PAR SON SPECTRE

C'etait incroyable, je les ai vus, directement, en dimension infinie"

....

"Maintenant, je vais retracer l'émergence de l'écoulement du temps, tel que nous le connaissons tous, avec le rétablissement progressif de la température de mon corps.

La vision globale de la scène quantique s'est estompée, et seuls les acteurs qui respectaient certaines symétries sont restés visibles.

Je ne disposais plus que d'une information parcellaire et l'incompatibilité entre les différents acteurs due à leur non commutativité s'est transmuée en un mouvement d'ensemble, comme si les danseurs se mettaient à obéir à un rythme bien défini, à suivre un chef d'orchestre invisible, qui les entrainait sans qu'ils puissent résister

J'ai ressenti cette émergence du temps comme une intrusion, source de confusion mentale, d'angoisse, de peur, de dissociation.

J'avais l'impression de perdre toute l'information prodiguée par la scène quantique et cette seule perte m'entrainait inexorablement dans le fleuve du temps"

...

"Puis ces sensations pénibles se sont effacées. L'espace ordinaire sembla renaître du quantique par décohérence.

Je voyais de plus en plus distinctement une lumière abstraite, a la fois douce et intense qui m'attirait vers elle.

Baignée dans cette lumière, bercee par un carillon de cloches, j'ai retrouvé progressivement mes sensations et me suis laissé envahir par un bien être indescriptible.

Je renaissais"

Genre : Roman

Accessibilité débutants : 3/5

Intérêt pour initiés : 5/5

Objectivité pédagogique : 5/5

Thèse personnelle de l'auteur : 10/5

Ma recommandation 

ACHETER

https://www.franceculture.fr/emissions/science-publique/emission-speciale-alain-connes-le-theatre-quantique-est-il-ouvert-tous

Alain Connes en plus d'apporter des avancées majeures en physique mathématiques au travers sa géométrie non commutative, nous partage avec aisance sa vision de la "réalité fondamentale" et sa vision de la mécanique quantique.

Il y a ce vieux problème de l'interprétation de la mécanique quantique concernant ce qui est convenu d'appeler l'effondrement de la fonction d'onde.

Je l'evoquerai dans le détail dans ce fil

Néanmoins, j'aimerai orienter le lecteur interessé par ce sujet sur le dernier livre de Carlo Rovelli : "helgoland"

J'ai été stupéfait, abasourdi serait même l'adjectif le plus approprié 

Carlo Rovelli nous présente les différentes écoles interprétatives, les enjeux de la question...et mouille le maillot en nous présentant sa propre interprétation : la mécanique quantique relationnelle.

Et ma...sidération...vient du fait que je ne renierai pas une seule et unique ligne de cet ouvrage...pas une...

De fait...il semblerait que Rovelli...vienne ces derniers temps de se rallier à l'interprétation copier coller conforme de celle que je me suis forgée il y a 15 ans !

Ses connaissances physique et mathématiques sont évidemment infiniment plus développées que les miennes, cela va sans dire...mais sur ce forum, je préfère le préciser 

Mais sa philosophie s'est....zenalphatisée.

Son ouvrage est précisément celui que j'aurais rêvé d'écrire sur des conclusions dont il vient soudainement de basculer.

Extrait : "a ted Newman, qui m'a fait comprendre que je ne comprenais pas la mécanique quantique"

C'est vrai philosophiquement et c'est vrai dans cette interprétation de ce problème de la mesure...

Si nous nous étions rencontré mon cher Carlo....mon...frère ainé ou cadet, selon...

Extrait

"Dans mes tentatives de donner un sens aux quanta, j'ai parcouru les textes des philosophes à la recherche d'une base conceptuelle, afin de comprendre l'etrange image du monde offerte par cette incroyable théorie.

J'ai trouvé de très belles suggestions, des critiques subtiles, mais rien qui me convainque parfaitement.

Puis un jour, je suis tombé sur un texte qui m'a sidéré 

.....

A plusieurs reprises, alors que je parlais des quanta, j'ai rencontré des personnes qui me demandaient : as tu lu Nagarjuna ?

Au énième "as tu lu Nagarjuna", j'ai décidé de le faire.

C'est un texte peu connu en occident mais ce n'est pas un texte mineur : au contraire, c'est l'une des pieŕres angulaires de la philosophie indienne, et c'est uniquement en raison de ma lamentable méconnaissance de la pensée asiatique, caractéristique d'un occidental, que je l'avais ignoré jusque là.

Il a pour titre l'un de ces mots indiens impossible : Mulamadhyamakakarika, qui a été traduit de différentes manières, "les stances de la voie du milieu" par exemple.

Je l'ai lu dans la traduction annotée d'un philosophe analytique américain.

Il m'a laissé une profonde impression.

...

La thèse centrale du livre de Nagarjurna est simplement que rien ne possède une existence en soi, indépendante d'autre chose.

La résonance avec la mécanique quantique est immédiate.

Naturellement, Nagarjuna ne savait rien et ne pouvait rien savoir des quanta, là n'est pas la question 

Ce qui nous intéresse, c'est que les philosophes nous proposent des façons originales de penser le monde et que nous pouvons nous en servir si elles nous sont utiles.

La perspective que nous offre Nagajurna nous permet peut-être de concevoir un peu plus facilement le monde des quanta 

Si rien n'a d'existence propre, tout n'existe que dans la dépendance de quelque chose d'autre, en relation avec quelque chose d'autre.

Le terme technique utilisé par Nagarjuna pour décrire l'absence d'existence indépendante est la vacuité (sunyata) : les choses sont "vides" dans le sens où elles n'ont pas de réalité autonome, elles existent grâce à, en fonction de, en relation avec, dans la perspective de quelque chose d'autre"

Rovelli consacre 20 pages pleines à mettre en relation son interprétation de la mécanique quantique qui au passage etait devenue la mienne depuis il y a bien longtemps déjà (je parle de l'interprétation physique et scientifique...) avec la justesse des concepts orientaux que je consacre aussi depuis bien longtemps

Mon conseil : ne lisez pas, totalement inaccessible sur le plan philosophique et conceptuel

Ps : certains intervenants du forum sont désormais ignorés de ma part.

Pour la modération comme @January, preuve en est que j'essaye de vous comprendre 

Amicalement 

 

Modifié le 27 décembre 2021 par zenalpha

Petit extrait de la Harvard science book Talk and Research lectures, relativement confidentiel mais n’aurai je pas tort de ne pas partager ?

Carlo Rovelli qui commence son dialogue par la lecture de son ouvrage

De la 10 ème minute à 14 min 30 sec pour voir par quelle conclusion une vie de relativité générale, de mécanique quantique et de gravitation quantique à boucles dont il est co-fondateur il démarre son dialogue et son exposé 

Ajoutons qu’à la mécanique quantique et à son interprétation personnelle dite relationnelle, il conclue par les neurosciences et par une proposition épistémologique qui transcende le réalisme comme l’idéalisme par une approche extrêmement personnelle ...que je partage évidemment...puisque je l’ai toujours pensée.

Un peu comme Hawking s’était propulsé dans de la spéculation extrêmement subjective dans son modèle top down du modèle hartle Hawking par une vision operationnaliste dite de réelle dépendance 

Du caviar que cet engagement personnel de très très grands aigles pour la physique théorique (régler traduction automatique d'anglais à français si problème, je préfère personnellement son italien à son anglais)

 

Modifié le 27 décembre 2021 par zenalpha

Le 27/12/2021 à 15:46, zenalpha a dit :

Carlo Rovelli nous présente les différentes écoles interprétatives, les enjeux de la question...et mouille le maillot en nous présentant sa propre interprétation : la mécanique quantique relationnelle.

Et ma...sidération...vient du fait que je ne renierai pas une seule et unique ligne de cet ouvrage...pas une...

De fait...il semblerait que Rovelli...vienne ces derniers temps de se rallier à l'interprétation copier coller conforme de celle que je me suis forgée il y a 15 ans !

Ses connaissances physique et mathématiques sont évidemment infiniment plus développées que les miennes, cela va sans dire...mais sur ce forum, je préfère le préciser 

Mais sa philosophie s'est....zenalphatisée.

Son ouvrage est précisément celui que j'aurais rêvé d'écrire sur des conclusions dont il vient soudainement de basculer.

Extrait : "a ted Newman, qui m'a fait comprendre que je ne comprenais pas la mécanique quantique"

C'est vrai philosophiquement et c'est vrai dans cette interprétation de ce problème de la mesure...

Si nous nous étions rencontré mon cher Carlo....mon...frère ainé ou cadet, selon...

_

Le 27/12/2021 à 15:46, zenalpha a dit :

Rovelli consacre 20 pages pleines à mettre en relation son interprétation de la mécanique quantique qui au passage etait devenue la mienne depuis il y a bien longtemps déjà (je parle de l'interprétation physique et scientifique...) avec la justesse des concepts orientaux que je consacre aussi depuis bien longtemps

_

Le 28/12/2021 à 00:06, zenalpha a dit :

Ajoutons qu’à la mécanique quantique et à son interprétation personnelle dite relationnelle, il conclue par les neurosciences et par une proposition épistémologique qui transcende le réalisme comme l’idéalisme par une approche extrêmement personnelle ...que je partage évidemment...puisque je l’ai toujours pensée.

_

Le 27/12/2021 à 15:46, zenalpha a dit :

Mon conseil : ne lisez pas, totalement inaccessible sur le plan philosophique et conceptuel

Mon conseil: ne fumez pas la moquette ...

Modifié le 28 décembre 2021 par Hérisson_

Ce matin, j'ai pris une résolution.

Il est évident que la culture concernant la mécanique quantique est assez faible dans pas mal de milieux y compris scientifiques

Et complètement absente sur notre forum qui du reste n'accueille par ailleurs que très peu de scientifiques.

Je me résouds à organiser une initiation pas à pas concernant la mécanique quantique par un système de leçon progressive 

L'idée est de rédiger un post par jour et le niveau que j'utiliserai sera parfaitement compréhensible pour un débutant.

Dans le même temps, mon organisation sera très structurée et tout forumiste confirmé dans ce domaine y trouvera un portail complet de références pour approfondir 

Évidemment, probable que ce post soit pollué même si je le préférerai être un lieu d'échange ...

J'ignore donc une part de la communauté supprimée de mon espace visuel

Amicalement.

Modifié le 28 décembre 2021 par zenalpha

Le 28/12/2021 à 17:35, zenalpha a dit :

Ce matin, j'ai pris une résolution.

Il est évident que la culture concernant la mécanique quantique est assez faible dans pas mal de milieux y compris scientifiques

Et complètement absente sur notre forum qui du reste n'accueille par ailleurs que très peu de scientifiques.

Je me résouds à organiser une initiation pas à pas concernant la mécanique quantique par un système de leçon progressive 

L'idée est de rédiger un post par jour et le niveau que j'utiliserai sera parfaitement compréhensible pour un débutant.

Dans le même temps, mon organisation sera très structurée et tout forumiste confirmé dans ce domaine y trouvera un portail complet de références pour approfondir 

Évidemment, probable que ce post soit pollué même si je le préférerai être un lieu d'échange ...

J'ignore donc une part de la communauté supprimée de mon espace visuel

Amicalement.

Bon tu nous as dit l'autre jour que la mécanique quantique impliquait la mécanique classique preuve que tu ne comprends rien.

Modifié le 28 décembre 2021 par Virtuose_en_carnage

Post numéro 1 - les motivations et la méthode

Est il normal que les interrogations sur la nature du monde, parce que nous le verrons, la physique classique est une conséquence de la mécanique quantique, est il donc normal ou est-ce seulement vrai que la mécanique quantique soit réservée à une élite ?

Et je parle bien évidemment des physiciens theoriciens...non de pseudo scientifiques specialistes du sujet vides d'exposés et auto déclarés d'où qu'ils viennent...

Est il exact comme le disait Feynman que personne ne comprend la mécanique lui qui la connaissait mieux que personne ?

Est il possible qu'après une vie sur le sujet on puisse en arriver à affirmer qu'on ne l'avait jamais compris comme Carlo Rovelli  ?

Le but de mes posts sera au contraire de permettre de comprendre et de porter à la connaissance des problèmes philosophique majeurs soulevés par la mécanique quantique, après avoir, bien entendu, explicité les principes essentiels, les faits marquants historique, le raisonnement des physiciens marquants de la discipline.

Pour comprendre ces principes, tout comme il est possible de comprendre les principes de la cosmologie sans être astrophysicien, tout comme il est possible de connaître les grandes thèses scientifique telles que le darwinisme sans avoir jamais été paleonteologue ou généticien, le bon sens de ... l'honnête homme ... et son intérêt seront les seuls outils nécessaires pour progresser pas a pas.

Je ne juge pas utile le recours aux mathématiques sauf a ce que l'un d'entre vous veuille solutionner un exercice pratique de theoricien ou de physicien accompli ce en quoi il se sera trompé bêtement en venant sur ce forum..

Bien sûr...lapalissade idiote...le recours aux mathématiques est indispensable et même inabordable dans bien des cas quand on s'attaque aux travaux pratiques concernant la mécanique quantique...

Mais tel n'est ni mon but ni la cohérence de mes moyens.

La physique quantique porte en elle les germes d'une immense révolution culturelle qui n'a pas franchi les portes d'un petit cénacle de grands scientifique 

Vous retrouverez leurs écrits leurs articles les références qui vous permettront d'approfondir si vous le désirez 

La méthode nécessite toujours le recoupement des sources si multiples désormais....

30 ans de partage de leur immense production puissent ils balayer des esprits, hormis pour les faibles d'esprit...le fatras chaotique et parfois agressif de leurs croyances pseudo scientifiques bien souvent issu du siècle dernier et qui encombre il est vrai plus modérément autant l'esprit de mes contemporains 

Rendez vous dans 3 mois pour me dire si j'y suis partiellement parvenu ou si une seule étincelle se sera allumée 

Alors j'aurai fait mon devoir de partage et je partirai en paix de la section.

A demain

Modifié le 28 décembre 2021 par zenalpha

Le 28/12/2021 à 21:19, zenalpha a dit :

Est il exact comme le disait Feynman que personne ne comprend la mécanique lui qui la connaissait mieux que personne ?

Est il possible qu'après une vie sur le sujet on puisse en arriver à affirmer qu'on ne l'avait jamais compris comme Carlo Rovelli  ?

comprendre étymologie

Étymol. et Hist. 1. Ca 1120 « saisir, prendre » (Psautier d'Oxford, éd. Fr. Michel, 58, 13 : e seient cumpris en la lur superbe [et comprehendantur in superbia sua]) − 1604 ds Gdf.; 2. fin xii^e-début xiii^es. « concevoir, saisir par l'intelligence » (S. Gregoire, Sermo de Sapientia, éd. Foerster, 286, 3), rare av. le xv^es. (ca 1450 Mistère Viel Testament, éd. J. de Rothschild, t. 1, p. 210); 3. fin xii^es. « inclure, contenir en soi, englober » (Clemence Barking, Vie Ste Catherine, 1164 ds T.-L.). Empr. au lat. class. compre(he)ndere (composé de cum « avec » et prehendere « prendre, saisir ») littéralement « saisir ensemble, embrasser quelque chose, entourer quelque chose » d'où « saisir par l'intelligence, embrasser par la pensée »

Traduit en langage commun on pourrait dire que bien prétentieux serait celui qui prétendrait comprendre la physique quantique. Et pour une raison toute bête : celui qui comprendrait cela, ne pourrait être qu'un transfuge venu d'un futur tellement lointain, que je doute qu'il puisse encore abriter des humains qui nous ressembleraient.

Zénalpha, dit moi, mon chéri : de quand viens-tu ?

Le 28/12/2021 à 21:43, azad2B a dit :

Zénalpha, dit moi, mon chéri : de quand viens-tu ?

J'adore ta question.

Pour te répondre toi qui n'est pas ignoré...mon prochain post numéroté donc réferent (nous somme ici dans une apparté) viendra du 15 octobre 1924 et inspiré d'André Breton.

Je commencerai par ce passé et inspiré par son surréalisme pour proposer une simple métaphore inspirante pour qui n'a aucun fondement de mécanique quantique afin de rentrer par la suite...beaucoup  plus avant dans le sujet.

Nous verrons ce qu'un "poisson soluble" qui est son recueil de poésie  aurait à voir avec un poisson quantique... et nous le verrons donc très différent du poisson classique  habituel.

petit extrait de son recueil toujours en apparté 

"Le dindon, qui répondait au nom de Troisétoiles, en manière de plaisanterie, ne savait plus où donner de la tête.

Chacun sait que la tête des dindons est un prisme à sept ou huit faces tout comme le chapeau haut de forme est un prisme à sept ou huit reflets."

Mais sur ce topic, n'est plus question de plaisanter mais d'évoquer la mécanique quantique 

A demain mon lapin et je te conseille la pillule rouge

Le 28/12/2021 à 21:19, zenalpha a dit :

.le recours aux mathématiques est indispensable et même inabordable

Autrement dit, et de ton propre aveu, l'entreprise est dès le départ vouée à l'échec ... C'est plutôt mal parti.

Et quand on lit la suite

Le 28/12/2021 à 22:22, zenalpha a dit :

A demain mon lapin et je te conseille la pillule rouge

on va jaser sur le forum ...

Le 28/12/2021 à 23:05, Hérisson_ a dit :

on va jaser sur le forum ...

Et pourquoi donc, un chéri n'est jamais que quelqu'un qui nous est cher, et un lapin rien qu'un peu de douceur dans un monde de brutes.

Post Numéro 2a - Le poisson soluble / notion d’observable

Objectif - comprendre par la métaphore quelques particularités et bizarreries du monde quantique, les différences principales entre système quantique et système classique 

Imaginez une mare si sombre et boueuse qu’on ne peut voir de l’extérieur ni le fond ni aucun élément à l’intérieur.

Un pêcheur extérieur tente sa chance, le poisson mord.

N’importe quel pêcheur sur notre terre en conclue que ce poisson se déplaçait dans la mare à la recherche de nourriture 

Et aucun ne pourrait concevoir que le poisson au bout de sa ligne n’était avant sa pêche miraculeuse qu’une sorte de potentialité de poisson occupant toute la mare....

Pourtant,

Supposons maintenant que la mare représente une boîte "absolument vide" à l’exception d'un électron solitaire (on pourrait considérer un proton, un atome, ou n’importe quel système quantique) et que la canne à pêche représente une sonde introduite dans la boîte capable d’interagir avec l’electron pour renvoyer un signal visible par un observateur (l’experimentateur).

L’observateur physicien classique devrait en conclure de la même manière que l’électron se déplaçait dans la boîte et a rencontré la sonde.

Et il aura tort.

Le physicien quantique sait qu’avant d’interagir, l’électron occupait toute la boîte avec une probabilité plus ou moins grande d’être détecté, LORS DE LA MESURE, en tel ou tel endroit.

C’est "comme si" avant de mordre, le poisson occupait toute la mare, avec des endroits où il était plus dilué et d’autres où il était plus concentré.

Un tel poisson quantique ne correspond à rien de ce que nous avons l’habitude d’observer.

Avant d’aller plus loin, j’aimerai m’arrêter sur le premier point généralement pas compris et sans lequel, il est absolument impossible de comprendre la mécanique quantique.

TOUTE MESURE (hormis les dernières techniques les plus récentes non intrusives) qui interagit avec un système quantique change de manière fondamentale l'état quantique du système mesuré.

Dans notre exemple, nous avions AVANT MESURE un "poisson soluble dilué" occupant toute la mare selon une distribution de positions plus ou moins concentrée selon les endroits

Et APRES MESURE, nous avons "un poisson matériel" parfaitement situé sur la canne à pêche et prêt à être consommé.

Ce qui va totalement changer en mécanique quantique, ce n’est pas tant l’appel à des modèles décrivant des équations correspondant elles mêmes à des lois que la conception même des PROPRIÉTÉS OBSERVABLES 

La mécanique quantique ne peut absolument pas être comprise si on ne conceptualise pas la distinction entre un objet quantique (microscopique ou pas) et un univers macroscopique où se révèlent les résultats des expériences, les observations décrites par des quantités observables, mesurées / observées 

Cette dichotomie est profonde et si elle n’est pas un principe académiquement présenté pour caractériser la mécanique quantique, c’est le premier principe sur lequel l’incompréhension totale se manifeste si il n’est pas rapidement digéré 

Profonde car celà implique que l’observable (restons sur la seule position dans cet exemple pédagogique) n’existe pas avant la mesure contrairement au cas classique où mesurer / observer consiste à révéler une propriété physique déjà présente 

Je vais aller un peu plus loin pour bien que vous conceptualisiez cet élément fondamental pour comprendre les principes de la mécanique quantique et les débats à son sujet dans l’histoire des sciences 

Déjà en physique classique...apparaîsait une distinction entre "propriétés intrinsèques" que je nommerai attribut et "propriétés extrinseques" que je nommerai propriété

On distingue fondamentalement et malgré des apparences trompeuses d’une étymologie dépassée et hâtive l’attribut en tant que caractéristique ONTOLOGIQUE de l’objet isolé de la propriété comme caractéristique COMPORTEMENTALE en présence d’un autre objet.

Que l’eau dissolve le sucre est une propriété et non un attribut de l’eau...

La décomposition de la lumière blanche par un prisme ne permet pas de considérer les couleurs comme un attribut de la lumière blanche...

En physique quantique (hors expériences particulières les plus récentes) c’est l’acte de mesure qui donne corps à l’observable dans le monde de la perception 

L’observable n’est jamais une propriété de l’objet quantique mais le résultat de l’appareillage entre l’objet quantique et l’appareil de mesure.

La particule élémentaire n’à pas de position bien définie, mais c’est l’acte de mesure qui la positionne

De ce point de vue, la mécanique classique munit l’objet d’attributs ontologique que la mesure ne vient que mesurer alors que la physique quantique ne considère que des observables très différents du système quantique initial (la mesure change l’état du système) 

Cette absence d'attributs....clairs....en mécanique quantique est la principale source de confusion et de polémiques à propos de la mécanique quantique 

Et les différentes interprétations qui en sont faites relèvent toutes de notre grande difficulté à interagir au système quantique sans avoir à le perturber.

Mon objectif sera de donner les clés de compréhension à ces débats et...pourquoi pas....être prêts à comprendre "le théâtre quantique" "helgoland" et les interprétations des auteurs du point de vue conceptuel.

Il y a du boulot sur notre forum....

Quand je lis que la dualité onde corpuscule serait le fondement de la mécanique quantique, c'est juste parce que le fondement le plus important concernant sa compréhension n’est...même pas compris

Amicalement 

Il y a 4 heures, zenalpha a dit :

Post Numéro 2a - Le poisson soluble / notion d’observable

Objectif - comprendre par la métaphore quelques particularités et bizarreries du monde quantique, les différences principales entre système quantique et système classique 

Imaginez une mare si sombre et boueuse qu’on ne peut voir de l’extérieur ni le fond ni aucun élément à l’intérieur.

Un pêcheur extérieur tente sa chance, le poisson mord.

N’importe quel pêcheur sur notre terre en conclue que ce poisson se déplaçait dans la mare à la recherche de nourriture 

Et aucun ne pourrait concevoir que le poisson au bout de sa ligne n’était avant sa pêche miraculeuse qu’une sorte de potentialité de poisson occupant toute la mare....

Pourtant,

Supposons maintenant que la mare représente une boîte "absolument vide" à l’exception d'un électron solitaire (on pourrait considérer un proton, un atome, ou n’importe quel système quantique) et que la canne à pêche représente une sonde introduite dans la boîte capable d’interagir avec l’electron pour renvoyer un signal visible par un observateur (l’experimentateur).

L’observateur physicien classique devrait en conclure de la même manière que l’électron se déplaçait dans la boîte et a rencontré la sonde.

Et il aura tort.

Le physicien quantique sait qu’avant d’interagir, l’électron occupait toute la boîte avec une probabilité plus ou moins grande d’être détecté, LORS DE LA MESURE, en tel ou tel endroit.

C’est "comme si" avant de mordre, le poisson occupait toute la mare, avec des endroits où il était plus dilué et d’autres où il était plus concentré.

Un tel poisson quantique ne correspond à rien de ce que nous avons l’habitude d’observer.

Avant d’aller plus loin, j’aimerai m’arrêter sur le premier point généralement pas compris et sans lequel, il est absolument impossible de comprendre la mécanique quantique.

TOUTE MESURE (hormis les dernières techniques les plus récentes non intrusives) qui interagit avec un système quantique change de manière fondamentale l'état quantique du système mesuré.

Dans notre exemple, nous avions AVANT MESURE un "poisson soluble dilué" occupant toute la mare selon une distribution de positions plus ou moins concentrée selon les endroits

Et APRES MESURE, nous avons "un poisson matériel" parfaitement situé sur la canne à pêche et prêt à être consommé.

Ce qui va totalement changer en mécanique quantique, ce n’est pas tant l’appel à des modèles décrivant des équations correspondant elles mêmes à des lois que la conception même des PROPRIÉTÉS OBSERVABLES 

La mécanique quantique ne peut absolument pas être comprise si on ne conceptualise pas la distinction entre un objet quantique (microscopique ou pas) et un univers macroscopique où se révèlent les résultats des expériences, les observations décrites par des quantités observables, mesurées / observées 

Cette dichotomie est profonde et si elle n’est pas un principe académiquement présenté pour caractériser la mécanique quantique, c’est le premier principe sur lequel l’incompréhension totale se manifeste si il n’est pas rapidement digéré 

Profonde car celà implique que l’observable (restons sur la seule position dans cet exemple pédagogique) n’existe pas avant la mesure contrairement au cas classique où mesurer / observer consiste à révéler une propriété physique déjà présente 

Je vais aller un peu plus loin pour bien que vous conceptualisiez cet élément fondamental pour comprendre les principes de la mécanique quantique et les débats à son sujet dans l’histoire des sciences 

Déjà en physique classique...apparaîsait une distinction entre "propriétés intrinsèques" que je nommerai attribut et "propriétés extrinseques" que je nommerai propriété

On distingue fondamentalement et malgré des apparences trompeuses d’une étymologie dépassée et hâtive l’attribut en tant que caractéristique ONTOLOGIQUE de l’objet isolé de la propriété comme caractéristique COMPORTEMENTALE en présence d’un autre objet.

Que l’eau dissolve le sucre est une propriété et non un attribut de l’eau...

La décomposition de la lumière blanche par un prisme ne permet pas de considérer les couleurs comme un attribut de la lumière blanche...

En physique quantique (hors expériences particulières les plus récentes) c’est l’acte de mesure qui donne corps à l’observable dans le monde de la perception 

L’observable n’est jamais une propriété de l’objet quantique mais le résultat de l’appareillage entre l’objet quantique et l’appareil de mesure.

La particule élémentaire n’à pas de position bien définie, mais c’est l’acte de mesure qui la positionne

De ce point de vue, la mécanique classique munit l’objet d’attributs ontologique que la mesure ne vient que mesurer alors que la physique quantique ne considère que des observables très différents du système quantique initial (la mesure change l’état du système) 

Cette absence d'attributs....clairs....en mécanique quantique est la principale source de confusion et de polémiques à propos de la mécanique quantique 

Et les différentes interprétations qui en sont faites relèvent toutes de notre grande difficulté à interagir au système quantique sans avoir à le perturber.

Mon objectif sera de donner les clés de compréhension à ces débats et...pourquoi pas....être prêts à comprendre "le théâtre quantique" "helgoland" et les interprétations des auteurs du point de vue conceptuel.

Il y a du boulot sur notre forum....

Quand je lis que la dualité onde corpuscule serait le fondement de la mécanique quantique, c'est juste parce que le fondement le plus important concernant sa compréhension n’est...même pas compris

Amicalement 

C'est quoi votre problème de fond au juste ?

Vous rêviez d'être scientifiques et/ou professeur et vous avez raté votre carrière ?

Post numéro 3 : principes conceptuels fondamentaux de la mécanique quantique 

Objectif : s’approprier les principes connus et prouvés en... 2022 afin d’être armé pour revenir sur la genèse de la mécanique quantique et sur les débats interprétatifs

3 concepts et des principes vérifiés

concept 1 : Les observables : j’en ai parlé dans le post précédent, ne pas confondre la manifestation d'un phénomène quantique après mesure (les quantités observables) des attributs du phénomène en soi avant la mesure (les attributs ontologique du système quantique)

L’interprétation du formalisme de la mécanique quantique (et notamment l’effondrement de la fonction d’onde) relève systématiquement d'un sens ontologique à donner à la mécanique quantique.

L’interprétation dite de Copenhague comme le dicton "shut up and calculate" s’est souvent retranché derrière la seule efficacité opérationnelle du formalisme partagée par tous mais beaucoup de travaux et de recherches ont consisté à pouvoir qualifier les structures/attributs quantiques en amont des observables de la théorie 

Concept 2 : Le caractère probabiliste : Une expérience de physique quantique n’est jamais assurément reproductible donc les mêmes conditions initiales, le même dispositif expérimental et le même protocole d’expérience ne donneront pas à chaque fois précisément le même résultat.

Le formalisme pourra permettre de déterminer les probabilités qu’un des résultats potentiels se manifeste lors de la mesure.

Cette probabilité est dite fondamentale. Elle n’est ni liée à notre méconnaissance d'informations relatives au système (existent cependant des modèles dits de variables cachées non locales dont les conséquences sont toute aussi surprenantes que les implications de la mécanique quantique) ni liée à l’imprécision de nos appareils de mesure.

Nous verrons que l’expérience EPR (Einstein Podolski Rosen) a permis de caractériser l’aléa fondamental dans le cas particulier de 2 particules dites intriquées

Concept 3 : Le caractère discret (ou granulaire) : Le nom même de la mécanique quantique vient de "quanta" autrement dit des "grains". Cette nature granulaire ne concerne pas que l’énergie du système quantique mais l’ensemble des propriétés qui définissent son état.

L’image la plus répandue pour imager cette discontinuité des valeurs prises par les observables quantique est par exemple cette notion de saut quantique où la valeur de l’énergie possible pour un électron ne peut prendre que certaines valeurs discrètes et multiples de la constante de Planck.

Ces 3 concepts étant évoqués, j’aimerais évoquer les principes fondamentaux de la mécanique quantique 

Principe 1 : Le principe de superposition : C'est le principe essentiel à partir duquel tous les autres peuvent être déterminés. Dans son livre "Les principes de la mécanique quantique", Paul Dirac explique que l’originalité radicale de la physique quantique par rapport à la physique classique réside dans la généralisation du principe de superposition : le formalisme quantique décrit les états physique par des fonctions appelés vecteurs d’état, susceptibles de s’ajouter les unes aux autres.

La somme de deux états possibles du système est aussi un état possible du système 

Par exemple, si notre poisson soluble qui occupait toute la mare était un électron et si un électron est susceptible d’être ici ou là, alors la mécanique quantique énonce que cet électron peut aussi cumuler les 2 possibilités et être ici et là donc être dans les 2 états à la fois.

Notre poisson soluble, avant mesure...occupe de facto l’ensemble des positions possibles simultanément dans la mare et c’est uniquement lors de la mesure de sa position qu’il matérialisera sa position dans un de ces endroits potentiels 

Avant mesure, cette superposition de l’ensemble des positions potentielles est malgré tout bien réelle puisque la loi de distribution de cette position (la fonction d’onde de Schrödinger) peut être sujette à interférer avec elle même par exemple dans le cas de l’expérience des fentes de young.

Principe 2 : La non commutativité : Est aussi ce qui explique le caractère discret des observables. Exprime le fait que l’ordre dans lequel sont faites les mesures sur une particule (ou quanton on ou quantum du champ) tel que notre électron va changer radicalement le résultat : A x B est différent de B ×A

Si nous mesurons d'abord la "vitesse", le résultat concernant la position ne sera pas le même que si nous mesurons d’abord la position puis la vitesse.

Cette découverte de Heisenberg fut formalisée notamment par Von Neumann et puisque nous sommes dans le topic Alain Connes, c’est sa géométrie non commutative qui a permis des avancées sur lesquelles je reviendrai....

Principe 3 : Le principe d'indétermination : Est justement la conséquence directe de la découverte de la non commutativité par Heisenberg. On ne peut utiliser les concepts mathématiques qui correspondent à certains couples d’observables dites complémentaires (telles que la position et la "vitesse") qu’en intégrant un certain flou dans la fixation des valeurs.

Et par exemple plus on a de certitudes sur la position d’un électron moins on en a sur sa vitesse.

La encore, la constante de Planck vient cadrer l’indetermination, le produit de l’indetermination sur la vitesse par l’indetermination sur la position étant égal à la constante de Planck sur 4pi.

Principe 4 : Les ondes de De Broglie et de Schrödinger : correspondent notamment et justement dans cette perspective d’indetermination à la probabilité de TROUVER la particule/quanton/quantum du champ en un endroit donné.

La particule n’est plus ce point matériel naïvement conceptualisé à localisation et vitesse précise mais un paquet d’ondes probabiliste, c’est à dire une superposition de mouvements potentiels dans toutes les directions (Rovelli parle de nuage de probabilités).

Il n’est donc plus possible de lui assigner une position déterminée mais on peut évaluer les chances qu’on a de la trouver dans une certaine portion d’espace (c’est un des rôles de la fonction d’onde de Schrödinger j’y reviendrai)

Principe 5 : Le principe de complémentarité de Bohr : met justement un point final à la dualité onde corpuscule puisque LA MANIFESTATION corpusculaire ou LA MANIFESTATION ondulatoire après observation/mesure sont deux représentations complémentaires d’une même et unique réalité fondamentale 

Un "être physique quantique" fondamental peut nous apparaître tantôt sous forme de corpuscule tantôt sous forme d’onde 

Principe 6 : Le principe de correspondance : jette un pont entre physique classique et physique quantique.

Quand le nombre de quantons atteind un certain seuil, la théorie quantique conduit au même résultat que la physique classique 

Cette conciliation dissimule de facto une annexion de la physique classique par la physique quantique, la première n’étant plus considérée que comme un cas limite de la seconde.

Mais nous reverrons celà plus en détail dans le cadre du principe de moindre action appliqué aux intégrales de chemins de Feynman (bien plus tard...quand on sera apte à comprendre...)

La frontière quantique classique n’est d’ailleurs pas nette et est un sujet passionnant en soi (exemple les supra conducteurs et super fluides continuent à suivre des lois quantique à l’échelle macroscopique, des intrications quantique ont été réalisées à l’échelle mésoscopique et la lutte contre la decoherence des systèmes quantique est le nerf de la guerre de l’ordinateur quantique)

principe 7 : l’indiscernabilité : En physique classique, on peut toujours distinguer des atomes d’un même élément ou des électrons "gravitant" autour d’un noyau atomique ne serait-ce qu’en les numerotant

En physique quantique cette possibilité même théorique disparaît 

Il n’y a plus de trajectoire pour les particules mais des fonctions d’onde associées qui se recouvrent et il est impossible même en principe de distinguer laquelle est laquelle lorsqu’elles se séparent après avoir interagi

Il n’y a que deux façons identiques de distribuer des particules identiques entre différents états

Dans l’une devinée par Bose pour les photons et étendue par Einstein pour les bosons, un nombre arbitraire de particules peuvent se trouver dans le même état sans possibilité de distinction, voilà pourquoi les bosons se regroupent

L’autre règle entrevue par Pauli puis explicitée par Fermi et Dirac, concerne les fermions donc en particulier notre électron illustratif de mon exposé 

C’est le principe d’exclusion de Pauli 

Alors que la règle bosonique favorise à basse température le Rassemblement dans l’état d’énergie la plus basse, la statistique de Fermi Dirac oblige les fermions à se repartir entre tous les états d’énergie possible sans que jamais plus d’une particule n’occupe un même état

Ce principe quantique est essentiel pour expliquer la structure des atomes donc de la matière 

C’est parce que 2 électrons ne peuvent occuper le même état quantique que les atomes successifs du tableau de la classification périodique des éléments sont de plus en plus gros, les électrons devant occuper des orbites de plus en plus éloignées 

C’est aussi grâce à ce principe que, bien que les atomes soient essentiellement vides, on ne passe pas au travers du plancher....

Maintenant que nous connaissons quelques principes, on va pouvoir comprendre une ou deux choses concernant les débats à propos de la mécanique quantique 

Modifié le 3 janvier 2022 par zenalpha

il y a 3 minutes, SolarisXXX a dit :

C'est quoi votre problème de fond au juste ?

Vous rêviez d'être scientifiques et/ou professeur et vous avez raté votre carrière ?

Et si nous parlions du tien qui consiste à intervenir sur des sujets qui ne t’intéressent pas pour ne rien dire ?

Non sans intérêt 

il y a 9 minutes, zenalpha a dit :

Et si nous parlions du tien qui consiste à intervenir sur des sujets qui ne t’intéressent pas pour ne rien dire ?

Non...pas intéressant 

Pourquoi cela : je n'ai rien dit de désagréable, je crois ? Sauf répondre à une pelure qui prétendait qu'une plaisanterie ça pouvait faire jaser....

Modifié le 3 janvier 2022 par azad2B

il y a 2 minutes, azad2B a dit :

Pourquoi cela : je n'ai rien dit de désagréable, je crois ? Sauf répondre à une pelure qui prétendait qu'une plaisanterie ça pouvait faire jaser....

Je te pardonne mon fils.

Comme je ressens du fretillement post synaptique, voici 4 vidéos travaux pratique 

Vous devriez avoir désormais suffisamment d’éléments conceptuels pour les expliquer correctement si ça vous tente

Je relèverai vos copies si elles le méritent d’ici mon prochain post

Les équations sont bienvenues si vous êtes plus à l’aise

 

 

Enlèves vite la vidéo n° 4 , la seule que j' ai regardée : elle prête à confusion. Ce n'est pas en ajoutant des électrons que l'on passe d'un élément à l'autre. Cette opération ne fait que ioniser le corps initial.

Et comment "faire grossir un noyau" ?. Pas clair non plus. Avec des neutrons en plus, le corps peut devenir un isotope mais il reste à la même place dans le tableau.

C'est donc des protons qu'il faut rajouter... mais cela n'est pas dit.

Bien sûr, je suis certain que tu as posté cette vidéo dans le seul but de vérifier si tes élèves te suivaient avec assiduité .

il y a 14 minutes, azad2B a dit :

Enlèves vite la vidéo n° 4 , la seule que j' ai regardée : elle prête à confusion. Ce n'est pas en ajoutant des électrons que l'on passe d'un élément à l'autre. Cette opération ne fait que ioniser le corps initial.

Et comment "faire grossir un noyau" ?. Pas clair non plus. Avec des neutrons en plus, le corps peut devenir un isotope mais il reste à la même place dans le tableau.

C'est donc des protons qu'il faut rajouter... mais cela n'est pas dit.

Bien sûr, je suis certain que tu as posté cette vidéo dans le seul but de vérifier si tes élèves te suivaient avec assiduité .

Oui, je suis d’accord avec ta question 

Ce qui est certain, c'est qu'Alain Connes évoque dans plusieurs conférences et dans son livre matière à penser le caractère generatif des mathématiques notamment au travers du formalisme quantique 

"Comment ne pas être troublé par la possibilité de retrouver le tableau périodique des éléments de Mendeleev à partir de l’équation de Schrödinger et du principe d’exclusion de Pauli ?" (Alain Connes)

Et perso, je comprends ce principe que les électrons "injectés" un par un doivent progressivement occuper les 7 couches électronique de l’atome même si ce n’est pas suffisant pour expliquer l’ensemble de la constitution du tableau périodique des éléments depuis les principes quantique 

Du reste, c’est bien le spectre des atomes dû au saut des électrons d’un niveau d’énergie à l’autre qui permet de les caractériser (formule de Rydberg)

Donc non, je ne suis pas surpris par cette représentation mais je suis pas non plus hyper calé sur ce sujet

Cette vidéo est extraite de toutestquantique.fr qui est supervisé par Bobrof que j’apprécie

On la retrouve aussi ici

https://fr.wikipedia.org/wiki/Tableau_périodique_des_éléments

Mais arrive ce moment où les scientifiques du forum peuvent tenter l’expérience de creuser le sujet et nous dire ce que Connes et Bobrof signifient avec leur présentation et peut-être les limites de leur raisonnement.

Je doute quand même que Connes s’extasie du fondement de la chimie par la mécanique quantique à tort mais pourquoi pas ?

La je dirais....les scientifiques du forum serviront ils a quelque chose ?

Ce serait une première et je suis à l’écoute bien sûr