Le temps

[curieux]

Comment ça se fait qu'il existe des vitesses supra-luminique au niveau des désintégrations de particules

Il n'y a pas de vitesse supra-luminique dans les interactions matérielles.
Ce que tu mentionnes sont des illusions qui ne transportent aucune information, ni aucun objet.
Ex : La vitesse d'une lumière projetée depuis un émetteur rotatif peut donner cette impression d'une vitesse quasi infinie, mais comme le démontre la RR il n'y a pas de transport d'information exploitable.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_s ... _quantique

[ABC]

Non, rien n'est déterminé "à l'avance" dans le déterminisme de "tout", du moins pas sans connaitre toutes les positions et comportement de tout les objets de l'univers et de toutes les forces et les lois qui les régissent (ce qui est impossible aussi bien quantitativement que qualitativement).

Ça va même encore plus loin que ça.

Un groupe assez conséquent de physiciens de très haut niveau tels que Aharonov, Bergmann, Lebowitz, Albert, Vaidman, Popescu, Tollaksen, Rohrlich, Cohen, Elitzur et pas mal d'autres ont contribué à développer une formulation time-symmetric de la physique quantique à deux vecteurs d'état et ses retombées concrètes observables

• comme la mesure faible
• ou encore la mesure d'un effet Hall quantique.

Cette formulation, rendant explicitement compte de la symétrie T des lois de la physique (1), prend en compte :

• un état quantique se propageant du passé vers le présent, jusque là ça va,
• un état quantique se propageant du futur vers le présent.

Et là, ça rentre pas mal en conflit avec notre intuition de bon gros observateur macroscopique. Nous sommes en effet prisonniers d'une vision causale et déterministe des faits d'observation dans notre vie quotidienne.

A titre d'exemple, pour pouvoir prédire les résultats de mesure faible de spin horizontal d'un ensemble de spin 1/2 tous en état initial de spin vertical up par exemple, il faudrait connaître l'état de spin horizontal postérieur à ces mesures faibles obtenu à l'issue de mesure fortes de spin horizontal....

... Et ça marche mais seulement après coup (donc on ne prédit rien du tout). Le spin horizontal faible obtenu par moyenne de mesures faibles de spin horizontal anticipe le résultat de mesure forte de spin horizontal obtenu postérieurement sur les spin 1/2 post sélectionnés dans un même état de spin horizontal (par exemple un état de spin horizontal droit).

Ce phénomène peut s'interpréter, selon le groupe des physiciens cités ci-dessus et ceux qui adhèrent à ce point de vue, comme une action rétrocausale d'évènements futurs sur des résultats de mesure faible présents (cf. Can a future choice affect a past measurement's outcome par exemple).

Bref, selon cette interprétation, le présent semble déterminé par la conjonction de faits s'étant produits dans le passé et de faits qui se produiront dans le futur. En tout cas, indépendamment de considérations d'interprétation, une information aussi complète que la science actuelle peut donner de l'état présent d'un système observé n'est absolument pas suffisante pour prédire son état futur.

A ce jour, l'indéterminisme de la mesure quantique ne rencontre plus beaucoup d'opposants parmi les physiciens (2). Concernant l'interprétation rétrocausale, bien qu'elle ne fasse pas l'unanimité (loin s'en faut mais, par contre, les faits d'observation eux-mêmes, la compatibilité des prédictions avec les faits d'observation et la cohérence mathématique de l'interprétation proposée ne sont pas contestés), plusieurs travaux de recherche réalisés par des physiciens de renom pointent dans cette même direction.

Voir par exemple le passé bouge encore de Alain Connes et les travaux qui l'amènent à défendre cette position. Cf.

• Von Neumann Algebra Automorphisms and Time-Thermodynamics Relation in General Covariant Quantum Theories C. Rovelli et A. Connes (plus mathématicien que physicien pour ce dernier)
• Diamonds's Temperature: Unruh effect for bounded trajectories and thermal time hypothesis P. Matinetti, C. Rovelli

(1) La symétrie T n'est en fait qu'imparfaitement respectée. L'interaction faible viole la symétrie T mais respecte toutefois la symétrie CPT, i.e. pas de fuite "objective" d'information, fuite objective d'information dont on aurait pourtant besoin pour faire émerger un écoulement objectivement irréversible du temps. Pour ma part, je pense que cette volonté d'objectiver l'écoulement irréversible du temps repose sur une erreur en fait philosophique introduisant, dans le domaine science, une notion d'objectivité qui n'y a pas sa place.

En effet, il n'y a pas de science possible sans observateur et pas de grandeur physique sans interaction entre un système observé (auquel est attribué cette grandeur physique) et un observateur (ou, pour ce qui concerne le domaine de la science, une classe d'observateurs d'accord sur ce qu'ils observent).

Les grandeurs physiques et les lois de la physique doivent, à mon avis, être considérées comme des outils d'inférence statistique comme le défendent les physiciens positivistes (un point de vue que, pour ma part, j'ai eu énormément de mal à digérer bien que, depuis très longtemps, je ne voyais pas de moyen de le contrer).

A noter que la question de la fuite d'information requise pour faire émerger des évolutions irréversibles touche à un débat qui n'est pas encore clos concernant la conservation, ou pas, de l'information et le caractère "objectif" ou pas de la fuite d'information requise pour faire émerger un écoulement irréversible du temps.

Ce sujet de l'écoulement irréversible du temps et de son lien avec la fuite d'information hors de portée de l'observateur est en partie adressé dans les deux documents de Connes, Rovelli et Martinetti ci-dessus.

(2) Quelques physiciens (tels que Goldstein, Valentini, Scarani ou encore Bricmont par exemple) appartenant au camp des réalistes refusent encore ce point de vue indéterministe et parviennent à défendre leur croyance au déterminisme par un modèle approprié (le formalisme quantique de Bohm De Broglie). Cela se fait toutefois au prix de l'introduction de grandeurs à ce jour inobservables et en violant la localité (au niveau interprétatif). Ce point de vue peut cependant être jugé défendable puisqu'il repose sur une théorie mathématiquement cohérente et dont les prédictions sont conformes à l'observation à condition, toutefois, de ne pas être un occamien intégriste.

[Dash]

Par le passé, pour certains de tes paragraphes où tu tentes d'expliquer l'écoulement irréversible du temps, les classes d'observateur, etc., j'arrive, grosso modo, à saisir l'essentiel ou le fonds. Par contre, là, j'avoue que j'ai du mal. Bon, c'est normal, puisque ne sachant trop à quoi correspondent « mesure faible de spin horizontal », « état initial de spin vertical up », etc., et que je me contente de saisir les implications logiques, ne reste que :

Pour pouvoir prédire les résultats d'une mesure x d'un ensemble de moitié de x tous en état initial contraire à x, il faudrait connaître l'état de x postérieur à ces mesures de x obtenu à l'issue de mesure contraire à x (contraire, mais cette fois forte VS faible et non pas vertical VS horizontal).

... Et ça marche, mais seulement après coup (donc on ne prédit rien du tout). L'État observé obtenu par moyenne de mesures de cet état anticipe le résultat de mesure du contraire de cet état obtenu postérieurement sur les moitiés d'états post sélectionnés dans un même état.

Donc, avec ce qu'il m'est possible de saisir, et juste pour le plaisir...

L'instant présent ne pourrait-il être qu'un leurre? Un abus de langage en ce sens qu'il n'a de sens (ou prend forme) qu'en rapport avec ce qu'on veut— arbitrairement — observer~mesurer justement?

J'veux dire, conceptuellement, on ne peut observer que ce qui est (VS ce qui n'existe pas) et donc, pour tout changement (changement implique mouvement), ce qu'on observe n'est que ce qui diffère entre l'instant t-1 (ou plus) de l'instant t lors de l'observation. Sauf que l'observation étant un processus dynamique qui ne s'exerce que dans le temps (même pour un appareil de mesure), ce que nous désignons comme étant « le présent » lors d'une observation est, nécessairement, déjà, quelque chose de passé (de réalisé!), par définition. Sinon il ne serait pas!

J'ai du mal à me représenter l'instant présent (ou même « l'instant t ») en tant que truc objectif non-arbitraire, hors impression psychologique humaine où l'on emploie le terme, dans la mesure où le temps est nécessairement divisible à l'infinie (j'ai lu que la plus faible durée d'impulsion contrôlable en PQ atteignait la durée de 12 attosecondes et qu'ensuite, pour la zeptoseconde, yoctoseconde, etc., ces dernières n'étaient pas mesurables avec les instruments actuels).

Donc, selon ma représentation, en fait, nous n'observons jamais vraiment l'instant présent. Hors aspect psychologique, la seule chose qui nous permet de distinguer le passé de ce que l'on nomme « présent » lors de la mesure, c'est le moindre changement concernant ce qu'on observe à cet instant VS ce qu'il était à l'instant d'avant (ou encore plus précédents). Mais en réalité ils font (les états et mesures) tous partie du passé, le temps présent de l'observation n'étant que le dernier état mesuré et connu de ce qui est déjà, nécessairement, passé! Non?

Autrement dit, il n'y a toujours que du passé et uniquement du passé, ainsi que la toute dernière mesure concernant le passé le « plus proche » (la dernière mesure effectuée) ainsi que le futur (correspondant en fait à ce qui ne peut être mesuré, car n'existant pas encore, ne s'étant pas encore manifesté) et rien d'autre. Le présent est un abus de langage en ce sens. Mais au final ça ne change rien et je suis probablement en train de perdre mon temps!

Bref, un possible rapport quelconque avec la choucroute ou bien ça n'a aucune pertinence puisque je me rabat que sur ce qu'il est possible de me représenter conceptuellement, faute de savoir ce qu'implique les spins forts/faibles/horizontaux/verticaux?

Désolé de ne pas être plus intéressant~pertinent! C'est ce qui arrive quand on n'y connait rien sur un sujet et qu'on tente de participer tout de même à la discussion!

Sinon, j'arrive aussi à « m'auto-vulgariser » ton message en me représentant deux bolides de course, dont celui qui est derrière l'autre bénéficie de l'effet d'entrainement (aspiration aérodynamique) du premier.

Bon, cette vulgarisation est une fausse temporalité puisqu'on peut dire que les deux bolides avancent simultanément au même moment présent même si l'un est devant l'autre, mais aux fins de vulgarisation, je considère que le premier est en avance dans le temps relativement à la course et que pour connaitre « le présent » du 2e bolide, faut nécessairement connaitre « le futur » (bolide « en avance » dans la course) qui lui fournit l'aspiration, mais jusqu'à quand?

Mais c'est insensé puisqu'en fait c'est le premier bolide qui fait partie du passé relativement au 2e bolide qui atteint la position du premier par la suite. Ce qui m'amène à réaliser que même si nous pouvions connaitre un état futur, dans le but de déterminer un instant présent, le fait d'en prendre connaissance, tout juste avant d'effectuer une interprétation, place en fait cette information dans le passé de l'état anticipé, de par la relation qui s'établit entre l'observateur, venant de prendre connaissance de cette info, et l'exploitant envers l'objet de son observation. Non?



Bref, j'ai l'impression de tourner en rond, que tout est toujours et nécessairement relativement lié entre l'observateur/l'observé pour ce genre de sujet qui dépasse mes petits moyens.

Et c'est une vraie plaie de tenter de vulgariser et/ou de se représenter ces notions avec des « références macroscopiques » et communes du quotidien! C'est l'enfer la PQ!

Il y en a qui font des mots croisés pour maintenir leur activité cérébrale et d’autres, comme moi, qui lisent du ABC et tente d’y comprendre quelque chose!

[ABC]

qu'implique les spins forts/faibles/horizontaux/verticaux?

Je précise ce point.

La mesure quantique (sous-entendu forte)
Avant les travaux de Aharonov, Vaidman et la découverte de la mesure faible en 1988 (à ma connaissance pas encore largement connue des physiciens non spécialistes du domaine) ce que l'on connaissait, c'était seulement la mesure quantique "normale" (que maintenant on qualifie de mesure quantique forte quand il est nécessaire de la distinguer de sa petite sœur : la mesure faible).

Ce qui a beaucoup choqué les physiciens au début du 20ème siècle lorsqu'ils ont découvert la physique quantique (et tout particulièrement la mesure quantique) c'est le fait que, contrairement à la physique classique, on ne mesure pas l'état dans lequel le système se trouvait avant la mesure, mais l'état dans lequel on projette le système en réalisant une mesure quantique. Ce brutal changement d'état du système quand on l'observe, ça s’appelle la réduction du paquet d'onde (the collapse of the quantum wave).

On n'a aucun moyen de connaître l'état quantique que le système avait avant de réaliser une mesure quantique (sous-entendu forte) peut-être bien parce que l'état quantique n'est pas une propriété objective du système mais une propriété qui émerge de l'interaction du système avec l'observateur. On sait donc seulement recueillir l'état quantique que notre mesure lui fait prendre.

Par ailleurs, dans le cas où on a une connaissance aussi parfaite que possible de l'état quantique du système observé avant la mesure (parce qu'on vient de faire une mesure quantique forte par exemple), on ne peut pas prédire le résultat de mesure si le système n'est pas dans un état propre de la nouvelle observable mesurée (par exemple si on mesure le spin horizontal d'un spin 1/2 alors qu'il est en état initial de spin vertical).

De façon plus précise, quand :

• un spin 1/2 est dans un état initial de spin vertical up (on peut voir ça comme une sorte de petite toupie tournant dans le sens anti-horaire quand on la regarde en vue de dessus)
• si on réalise une mesure quantique de son spin horizontal,
• il prend, très docilement, un spin horizontal.

"Spin, es-tu horizontal ?" "Oui, oui !" répond-il avec empressement quel que soit son état initial.

Par contre, à l'issue de notre mesure de spin horizontal, notre spin 1/2 initialement vertical a :

• 50% de chance de se retrouver en état de spin horizontal droit (qu'on peut voir comme une petite toupie d'axe horizontal tournant dans le sens anti-horaire quand on la regarde en étant placé à sa droite)
• 50% de chance de se retrouver en état de spin horizontal gauche.

C'est complètement contraire à la physique classique où la mesure ne consiste pas à créer de l'information mais à recueillir une information préexistante à l'observation. En physique classique, le résultat d'observation ne doit rien, ni à l'observateur, ni à l'acte d'observation. En physique classique, l'acte d'observation ne modifie nullement l'état du système observé. Cela garantit la reproductibilité des résultats de mesure.

Bref, la physique classique, la physique de la fin du 19ème siècle, est à l'origine de la croyance encore vivace

• dans le caractère objectif que nous avons tendance à attribuer aux propriétés de l'univers avec lequel nous interagissons (alors que ces propriétés présentent, en fait, seulement un caractère intersubjectif).
• dans le caractère déterministe que nous attribuons à l'évolution de notre univers (le futur existerait déjà et il serait déjà tout tracé)
• l'idée selon laquelle nous serions des sortes de marionnettes d'un espace-temps figé donc sans aucune possibilité d'agir sur son évolution.

Un petit nombre de physiciens restent encore attachés aux hypothèses ci-dessus malgré un conflit (ou plutôt une absence de preuve, ce qui n'est pas la même chose, mais Occam est parfois un peu psychorigide) avec les faits d'observation.

Bit classique et Quantum bit dit Qbit
J'insiste encore un peu sur la différence entre mesure classique et mesure quantique en explicitant la distinction entre bit classique et bit quantique.

Bit classique
C'est un nombre qui ne peut valoir que 0 ou 1. On peut donc voir un bit classique comme une pièce de monnaie (posée sur une table par exemple), ne pouvant avoir que deux valeurs : pile ou face (ce point là, tu le sais mieux que moi, mais je commence par le début). Faire une mesure classique c'est juste regarder la pièce et noter si elle est dans l'état pile ou dans l'état face.

Le résultat de mesure d'un bit classique est objectif. Il ne dépend nullement de l'observateur et de l'acte d'observation. Une observation/mesure de notre bit classique ne modifie nullement l'état de notre bit classique. Cela garantit la reproductibilité des résultats de son observation.

Qui plus est, en physique classique, quand on connait parfaitement l'état initial d'un système isolé quel qu'il soit (et sa loi d'évolution) on peut prédire exactement son état futur (2).

Bit quantique
Un spin 1/2 est un bit quantique. Il ne peut prendre que deux états quantiques, mais ça peut être

• deux état suivant un axe vertical (up ou down) si on le mesure selon un axe vertical
• deux états selon un axe horizontal vu de face (right ou left) si on le mesure selon un axe horizontal vu de côté
• deux états selon un axe horizontal qui pointe vers nous, si on le mesure selon un axe horizontal qui pointe vers nous.

On n'a donc que deux résultats possibles, en fait, mais selon n'importe quelle direction choisie par l'observateur

• C'est l'observateur qui choisit l'axe de mesure (ou le plan de plaquage qui lui est perpendiculaire si on préfère l'image de la pièce de monnaie)
• c'est le hasard quantique qui décide si on va trouver pile ou face
• et quand deux "plans" de mesure successifs sont proches, le résultat n'est plus cinquante/cinquante, mais, avec une probabilité cos²(alpha), l'état pile ou l'état face le plus proche de celui mesurée sur le "plan" correspondant à la précédente mesure.
  Où alpha désigne l'angle entre le nouveau "plan de plaquage" de notre "pièce quantique" (notre spin 1/2) et le précédent "plan de plaquage".

Bien noter, par contre, que si on mesure 2 fois le même spin dans la même direction la 2ème mesure confirme la 1ère, même si elle est réalisée par un 2ème observateur. L'intersubjectivité est donc bien respectée, même en physique quantique.

En physique quantique, nous ne sommes pas des observateurs recueillant passivement une information préexistante à l'observation. Il apparaît bien plus clairement ce que la physique classique nous avait un peu fait oublier : nous ne sommes pas des observateurs passifs soumis à un univers régi par des lois déterministes immuables, mais des obseracteurs dans un monde non déterministe sujet au hasard quantique dans lequel nous observons l'état dans lequel nous avons mis le système observé lors de notre observaction...
...mais c'est toutefois le hasard quantique qui finit de choisir l'état quantique dans lequel termine le système suite à notre observaction (seulement deux états possibles, selon la direction que nous avons choisi d'observer, dans le cas d'une mesure sur un système quantique dit à deux états comme un spin 1/2).

La mesure faible
En 1988, les travaux de recherche de Aharonov et Vaidman ont montré la possibilité de réaliser des mesures quantiques plus "douces" dites mesures faibles.

Contrairement aux mesures fortes, les mesures faibles ne modifient que peu l'état du système observé (1)
Mais il y a un prix à payer. Chaque mesure faible ne recueille qu'une toute petite quantité d'information. Un résultat de mesure faible unique, c'est un peu n'importe quoi. Il est brouillé par le hasard quantique.

Les résultats de mesure faible ne font apparaître un résultat significatif que si on réalise la moyenne d'un grand nombre de mesure faibles sur des systèmes quantiques tous dans un même état initial par exemple.

L'interprétation rétrocausale de la corrélation mesure faible/mesures fortes postérieures"

• On considère un ensemble de, mettons, 5000 spin 1/2 tous en état de spin vertical up,
• on procède à la moyenne des mesures faibles de spin vertical de ces 5000 spin 1/2,
• on procède à la moyenne des mesures faibles de spin horizontal de ces 5000 spin 1/2,
• on constate, ce n'est pas bien surprenant, que le résultat de mesure faible vertical est conforme à l'état de spin vertical up.
• On trouve que le résultat de mesure faible horizontal a une moyenne nulle.

Pas de surprise pour l'instant donc.

Maintenant :

• on réalise postérieurement à ces mesures faibles, une mesure forte de spin horizontal,
• on sépare les spin 1/2 en deux groupes :
  • le groupe d'environ 2500 spin 1/2 se retrouvant en état de spin horizontal droit (50% de spins droits obtenus conformément aux statistiques quantiques)
  • le groupe d'environ 2500 spin 1/2 se retrouvant en état de spin horizontal gauche (50% de spins gauches obtenus conformement aux statistiques quantiques)

On fait la moyenne des mesures faibles des spins 1/2 post-sélectionnés en état de spin horizontal droit. Et là, oh surprise ! On constate que les résultats de mesure faible antérieurs à ces résultats de mesure forte avaient anticipé ces résultats de mesure forte. La moyenne des mesures faibles de spin horizontal confirme le spin horizontal droit obtenu par des mesures fortes pourtant postérieures.

La corrélation mesures faibles/mesures fortes antérieures est donc parfaitement symétrique de la corrélation mesure faibles/mesures fortes postérieures. La symétrie T ne saute pas à nos yeux d'observateurs macroscopiques mais elle s'avère parfaitement respectée.

Symétrie T, rétrocausalité et principe de causalité

Aharonov et Vaidman proposent d'interpréter cette corrélation time-symmetric entre mesures fortes et mesures faibles comme une action causale des mesures fortes antérieures et rétrocausale des mesures fortes postérieures agissant, pour ces dernières, à rebrousse-temps sur les mesures faibles antérieures.

Bien noter que cette interprétation n'est pas requise par les résultats d'observation. Elle est seulement compatible avec les faits d'observation et suggérée par le fait que la corrélation des mesures fortes antérieures avec les mesures faibles est exactement la même que la corrélation des mesures fortes postérieures avec ces mêmes mesures faibles.

La formulation dite time-symmetric de la physique quantique proposée par l'école de pensée des Aharonov, Vaidman et consort considère le principe de causalité comme une conséquence du manque d'information de l'observateur sur les évènements futurs.

L'information accessible à l'observateur, les évènements passés, les évènements futurs
Détaillons un peu ce point. Nous avons accès à des traces facilement décodables du passé :

• les os de dinosaures attestant de leur existence passée,
• l'herbe mouillée ce matin après un orage attestant du fait qu'il a plu la veille,
• les couches sédimentaires attestant des (et nous informant sur) les évolutions géologiques passées,
• les cernes de croissance des troncs d'arbres visibles quand on les coupe...

Ces traces irréversibles du passé (enregistrées dans des bains thermiques) assurent, grâce à une forte redondance de l'information, reproductibilité et robustesse des informations ainsi enregistrées. C'est la base de notre interprétation de ce qui est passé et de ce que sont les propriétés perçues comme objectives de l'univers observé.

A l'inverse, nous n'avons pas de traces facilement décodables du futur :

• pas d'os des futurs animaux n'existant pas encore,
• vaguement quelques nuages noirs suggérant la possible survenue d'un orage,
• pas de cernes attestant de la croissance future des arbres...

Les atomes formant les os des futurs animaux sont pourtant déjà là. Voui mais pas assemblés sous une forme facilement décodable. De plus, certains de ces atomes ne sont peut-être pas encore présents sur notre planète.

Au vu de ces éléments, où donc est-elle la dissymétrie temporelle qui transforme la corrélation mesures faibles/mesures fortes antérieures en relation de causalité, alors que cette même relation de corrélation, mais entre mesures faibles et mesures fortes postérieures, n'est pas perçue comme une relation de causalité ?

La causalité, c'est nous qui en sommes à l'origine en raison de notre manque d'information relativement à des évènements que nous classons dans la catégorie évènements futurs car nous n'avons pas, à leur sujet, d'informations

• facilement décodables,
• stockées de façon fortement redondante (donc robustes aux agressions de l'environnement et lisibles sans altération donc reproductiblement)
• dans des enregistrement irréversibles (des bains thermiques) donc lisibles sans altération ou perte d'information par les observateurs macroscopiques que nous sommes.

Bref :

• les faits que nous classons comme des faits futurs sont ceux pour lesquels nous n'avons pas d'accès à une information facilement décodable,
• les faits que nous classons comme des faits passés sont ceux pour lesquels nous avons accès à une information facilement décodable.

Le principe de causalité se traduit par des relations cause-effet se propageant du passé vers le futur. Ces relations causales sont les relations de corrélation entre des évènements présents et des évènements que nous classons comme appartenant au passé parce que nous avons, à leur sujet, des informations irréversiblement enregistrées (dans des bains thermiques), donc facilement décodables, robustes et lisibles de façon reproductible. Le principe de causalité apparaît donc, de ce point vue, comme la conséquence de nos limitations d'accès à l'information.

(1) Qui plus est, les mesures faibles ne provoquent qu'une faible intrication, à la chat de Schrödinger, avec l'appareil de mesure, contrairement au cas des mesures quantiques fortes où l'appareil de mesure se met dans un état quantique superposé corrélé avec les différents états quantiques possibles du système observé à l'issue de la mesure.

(2) Les systèmes régis par une dynamique dite du chaos déterministe n'échappent à cette règle de prévisibilité qu'en raison de la précision nécessairement limitée avec laquelle on peut mesurer l'état initial du système observé. Toutefois, pour de tels systèmes (dits non intégrables au sens de Poincaré), par passage à la limite dite thermodynamique dans le cadre des modèles de l'école dite de Bruxelles-Austin impulsée par Prigogine, il y a apparition simultanée d'indéterminisme et d'irréversibilité, c'est à dire fuite d'information sans avoir à l'introduire "à la main" (contrairement à ce qu'est contraint de faire Boltzmann, via l'hypothèse dite du chaos moléculaire dans son étude de l'évolution irréversible de l'état d'un gaz parfait isolé), .

[Raphaël]

L'instant présent ne pourrait-il être qu'un leurre?

Pour moi c'est le contraire. Il n'existe rien dans notre espace-temps en dehors de l'instant présent.

Ceux qui ne sont pas d'accord n'ont qu'à me dire où je peux trouver un tricératops vivant et je changerai d'idée, promis.

[Dash]

@ABC

Big thx pour les infos, je vais lire ça ce soir...

[Dash]

Pour moi c'est le contraire. Il n'existe rien dans notre espace-temps en dehors de l'instant présent.

Oui, pour moi aussi, mais c'était concernant les mesures. Forcément, une mesure fait immédiatement partir du passé dès l'instant t+1 suivant. Si en plus on implique l'observation consciente de cette dernière, ben difficile de dire que ce qu'on observe (cette mesure passé) correspond à l'instant précisément présent, bref, tu vois le genre!

[Raphaël]

Oui, pour moi aussi, mais c'était concernant les mesures. Forcément, une mesure fait immédiatement partir du passé dès l'instant t+1 suivant. Si en plus on implique l'observation consciente de cette dernière, ben difficile de dire que ce qu'on observe (cette mesure passé) correspond à l'instant précisément présent, bref, tu vois le genre!

De ce point de vue tu as raison. La prise de conscience d'une information prend toujours un certain temps. Notre cerveau est équipé pour donner une impression de durée au temps ce qui fait qu'on perçoit le passé immédiat comme du présent mais dans la réalité l'instant présent est toujours un peu dans le futur par rapport à ce qu'on perçoit.

[Dash]

[...]

Pendant un court instant, j'ai pensé que des « spin » ce n'était rien d'autre que les mouvements réels et dans quel sens, etc., mais me suis vite aperçu que c'était pas aussi simple!

...c'est le fait que, contrairement à la physique classique, on ne mesure pas l'état dans lequel le système se trouvait avant la mesure, mais l'état dans lequel on projette le système en réalisant une mesure quantique. Ce brutal changement d'état du système quand on l'observe, ça s’appelle la réduction du paquet d'onde

Jusque là ça va, ça faisait partie de ma culture générale (tout comme le chat de schrodinger, les états superposés, la réduction, etc.). Sauf qu'avec ce sujet (la PQ), quand il se passe plusieurs mois entre mes lectures (de la vulgarisation uniquement), j'en perds des bouts.

Je viens de faire quelques recherches et comme j'avais en mémoire, ce n'est pas aussi simple. Je lis qu'au départ :

« le spin était interprété comme étant un moment cinétique intrinsèque/rotation de la particule sur elle-même, mais que c'est trop naïf [...] qu'il y a dans la particule une rotation qui n’est pas une rotation mécanique et n’est pas liée au mouvement de la particule et que c'est ça le spin [...] qu'un photon peut donc être modélisé comme un anneau en rotation, mais que ces images géométriques trop précises ne sont pas appréciées des physiciens modernes. »

Bref, ma mémoire ne me jouait pas des tours, ce n'est pas aussi simple que de s'imaginer des spins. Mais bon, au final c'est pas vraiment une surprise.

Bit quantique
Un spin 1/2 est un bit quantique. Il ne peut prendre que deux états quantiques, mais ça peut être

• deux état suivant un axe vertical (up ou down) si on le mesure selon un axe vertical
• deux états selon un axe horizontal vu de face (right ou left) si on le mesure selon un axe horizontal vu de côté
• deux états selon un axe horizontal qui pointe vers nous, si on le mesure selon un axe horizontal qui pointe vers nous.

Jusque là, ça va, je suis, sauf qu'il y a un truc qui m'embête depuis le début. Il y a quelque chose qui m’apparaît être un truisme/pléonasme (quand on monte, c'est forcément vers le haut). Quoi de plus normal que notre mesure corresponde à l'axe arbitrairement choisi?



C'est supposé être « spécial, étonnant », propre à la PQ?

J'veux dire, c'est pareil en physique ainsi qu'au quotidien : si je choisis de mesurer ma table sous l'axe de sa largeur, il est évident que je n'obtiendrai pas sa hauteur ou sa profondeur!

Sinon, concernant « pile/face », ça, ça correspond aux états superposés et à ce qui est « fascinant » en PQ, mais je n'arrive pas à faire le lien entre l'autre aspect où c'est l'observateur, la mesure qui affecte le résultat étant donné l'évidence que je soulève!

Sinon j'ai lu le reste, en entier. Je comprends ce qui est écrit, ainsi que les relations relatives au contexte de ton explication, sauf qu'au final j'ai la curieuse impression d'être au même point qu'avant : je ne comprends pas comment ça fonctionne quand même! Pas les étapes que tu décris, relativement entre elles, mais le rapport profond entre « observateurs/observé » et ce qui l'explique (choix le l'axe?).

Sinon, je vais revenir sur un point et même si je me doute de ce qui est erroné, je l'exprime quand même pour te démontrer par quoi l'esprit d'un non-initié peut passer quand il tente de saisir ce sujet (parce que toi, après 30 ans, tu dois être rendu complètement ailleurs et avoir du mal à te mettre dans la tête d'un profane, même si tu expliques très bien. Voir le trop-plein de connaissances. Ce n'est pas à prendre comme un reproche cependant!).

On n'a aucun moyen de connaître l'état quantique que le système avait avant de réaliser une mesure quantique (sous-entendu forte)

A priori, formulé comme ça, ça semble être un truisme. N'est-ce pas pareil pour toute autre mesure? Pardonne-moi mes parallèles simplistes, mais si je « prend la mesure » de l'état de ma conjointe à cet instant précis et constate sa joie, ça ne me permet pas pour autant de savoir elle était dans quel état ce matin, au bureau. Idem avec la température de l'eau de ma piscine à cet instant précis. Peut-être était-elle beaucoup plus froide ce matin?

Conceptuellement, je comprends quand tu dis qu'à l'issue la mesure de spin horizontal, le spin 1/2 initialement vertical* a 50% de chance de se retrouver en état de spin horizontal droit et 50% de chance de se retrouver en état de spin horizontal gauche, et que c'est ça, j'en déduis, qui correspond à des états superposés et à l'aspect aléatoire. Alors qu'en physique classique, je n'ai pas 50% de chance de constater s'il fait jour/nuit si j'observe à l'extérieur, car il fait jour ou nuit indépendamment de mon observation.

Par contre, mon esprit s’est embourbé un court moment dans une espèce de problématique « sémantico-logique de formulations », puisqu’en terme de résultat, j’ai tout de même 50% de chance de constater qu’il fasse jour ou nuit étant donné que, de par la question que je pose arbitrairement de façon binaire, je ne laisse donc que deux seules possibilités de réponse à ma « mesure » (et que même dans ceci, on peut voir, dans un sens, un rapport observateur/observé où l’instrument de mesure « contraint » la résultante, tout comme lorsqu'on pose un faux dilemme).

* Je suis pas sur de piger cette inversion, c’est-à-dire que quand l'on choisi d’effectuer une mesure de spin horizontal, c’est sur un spin 1/2 initialement vertical. Ce que je suspecte (et qui doit être tellement évident pour toi que t’as oublié de le souligner), c’est que dans tous les cas, avant d’effectuer une mesure, l’état est toujours « 1/2 initialement vertical ». Il n’existe pas d’état « 1/2 initialement horizontal », c’est bien ça? Dans ta réponse à Nico, plus haut, tu écris « pour pouvoir prédire les résultats de mesure faible de spin horizontal d’un ensemble de spin 1/2 tous en état initial de spin vertical up par exemple », mais le « par exemple » induisait chez moi qu’il existait aussi des états initiaux de spin horizontal.

J’en reviens donc au point de départ : la seule chose qui diffère dans ma compréhension, pour l’instant, c’est qu’on me dit qu’en PQ, c’est l’observaCtion qui détermine une partie de la résultante de la mesure. Mais dans le détail, je n’ai pas l’impression de bcp plus saisir, sauf que j’ai appris qu’il y a « deux parties » : une où c’est l’observateur qui détermine la mesure qui oriente une partie du résultat (l’axe) et une ou c’est totalement aléatoire (en ce sens que ce n’était pas préexistant avant la mesure : le « up/down » ou « pile/face »), mais pas juste en terme de possibilité logique, de choix binaire, mais bien tant qu’état tout court.

Ne te sens pas obligé de poursuivre si ça t'emmerde où que tu n'y trouves pas un intérêt satisfaisant pour toi. No problemo!

[Galopin]

le rapport profond entre « observateurs/observé » et ce qui l'explique (choix le l'axe?).

Je ne sais pas si ça va répondre à ton interrogation, mais en MQ, "mesurer" un observable, c'est une opération purement mathématique.

Pour être plus précis, c'est une projection orthogonale qui consiste à rechercher une valeur propre de l'opérateur qui définit l'observable (énergie cinétique/potentielle, quantité de mouvement, etc).

On évoque souvent ce rapport "observant/observable" parce que le principe de superposition suggère que la réalité possède une infinité d'états théoriques jusqu'à ce que l'observateur ne monte un dispositif pour "projeter" le vecteur d'états et mesurer la valeur propre recherchée.

Autrement dit, la mesure devient perturbation et provoque cette fameuse décohérence quantique qui amène la disparition de superpositions.

[ABC]

Quoi de plus normal que notre mesure corresponde à l'axe arbitrairement choisi? C'est pareil en physique ainsi qu'au quotidien : si je choisis de mesurer ma table sous l'axe de sa largeur, il est évident que je n'obtiendrai pas sa hauteur ou sa profondeur!

Si je mesure :
1/ le diamètre d'une boite de conserve et que je trouve 5 cm

2/ ensuite la hauteur de cette boîte de conserve et que je trouve 10 cm

3/ enfin, à nouveau le diamètre de ma boîte de conserve,

que vais-je trouver lors de cette 3ème mesure quand je remesure ce diamètre ? Je vais trouver à nouveau 5 cm. Ma mesure de hauteur n'a pas modifié l'état de ma boîte de conserve. On peut commuter l'ordre des deux dernières observations sans en changer le résultat. Mathématiquement, l'algèbre des observables classiques est dite commutative.

On dit de mes deux grandeurs classiques (le diamètre et la hauteur de ma boîte de conserve) qu'elles sont simultanément mesurables. En physique classique, toutes les grandeurs d'un même système sont simultanément mesurables. La mesure d'une grandeur classique n'a pas pour effet de modifier les grandeurs précédemment mesurées.

Si, maintenant je mesure :
1/le spin vertical d'un spin 1/2 et que je le trouve up (je dispose alors d'une information maximale sur son état),

2/ ensuite le spin horizontale de ce même spin 1/2 et que je le trouve right (je dispose aussi d'une information maximale sur son état bien que ce ne soit pas la même information),

3/ enfin, à nouveau le spin vertical de mon spin 1/2,

que vais-je trouver lors de cette 3ème mesure quand je remesure ce spin vertical ? Mon spin 1/2 n'est, en fait, plus dans le même état. Ma mesure quantique a modifié son état. J'ai :

• 50% de chances de le trouver up,
• 50% de chances de le trouver down.

Je ne peux pas connaître simultanément le spin vertical et le spin horizontal de mon spin 1/2. Si j'avais réalisé une deuxième mesure de spin vertical avant la mesure de spin horizontal, j'aurais confirmé mon spin up. Les deux dernières observations ne commutent pas.

On dit de l'algèbre des observables quantiques qu'elle est non commutative. L'acquisition d'une information sur son spin horizontal a modifié son état de spin vertical.

• Quand je dispose d'une information maximale sur un système classique, je connais (ou peux prédire) le résultat d'absolument n'importe quelle mesure. Quand l'information disponible sur un système classique est maximale, elle est aussi complète et aucune mesure (menée avec le soin requis) ne change la valeur des grandeurs déjà mesurées.
  .
• Quand je dispose d'une information maximale sur un système quantique, je peux toujours trouver des mesures dont je ne connais pas le résultat. Quand l'information disponible sur un système quantique est maximale, elle est toujours incomplète. Aucun ensemble de mesures quantiques ne me permet d'avoir une information complète et précise sur l'ensemble de tous les résultats de mesure ultérieurs que je suis susceptible d'obtenir en procédant à de nouvelles mesures.

On n'a aucun moyen de connaître l'état quantique que le système avait avant de réaliser une mesure quantique (sous-entendu forte)

A priori, formulé comme ça, ça semble être un truisme. N'est-ce pas pareil pour toute autre mesure?

Non. Comme la mesure classique ne change pas l'état du système observé, après la mesure, j'ai la valeur de la grandeur mesurée et c'était la valeur qu'avait cette grandeur juste avant la mesure.

Au contraire, quand je mesure l'état de spin vertical de mon spin 1/2, je le trouve up, mais c'est moi qui l'ai mis dans cet état. Je ne sais pas dans quel état de spin il était avant ma mesure.

S'il était dans un état de spin vertical, alors OK il était bien vertical up (car, dans ce cas, ma mesure de spin ne change pas son état). Mais, avant ma mesure, mon spin 1/2 était-il en état de spin horizontal, de spin à 45°, de spin vertical ? Je n'en sais rien et je n'ai aucun moyen de le savoir.

[Galopin]

ABC,

qu'entends-tu exactement par "information maximale" ?

[curieux]

ABC,

qu'entends-tu exactement par "information maximale" ?

Bonjour

Je ne répond pas à la place de ABC, il le fera avec d'autres exemples.

En physique classique:
Supposons un ensemble connu, une batterie, un élément résistif branché à ses bornes.
Je connais la tension et la charge en Ah de la batterie, la valeur de la résistance en ohms.
J'ai là un ensemble d'information maximale pour prédire quelle sera la tension aux bornes de la batterie après un temps de fonctionnement quelconque (ex: au bout de 1heure 27 minutes 12 secondes, je vérifierai une tension calculée de 8.453 volts et ce sera bien correct.).

En physique quantique:
Supposons un atome d'hydrogène, je connais la valeur de l'énergie de son unique électron (13.6 eV).
Suivant les lois de la physique je suis donc à même de connaitre la position et la vitesse de cet électron.
Je le bombarde avec des électrons tirés un à un pour établir une cartographie de toutes les positions possibles du cortège de l'atome dans le temps.
(je passe sur les détails techniques qui donnent les résultats.)
Résultats pris, je constate que la physique classique est incapable d'expliquer pourquoi aucune de mes mesures futures ne me permet de prédire une position correcte de l'électron malgré l'information maximale que j'ai désormais du système.
Autrement dit, si une de mes mesures m'indique une position bien précise, la mesure suivante ne donnera jamais un résultat correct tel que la physique classique me donnerai.
(si je mesure sa position dans un quadrant bien spécifique, on devrait s'attendre à le trouver très près de là lors de la mesure suivante, hors ce n'est pas le cas, la mesure suivante indique un endroit totalement aléatoire, mais bien centré dans la zone prévue par l'information maximale que j'en ai.)

En fait, tout se passe comme si l'électron faisait des sauts de puce autour d'un point central, le noyau, mais l'interprétation n'est pas celle-là, l'électron est vu à des endroits totalement au hasard dans la zone où il évolue.
C'est la mesure elle-même qui le fait apparaitre à tel ou tel endroit de son cadre.
Autrement dit, en l'absence de mesure il est partout et nulle part à la fois, mais dans une zone bien connue (c'est l'information maximale qu'on en a).

Voilà, il a surement des exemples plus simples, j'ai choisi ceux qui me semblent parlant.

[Dash]

...que vais-je trouver lors de cette 3ème mesure quand je remesure ce spin vertical ? Mon spin 1/2 n'est, en fait, plus dans le même état. Ma mesure quantique a modifié son état.

Je comprends!

Non. Comme la mesure classique ne change pas l'état du système observé, après la mesure, j'ai la valeur de la grandeur mesurée et c'était la valeur qu'avait cette grandeur juste avant la mesure.

Oui, ok, je comprends, c'était une confusion sémantique. Quand tu dis qu'on n'a aucun moyen de connaître l'état quantique que le système avait avant de réaliser une mesure, tu veux dire qu'après la mesure, nous ne savons pas si le résultat correspond à l'état avant la mesure.

Sauf qu'exprimé comme tu la fais, ça pouvait s’interpréter comme : « On n'a aucun moyen de connaître le résultat d'une mesure sans réaliser cette mesure. »

[ABC]

J'ai répété mainte fois que le libre arbitre ne brise pas la causalité.

D'autant qu'une causalité exclusivement basée sur les faits passés et pas du tout sur les faits futurs n'a pas besoin du libre arbitre pour être brisée.

La causalité repose sur la distinction que nous faisons entre faits interprétés comme futurs et faits interprétés comme passés. Nous avons tendance à considérer cette distinction comme totalement indépendante de nous. En fait le caractère absolu, objectif, indépendant de l'observation que nous prêtons à la distinction entre évènements passés et évènements futurs est une évidence absolue trompeuse. Pourquoi ?

La distinction faits passé/faits futurs repose sur le fait que :

• nous disposons d'informations, de traces dites du passé, témoignant de faits réputés s'être déjà produits, classés faits appartenant au passé en raison de notre possibilité d'accès à ces informations,
• nous n'avons pas d'information, de traces du futur, témoignant de faits réputés ne pas encore s'être produits, classés faits appartenant au futur en raison de notre absence de possibilité d'accès à ces informations.

Plus précisément, les informations que nous interprétons comme des traces du passé (récent ou lointain selon le cas) peuvent être à titre d'exemple :

• les cernes des tronc d'arbre attestant du passage des saisons,
• des os d'un squelette animal attestant de l'existence dans le passé (possiblement lointain) d'un animal révélée par cette observation,
• les traces de pas dans la neige laissées par le passage d'une personne ou d'un animal,
• les montagnes et les couches sédimentaires, témoignages laissés par le passage du temps attestant d'une activité géologique passée...

La raison nous amenant à classer ces traces dans la catégorie traces du passé, c'est le fait qu'elles reposent sur :

• des données observationnelles facilement décodables (les atomes d'un animal futur, dispersés un peu partout sur la planète, voir même plus loin, ne sont pas décodables en tant que traces d'un animal futur, voir même pas recueillables)
• résistantes aux agressions de l'environnement et reproductiblement recueillables car très fortement redondantes (parce qu'irréversiblement enregistrées dans des bains thermiques),

C'est la possibilité d'un recueil reproductible et la possibilité d'interprétation de ces informations là qui nous permet de leur associer des faits que nous classons dans la catégorie faits appartenant au passé.

On ne peut pas facilement, par exemple, ramener une goutte d'encre qui s'est diffusée dans un verre d'eau de son état final vers l'état initial où elle était concentrée à l'endroit précis du verre d'eau où on l'a laissé tomber.

Mais qu'est-ce qui différencie :

• la situation initiale (goutte d'encre initialement concentrée là où on l'a laissé tomber)
• de la situation "finale" (goutte d'encre "uniformément" diffusée dans un verre d'eau) ?

Réponse : notre vision d'observateur macroscopique.

A notre échelle d'observation, une fois l'encre diffusée dans le verre d'eau, il ne se passe plus rien. L'état observé est considéré comme un état dit d'équilibre, un état figé dans l'immobilité la plus complète parce qu'à notre échelle d'observation, les données qui caractérisent l'état du verre d'eau sont des constantes.

Il n'en est bien sûr absolument rien à une échelle d'observation plus fine où, profitant sournoisement de la myopie de l'observateur macroscopique, les molécules d'eau et d'encre s'en donnent à cœur joie dans une pagaille indescriptible et un tohubohu proprement scandaleux.

Certains en tirent la conclusion que l'écoulement irréversible du temps serait une illusion (c'était, par exemple, le point de vue d'Einstein cf., notamment, sa lettre à la famille de l'un des ses amis suite au décès de cet ami). C'est une position à mon sens intenable. L'écoulement irréversible du temps existe puisque nous l'observons. Ce qui, par contre, est une illusion (c'est à dire une erreur d'interprétation) c'est :

• de lui attribuer un caractère objectif,
• de le considérer comme indépendant de notre interaction avec l'univers qui nous entoure,
• et, tout particulièrement de le penser indépendant de nos limitations d'accès à une information décodable, résistantes aux agressions de l'environnement et reproductiblement recueillable.

En ce qui concerne le phénomène de diffusion de la goutte d'encre, l'état final est un fait d'observation, parfaitement "objectif" (au sens où nous employons ce terme) mais dont la signification "objective" ne peut pas exclure l'observateur car il y joue un rôle déterminant par sa myopie d'observateur macroscopique (limitation d'accès à l'information sans laquelle il n'y a ni passé, ni futur, ni phénomène irréversible).

Si nous éliminons le manque d'information de l'observateur des propriétés que nous attribuons à l'écoulement irréversible du temps et au principe de causalité, nous éliminons à la fois l'écoulement irréversible du temps et le principe de causalité.

Ce que l'on peut faire, pour faire émerger l'écoulement irréversible du temps et des évolutions intrinsèquement irréversibles dans un modèle mathématique, c'est prendre en compte ce manque d'information dans un modèle mathématique incorporant implicitement dès le départ ces limitations d'accès à l'information.

Je pense, par exemple, à la modélisation des évolutions quantiques irréversibles dans le cadre mathématique des triplets de Gel'fand ou encore, en physique pourtant classique, à l'irréversibilité "intrinsèque" se manifestant dans la dynamique des LPS, les grands systèmes non intégrables au sens de Poincaré lors du passage à la limite thermodynamique comme proposé par l'école de Bruxelles-Austin. Je pense notamment aux travaux de recherche de Prigogine en physique statistique des systèmes hors équilibre.

Le principe de causalité, l'enchainement cause-effet du passé vers le futur, ne peut pas se passer du rôle qu'y jouent les limitations d'accès à l'information des observateurs que nous sommes. C'est particulièrement flagrant par exemple dans des expériences telles que celles :

• du choix retardé,
• du paradoxe des 3 boîtes de Aharonov et Vaidman,
• ou encore de corrélation parfaitement time-symmetric entre mesures quantiques dites faibles et mesures quantiques dites fortes. Que les mesures fortes soient antérieures ou postérieures aux mesures faibles, la corrélation reste parfaitement time-symmetric.

Qu'est-ce qui brise la symétrie T, par exemple, dans les expériences attestant pourtant de la corrélation parfaitement time-symmetric entre mesures quantiques fortes et mesures quantiques faibles?

Réponse : l'absence d'accès à l'information de l'observateur sur les résultats de mesures fortes postérieures à ses mesures faibles par opposition à son accès à l'information sur des mesures fortes ayant précédé ses mesures faibles.

Il n'y a pas ni passé, ni futur, ni donc, principe de causalité sans prise en compte de nos limitations d'accès à l'information. Selon l'interprétation que l'on accepte d'adopter ou pas, la mise à mal du déterminisme laplacien par notre physique actuelle est une conséquence :

• du fait que les évènements présents dépendent tout autant :
  • des évènements que nous classons dans la catégorie évènements passés,
  • que des évènements que nous classons dans la catégorie évènements futurs,
• et du fait qu'il n'y a pas d'information reproductiblement recueillable, base des propriétés que nous attribuons à l'univers observable, sans sacrifice de zillions d'informations non pertinentes à notre échelle d'observation.

Le passé, le futur, le principe de causalité et l'indéterminisme découlent de nos limitations d'accès à l'information.

On peut donc reformuler le déterminisme Laplacien en :

"Si nous avions une information complète sur tout, nous saurions tout."

Le point de vue de Laplace, quant au déterminisme, s'avère donc être, en fait, un truisme d'un point de vue logique...
...mais dont la prémisse s'avère obligatoirement être fausse par le principe même de recueil d'information reproductible. Ce recueil demande en effet un enregistrement irréversible d'information dans des bains thermiques

• sacrifiant des zillions d'informations cataloguées informations non pertinentes car elles sont non pertinentes à notre échelle d'observation,
• afin de pouvoir enregistrer une seule précieuse information classée pertinente car elle est pertinente à notre échelle d'observation macroscopique.

Si nous n'étions pas myopes, nous serions aveugles.

[ABC]

Au moins, on sait qu'il faudra plus de 6 macaques pour égaler Shakespeare.

Après de long calculs statistiques j'en étais arrivé à la même conclusion...

...Je bascule sur un sujet différent (et place mon post dans le présent fil "le temps") car ces considérations d'atteinte, ou pas, d'un état spécial par des tirages aléatoires (au bout d'un temps apparemment trop court pour être honnête) m'y font penser : la métaphore des urnes d'Erhenfest, une très belle image illustrative de ce que l'on appelle une évolution irréversible (les évolutions produisant des états d'équilibre, des marques stables à l'échelle d'observation macroscopique à l'origine de l'écoulement irréversible du temps macroscopique).

Il s'agit d'une métaphore de l'évolution irréversible d'un gaz prisonnier de l'un des deux compartiments étanches d'un récipient quand on enlève la paroi séparant ce récipient en deux compartiments étanches.

Dans cette métaphore, on dispose de deux urnes :

• l'une des deux urnes est vide,
• l'autre urne est remplie de 100 boules numérotées de 1 à 100,
• on procède alors à un tirage au hasard de numéros compris entre 1 et 100,
• chaque fois qu'un numéro est tiré, on change d'urne la boule portant ce numéro.

Il s'avère que l'urne pleine tend à se vider et l'urne vide à se remplir. Un petit calcul montre qu'au bout de 147 tirages en moyenne il y a autant de boules dans l'urne initialement vide que dans l'urne initialement pleine et l'on n'observe plus ensuite que des oscillations de faible amplitude autour de cet état. On a ainsi atteint un état d'équilibre (un état où il ne se passe plus grand chose de nouveau) et montré que le temps de relaxation est d'environ 150 secondes (si on procède à un tirage par seconde).

Cette métaphore donne une image assez parlante de l'évolution irréversible d'un état initial de déséquilibre vers un état final d'équilibre.

Dans ce contexte, que devient le théorème de récurrence de Poincaré. Selon ce théorème un système physique isolé (d'espace de phase muni d'une dynamique hamiltonienne et d'une mesure associée finie) finit systématiquement par revenir aussi près qu'on le souhaite de son état initial du moment que l'on a la patience d'attendre suffisamment longtemps (1) ?

Ce théorème est respecté. Un petit calcul montre que, statistiquement, en continuant à procéder à des tirages successifs aléatoires, on revient à l'état initial (l'urne initialement pleine à nouveau pleine et donc l'urne initialement vide à nouveau complètement vide).

Bon ! Faut quand même être très très patient. Au rythme d'un tirage par seconde, le temps de récurrence moyen dans cette expérience (ou encore le temps moyen requis pour remplir complètement l'urne vide, ces deux durées moyennes sont bien sur égales) est d'environ 2930 milliards de fois la durée de vie supposée de l'univers (13.7 Milliards d'années aux dernières nouvelles).

Bref si :

• après avoir atteint un état où les 2 urnes sont remplies de 50 boules chacune,
• on revient, en quelques heures seulement par exemple, à cette configuration spéciale qu'est l'état initial,
• ou on atteint, au contraire, en quelques heures, la configuration où l'urne initialement pleine est complètement vide,

c'est qu'il y a de la triche quelque part.

Un des moyens de tricher (je suis intimement convaincu que c'est assez plausible mais encore nettement insuffisant comme source d'explication quand il y a manifestement "triche" dans la rapidité de certaines évolutions), c'est de réaliser l'essentiel du déroulement de la partie dans une dimension du temps perpendiculaire à la dimension du temps macroscopiquement observable (2), c'est à dire d'une façon ne laissant pas de traces du passage irréversible du temps, autrement dit ne laissant pas de traces reproductiblement observables car non enregistrées dans des bains thermiques (précisément comme cela se passe dans l'expérience EPRB où l'action de mesure d'Alice sur son photon engendre un changement inobservable de l'état du "photon jumeau" du côté de Bob car la mesure d'Alice ne crée pas d'entropie du côté de Bob) (3).

Il est intéressant de noter que l'hypothèse d'une causalité bi-directionnelle gagne peu à peu du terrain dans la communauté des physiciens (depuis une soixantaine d'années certes, mais, depuis une trentaine d'années, ça prend de l'ampleur). Elle commence, en effet, à être envisagée par des physiciens de premier plan, cf. les Aharonov, Popescu, Tollaksen, Vaidman, Lebowitz, Legett et compagnie...).

Il est intéressant de noter aussi que l'hypothèse d'une causalité bi-directionnelle, un peu cachée par notre myopie d'observateur macroscopique (myopie à la base des observations et grandeurs physiques qui nous sont reproductiblement accessibles), est déjà très fortement suggérée, en physique parfaitement classique, pour attribuer une origine gravitationnelle, et Lorentz invariante, à l'inertie (et d'ailleurs aussi pour modéliser, sans violation de la conservation de l'énergie et dans le respect de l'invariance de Lorentz, le phénomène de radiation de réaction).

Cf. WHAT IS THE CAUSE OF INERTIA?
James F. Woodward, Departments of History and Physics
Thomas Mahood, Department of Physics, California State University Fullerton

If relativity theory were the only thing that suggested that time doesn't flow, we might safely ignore this troubling feature of time. But quantum mechanics too leads to the conclusion that time doesn't flow. This is already indicated by now well-known "nonlocal" interactions inherent in quantum theory.

Moreover, in so-called "delayed choice" experiments, now almost routinely done, actions that occur long after given events affect the way in which the events transpire. One can engage in subtle handwaving, but the message of these experiments is clear: Events are influenced by both the past and the future which, consequently, must already have some "objective" existence, just as it does in relativity theory.

This peculiar aspect of quantum theory is made transparent in John Cramer's "transactional interpretation" of quantum mechanics (Cramer, 1986) [une interprétation qui se veut réaliste, partageant, de ce point de vue, les idées de Vaidman] where Wheeler-Feynman "absorber" theory is invoked to demystify quantum weirdness. The price paid in this interpretation is that the future, via retarded and advanced waves, has an objective existence and affects the present and past.

(1) Le théorème de récurrence de Poincaré est en effet l'objection qui avait été émise par Zermelo à l'encontre de la modélisation temporellement asymétrique de l'évolution irréversible d'un gaz parfait proposée par Boltzmann en utilisant un modèle de cinétique des gaz pourtant parfaitement time-symmetric...
...en dehors, toutefois, de son ajout, passé un peu inaperçu de Zermelo, de l'hypothèse dite du chaos moléculaire (hypothèse introduisant, de façon un peu cachée, une fuite d'information hors de portée de l'observateur macroscopique).

(2) Cf. la notion de temps imaginaire en un sens mathématique, un temps perpendiculaire au temps macroscopique laissant, lui, des traces de son passage irréversible reproductiblement observables à notre échelle d'observation.

Je pense de ce point de vue, par exemple :

• au vecteur de Gamow et à la modélisation des évolutions quantiques irréversible dans le cadre mathématique time-asymmetric des triplets de Gel'fand
  .
• ou encore au "handshake" de John Cramer, un effet d'interférence entre ondes retardées se propageant "du" passé vers le(s) futur(s) et ondes avancées se propageant à rebrousse-temps "du" futur vers le(s) passé(s) (cf. Le passé bouge encore de A. Connes). Dans cette interprétation, cet effet d'interférence explique le besoin du caractère complexe des états quantiques (4).

(3) Un déroulement des évènements dans un temps perpendiculaire laissant cependant (à mon sens) quelques indices de son "passage" en fraude, comme des évolutions de rapidité un peu trop spectaculaire pour être honnête + des raisons plus directement rattachables aux connaissances issues des recherches actuelles en physique et compatibles avec les résultats d'observation.

Je pense, notamment :

• au caractère time-symmetric des corrélations mesures fortes/mesures faibles
  .
• à l'effet Hartman permettant le franchissement d'une barrière de potentiel à vitesse de groupe supraluminique sans violation de l'invariance de Lorentz (donc, selon moi, en violation de la causalité au niveau interprétatif, hypothèse d'autant plus plausible que l'énergie d'une particule localisée dans la zone classiquement interdite est négative, négativité de l'énergie signant une évolution à rebrousse-temps, cf. structure of dynamical systems de J.M. Souriau, § Inversion of space and time)
  .
• au paradoxe des 3 boîtes,
  .
• a l'effet EPR,
  .
• à leur interprétation time-symmetric et rérocausale par les Aharonov, Vaidman et consort comme des interactions rétrocausales,
  • agissant au nez et à la barbe de l'observateur macroscopique,
  • en profitant lâchement de notre myopie, base de la reproductibilité de nos observations.

(4) Caractère complexe des états quantique reflétant, à mon avis, le caractère complexe caché du temps dont nous ne percevons, reproductiblement, que le caractère linéaire de son écoulement irréversible et respectueux de l'ordre cause-effet.

Je pense encore, d'un point de vue modélisation mathématique, au théorème de Tomita Takesaki modélisant l'écoulement irréversible du temps émergent d'un état d'équilibre quantique (dit état KMS), faisant apparaître une notion de temps complexe dans la modélisation mathématique de l'hypothèse dite du temps thermique (cf. Von Neumann Algebra Automorphisms and Time-Thermodynamics Relation in General Covariant Quantum Theories de A. Connes, C. Rovelli)

[ABC]

Ci-dessous un petit complément mettant en relation

• conservation de l'information
• écoulement irréversible du temps et fuite d'information
• réalisme, positivisme et fuite "objective" d'information
• état d'équilibre
• irréversibilité, indéterminisme et myopie de l'observateur macroscopique
• objectivité de la conservation d'information ?
• réalisme et positivisme again
• interprétation rétrocausale de certains effets et rétrocausalité
• Les éléments de réalité selon Einstein Podolski et Rosen
• principe de causalité et limitation d'accès de l'observateur à l'information

Conservation de l'information
Si l'on en croit l'hypothèse à ce jour acceptée par une majorité de physiciens, l'information obéirait, comme la matière-énergie, à la loi énoncée par Lavoisier selon laquelle : "rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme". In fine, conformément aux principes fondamentaux de la physique, toute évolution dynamique d'un système isolé serait isentropique (respect de la symétrie CPT), en conflit avec le second principe de la thermodynamique (alors rabaissé au rang de "principe effectif" valide seulement "For All Practical Purpose" comme dirait John Bell).

Cette hypothèse de conservation de l'information est objet de débat. Hawking la mettait en doute. Il y a une trentaine d'années, Hawking avait parié que l'information était, effectivement, réellement, physiquement, objectivement, détruite quand de la matière tombait dans un trou noir. Hawking avait cependant, peu avant sa mort, fini par se ranger à l'hypothèse de conservation de l'information.

Écoulement irréversible du temps et fuite d'information
Notons que l'hypothèse de conservation de l'information est incompatible avec l'attribution d'un caractère objectif à l'écoulement irréversible du temps. Cette remarque, en apparence "mortelle vue d'avion" vis à vis de l'hypothèse de conservation de l'information, n'est cependant pas rédhibitoire. En effet, ce n'est pas l'univers et, dans cet univers, un écoulement irréversible objectif du temps du passé vers le futur, que nous observons. Ce que nous observons, en fait, ce sont nos interactions avec l'univers.

Réalisme, positivisme et fuite "objective" d'information
De ce point de vue, concernant Prigogine et les physiciens réalistes abondant dans son sens, leurs travaux de recherche en thermodynamique statistique des systèmes hors équilibre (Statistical Mechanics of Non-equilibrium Systems), dans un cadre mathématique autorisant dès le départ (et non par introduction "en cours de route") une asymétrie de l'écoulement du temps sont (selon moi) tout à fait légitimes et dignes d'intérêt, tant en termes physiques et qu'en termes mathématiques.

En opposition avec le point de vue positiviste à la Balian, Rovelli, Lebowitz, Gell-mann, etc, etc... Prigogine s'efforçait d'associer à ses modèles un point de vue philosophique réaliste visant à interpréter l'écoulement irréversible du temps comme possiblement indépendant de nos limitations d'accès à l'information.

A mon sens, la position réaliste n'est pas tenable. Philosophiquement, selon moi, ce sont les positivistes qui ont raison. Comme toute grandeur ou notion physique (et en particulier l'entropie, la mesure du manque d'information de l'observateur) l'écoulement irréversible du temps (= création d'entropie = fuite d'information), ne peut avoir de signification physique intrinsèque, une signification qui ne devrait rien à l'interaction observateur/système observé.

Les modèles de Prigogine n'ont pas besoin d'une hypothèse d'indépendance entre écoulement irréversible du temps et limitations d'accès de l'observateur à l'information. A condition de les creuser suffisamment, les travaux de recherche de Prigogine suggèrent même (à mon sens) plutôt l'inverse. En effet, Prigogine place ses travaux dans le cadre des états statistiques dans un espace de phase, c'est à dire dans le cadre d'un modèle de l'information statistique modélisant la connaissance de l'état d'un système observé.

Dans ce modèle, la meilleure information possible sur l'état initial d'un système donné (un pic de Dirac dans son espace de phase) finit par être dégradée dans l'état final, l'état dit d'équilibre. Ce comportement du modèle est obtenu sans introduction explicite de fuite d'information à la Boltzmann (via l'hypothèse dite du chaos moléculaire)...
...mais, toutefois, en passant à la limite dite thermodynamique (nombre infini de particules et volume infini (1)).

Qu'est-ce qu'un état d'équilibre ?
Mais c'est quoi un état d'équilibre ? C'est un état dans lequel toutes les grandeurs caractérisant l'état du système observé sont devenues des constantes...

Irréversibilité, indéterminisme et myopie de l'observateur macroscopique
...Oui, mais de quelles grandeurs d'état s'agit-il ?

Les grandeurs macroscopiquement observables, les grandeurs accessibles du point de vue d'un observateur macroscopique, donc "mal informé" et croyant, de ce fait, que plus rien ne se passe. L'observateur ne voit plus rien changer dans l'état du système observé en raison de sa myopie d'observateur macroscopique.

Un exemple archétypal d'évolution irréversible vers un état d'équilibre, c'est celui d'une goutte d'encre se diffusant dans un verre d'eau. Au bout d'un certain temps, un état d'équilibre, un état où plus rien ne semble se passer est atteint...
...mais ce n'est plus du tout le cas si l'observateur observe son verre d'eau, uniformément et tristement grisâtre vu de loin, avec un microscope.

Cette information incomplète de l'observateur est la source à la fois de l'irréversibilité de l'écoulement du temps (impossibilité de retour au point de départ car l'information sur l'état de départ est perdue) et de l'indéterminisme.

Irréversibilité et indéterminisme sont donc tous deux indissociablement liés aux limitations d'accès de l'observateur à l'information caractérisant ce qu'il peut et sait observer. Considérer que ce manque d'information est indépendant de l'interaction observateur/système observé est seulement une hypothèse fortement (et à mon avis erronément) suggérée par notre expérience vécue, une confusion entre objectivité et intersubjectivité.

La conservation de l'information est-elle objective ?
Et la conservation de l'information ? Est-elle objective (comprendre indépendante de toute notion d'interaction observateur/système observé) ? Non plus puisque aucun principe ou grandeur physique ne l'est. En fait, il y a violation "objective" de la loi de conservation de l'information seulement si l'on accorde à l'inaccessibilité d'une partie de l'information sur l'état du système observé (indument à mon sens) un statut de réalité indépendante de l'observateur.

La conservation de l'information est un modèle, une idéalisation, au même titre que le déterminisme. On doit, comme tous les modèles, comme toutes les lois de la physique, comme toutes les grandeurs physiques, voir le principe de conservation de l'information comme un outil d'inférence statistique légitimé par la pertinence, la précision et la fiabilité des prédictions qu'il permet (quand associé aux principes physiques connus).

Réalisme et positivisme
Les propriétés que nous mesurons, y compris les plus reproductibles comme les constantes les plus fondamentales de la physique (G, c, hbarre, la masse et la charge électrique des électrons et des protons, etc, etc..) sont, définitivement, et ce en conflit avec notre intuition (et avec notre culture scientifique implicite fin 19ème), des propriétés du couple observateur/système observé.

Que penser de la rétrocausalité ?
Au bout du compte que penser de la rétrocausalité prêtée à un certain nombre de faits d'observation, notamment :

• l'expérience dite du choix retardé,
  Experience_du_choix_retarde - 03-02-2018.pptx
  (faire fonctionner l'animation)
• le paradoxe des 3 boîtes,
  Paradoxe_des_3_boites - 19-05-2015.pptx
  (faire fonctionner l'animation)
• la corrélation time-symmetric entre mesures fortes et mesures faibles,
• ou encore l'effet EPR interprété dans le cadre de la formulation dite à deux vecteurs d'état comme proposée par Aharonov, Cohen et Elitzur ?

A mon avis prêter (comme le propose Vaidman) un caractère objectif d'éléments de réalité aux résultats de mesure faible (donc aussi à la rétrocausalité) est une erreur philosophique si on accepte une interprétation un peu trop objective de tels éléments de réalité. Aucune grandeur physique n'est stricto sensu "objective" (au sens indépendante de toute interaction entre un système observé et un observateur).

Les éléments de réalité selon Einstein Podolski et Rosen
Selon la définition proposée par Einstein, Podolski et Rosen un élément de réalité est défini ainsi :
"If, without in any way disturbing the system, we can predict with certainty (i.e. with probability equal to unity) the value of a physical quantity, then there exists an element of physical reality corresponding to this physical quantity".

Cette définition de la notion d'élément de réalité est très claire mais il manque (à mon sens) un adjectif qualificatif très important ; on devrait plutôt dire : "élément de réalité reproductiblement observable". A mon sens, il ne s'agit pas là d'un pléonasme. Sans cet ajout, on suggère, à mon avis à tort, que cet "élément de réalité" pourrait avoir un caractère indépendant de l'observateur (quel qu'il soit) et de l'acte d'observation.

Il en est de même concernant la distinction entre évènements passés et évènements futurs. Ce qui assure cette distinction c'est le fait que nous ayons accès à des informations stables et et facilement décodables quand elles caractérisent un évènement passé (des os de dinosaures, les cernes des troncs d'arbre, les couches sédimentaires, un caractère témoignant de l'impact d'un astéroïde ...) alors que nous ne disposons pas de telles informations concernant les évènements futurs.

Principe de causalité et limitation d'accès de l'observateur à l'information
C'est d'ailleurs aussi cette limitation d'accès de l'observacteur à l'information qui permet d'interpréter la corrélation, pourtant time-symmetric ente mesures faibles et mesures fortes,

• comme une relation de causalité quand orientée dans le sens présent --> futur
• comme, au contraire, une simple relation de corrélation dans le sens futur --> présent.

Le principe de causalité ne peut donc pas être considéré comme un principe qui ne devrait rien à l'observateur et à ses limitations d'accès à l'information (limitations d'accès à l'information le plus souvent interprétées,indument à mon sens, comme "un fait de nature").

Par contre, envisager que l'on puisse un jour ou l'autre (plutôt l'autre et tant mieux d'ailleurs) provoquer des effets violant de façon partiellement reproductible le principe de causalité ne me semble pas exclus. Pourquoi cette hypothèse ? Parce que la formulation time-symmetric de la physique quantique et les expériences confirmant l'intérêt de cette formulation suggèrent que le principe de causalité pourrait être moins solide que nous n'avons pu le croire jusqu'à présent.

(1) On notera, au passage, que dans un tel passage à la limite thermodynamique (volume et nombre de particules infinis) le théorème de récurrence de Poincaré ne s'applique plus car on n'est plus dans un espace de phase mesuré avec mesure finie.

[Dash]

Merci pour cette synthèse avec liens!

Pour ce genre de sujet qui m'intéresse, mais pour lequel je n'aurais jamais le temps (et probablement les capacités afin) de correctement appréhender, c'est exactement le genre de courte synthèse que j'apprécie et qui m'est des plus utile pour cartographier dans ma représentation mentale les grandes lignes du sujet, les principales notions et les différentes « écoles »!

[Dany]

+1
Et je trouve dommage que le post dABC soit noyé sous le flood de l'autre gugusse.

[25 décembre]

#1302 par ABC » 02 mai 2020, 12:21

...

comme la mesure faible
ou encore la mesure d'un effet Hall quantique.
Cette formulation, rendant explicitement compte de la symétrie T des lois de la physique (1), prend en compte :
un état quantique se propageant du passé vers le présent, jusque là ça va,
un état quantique se propageant du futur vers le présent.

Vous parlez d'un temps au niveau quantique. Mais est ce que ce temps est réel comparé au temps d'Einstein? Est-ce que le temps existe pour des particules qui n'ont pas de masse?

[ABC]

Vous parlez d'un temps au niveau quantique. Mais est ce que ce temps est réel comparé au temps d'Einstein?

Premier élément de réponse (à une question un peu différente mais plus simple)

Un bloc de fer de 1 kg à 25 °C à la pression atmosphérique a une entropie S = 3630 J/K. Quel est le nombre N d'états microscopiques de ce bloc de fer ?

Nombre d'états microscopiques N = exp(S/R) (R constante des gaz parfaits R = 8.314 J/K)

Nombre de bits d'information manquant à l'observateur macroscopique pour localiser l'état microphysique du bloc de fer au milieu de ses très nombreux collègues ayant même état macroscopique : n = log_2(N) = (S/R)/ln(2)

L'écoulement irréversible du temps c'est de la création d'entropie, c'est à dire fuite d'information hors de sa portée. Cette irréversibilité n’est, à proprement parler, ni l'objet de la relativité, ni non plus celui de la physique quantique (a priori l'irréversibilité des évolutions entre en conflit avec le caractère réversible de ces théories).

En fait, cette fuite d’information caractérise le caractère irréversible des évolutions aux yeux de l’observateur à son échelle d'observation. C'est ça la création d'entropie. Nous ne savons faire que des mesures classiques, c'est à dire des mesures irréversiblement enregistrées par des appareils de mesure macroscopiques (comme souligné par Bohr). C'est ce qui, adjoint à notre grille de lecture d'observateur macroscopique, garantit la stabilité et la reproductibilité des résultats irréversiblement enregistrés par nos appareils de mesures (dans des bains thermiques).

Je poursuis sous la forme de devinettes dont les premières sont simples.

Si l'observateur macroscopique des urnes d'Ehrenfest retient, comme seule grandeur macroscopique pour décrire leur état macroscopique, le nombre de boules contenues dans chaque urne (le nombre total de boules étant supposé de 100). Quelle est l'entropie (comptée en bits) de l'état des urnes d'Ehrenfest ?
..... 1/ quand une des 2 urnes est pleine (mais qu'on ne sait pas laquelle)
..... 2/ quand les 2 urnes contiennent le même nombre de boules (choix, de chaque côté, de 50 boules parmi 100) ?

Devinette subsidiaire1.
Pourquoi l'évolution aléatoire de l'état macroscopique des urnes d'Ehrenfest se produit-elle de façon presque sure dans le sens d'une entropie croissante ?

Devinette subsidiaire2.
Pourquoi un état macroscopique dans lequel il y a un nombre voisin de boules dans les deux urnes est-il assez stable vis à vis d'une perturbation (retour naturel vers cet état après, par exemple, une mesure maladroite de cet état ayant conduit à changer quelques boules d'urnes) ?

Devinette subsidiaire3.
Pourquoi, les évènements que nous classons comme des évènements passés laissent-ils des traces qui résistent à "l'écoulement du temps" tels que nous le percevons et pourquoi les évènements futurs ne laissent-ils, au contraire, pas de traces facilement observables, en apparente violation de la réversibilité des lois fondamentales de la physique (symétrie CPT induisant le caractère unitaire donc isentropique des évolutions) ?

Devinette subsidiaire4.
Pourquoi disposons nous d'informations et de souvenirs des évènements passés et pas d'information ni de souvenirs des évènements futurs (en apparente contradiction avec la symétrie CPT des lois fondamentales de la physique garantissant le caractère unitaire, donc isentropique des évolutions) ?

Devinette subsidiaire5.
(renversement la question) Qu'est-ce que nous appelons évènements passés, qu'est-ce que nous appelons évènements futurs ?

Devinette subsidiaire6.
Que penser du point de vue de Rovelli exprimé dans "forget time" ?

The time of our experience is associated with a number of peculiar features that make it a very special physical variable. Intuitively (and imprecisely) speaking, time “flows”, we can never “go back in time”, we remember the past but not the future, and so on.

Where do all these very peculiar features of the time variable come from? I think that these features are not mechanical. Rather they emerge at the thermodynamical level. More precisely, these are all features that emerge when we give an approximate statistical description of a system with a large number of degrees of freedom...

... They can be captured by the thermal time hypothesis. Within quantum field theory, “time” is the Tomita flow of the statistical state ρ in which the world happens to be, when described in terms of the macroscopic parameters we have chosen.

Lien de la notion de traces du passé avec l'information stable et repoductiblement accessible nous servant à décrire "l'univers" et "ses" lois (notamment l'écoulement irréversible du temps) avec Environment as a Witness: Selective Proliferation of Information and Emergence of Objectivity in a Quantum Universe ?

[DictionnairErroné]

On sait donc seulement recueillir l'état quantique que notre mesure lui fait prendre.

En physique quantique, nous ne sommes pas des observateurs recueillant passivement une information préexistante à l'observation. Il apparaît bien plus clairement ce que la physique classique nous avait un peu fait oublier : nous ne sommes pas des observateurs passifs soumis à un univers régi par des lois déterministes immuables, mais des obseracteurs dans un monde non déterministe sujet au hasard quantique dans lequel nous observons l'état dans lequel nous avons mis le système observé lors de notre observaction...

[ABC]

On sait donc seulement recueillir l'état quantique que notre mesure lui fait prendre.
En physique quantique, nous ne sommes pas des observateurs recueillant passivement une information préexistante à l'observation. Il apparaît bien plus clairement ce que la physique classique nous avait un peu fait oublier : nous ne sommes pas des observateurs passifs soumis à un univers régi par des lois déterministes immuables, mais des obseracteurs dans un monde non déterministe sujet au hasard quantique dans lequel nous observons l'état dans lequel nous avons mis le système observé lors de notre observaction...

Les expériences mettant en jeu des mesures quantiques dites fortes et des mesures quantiques dites faibles offrent une illustration frappante de l'indéterminisme quantique (et de "l'influence" du futur). Comme signalé à titre d'exemple dans l'expérience présentée ci-dessous, les résultats de mesure faible dépendent de l'état quantique initial (antérieur aux mesures faibles) et de l'état quantique final (postérieur aux mesures faibles)

• Si on considère 10 000 atomes d'argent en état initial de spin up (obtenus par présélection des spins up à l'issue d'une mesure de spin vertical) et que l'on procède à des mesures faibles de spin horizontal, la moyenne des résultats de mesure faible de spin horizontal obtenue est nulle.
  .
• Si, après ces mesures faibles, on procède à des mesures fortes de spin horizontal et que l'on post sélectionne ceux (environ 5000) trouvés en état de spin horizontal right, alors, la moyenne des mesures faibles de spin horizontal n'est plus un spin horizontal nul, mais un spin horizontal right.

Le résultat des mesures faibles, entre mesures fortes antérieures et mesures fortes postérieures, ne dépend pas seulement de l'état quantique initial des atomes d'argent observés (antérieur à ces mesures faibles) mais aussi de leur état final dans cette expérience (postérieur à ces mesures faibles).

C'est ce résultat d'observation, en accord avec leur prévisions, qui pousse les Aharonov, Bergmann, Lebowitz, Vaidman, Popescu, Tollaksen, Hosten, Ludeen, Elitzur, Bamber, Rohrlich, Kwiat (Legett reste plus prudent)... à envisager une interprétation rétrocausale (1) de tels effets time-symmétric (2).

Pour ma part, l'attribution d'un caractère rétrocausal à de tels effets time-symmetric relève d'une interprétation réaliste de ces effets. Il n'y a en fait pas de violation de causalité dès lors que l'on prend en compte l'observateur et ses limitations d'accès à l'information. En effet, l'observateur n'a pas d'information sur les résultats des mesures fortes postérieures aux mesures faibles (avant de les avoir réalisées). L'observacteur ne peut pas non plus modifier le passé en raison de ces mêmes limitations d'accès à l'information, cf. Le démon de Maxwell)

De ces limitations d'accès à l'information découlent à la fois :

• l'irréversibilité des évolutions observables, base de l'écoulement irréversible du temps : des états initiaux différents peuvent conduire à un même état final (la bille qu'on lâche sur le bord d'un bol ou la diffusion d'une goutte d'encre dans un verre d'eau sont des exemples où apparait nettement le rôle des limitations d'accès de l'observateur à l'information dans l'irréversibilité d'évolutions perçues à notre échelle d'observation)
  .
• l'indéterminisme : un même état initial, ici des atomes d'argent en état de spin up, peut donner lieu à des états finals différents, ici une moyenne de résultats de mesure faible nul, right, ou left selon la post-sélection réalisée postérieurement aux mesures faibles de spin horizontal réalisées.

(1) Can a Future Choice Affect a Past Measurement's Outcome? Yakir Aharonov, Eliahu Cohen, Avshalom C. Elitzur
(2) A time-symmetric formulation of quantum mechanics Yakir Aharonov, Sandu Popescu, and Jeff Tollaksen

[ABC]

Personnellement, concernant l'hypothèse d'un hypothétique référentiel quantique privilégié visant à préserver l'interprétation de l'effet EPR comme une action physique "objective" instantanée à distance, en violation de l'invariance de Lorentz, je n'ai pas de point de vue très affirmé. J'aurais toutefois plutôt tendance à ne plus (trop) y croire. Je penche plutôt pour une "violation" cachée de causalité relativiste d'une autre nature, sans violation d'invariance de Lorentz.

Cette rétrocausalité cachée (en grande partie ?) aux yeux de l'observateur se manifeste de façon indirecte dans la fameuse symétrie (CP)T (cf. A time symmetric formulation of quantum mechanics) et les effets time-symmetric qui la font clairement ressortir malgré l'écoulement irréversible du temps découlant de nos limitations d'accès à l'information. Je veux évoquer :

• l'effet Hartmann de franchissement de barrières de potentiel par effet tunnel à vitesse de groupe supraluminique et sa mise en évidence expérimentale, cf. les travaux de Chiao, Steinberg et Kwiat (avec une interprétation divergente de Herbert Winful, vraisemblablement majoritaire, mais je suis d'un avis différent. Dans la barrière de potentiel, l'énergie cinétique est négative. C'est le signe, d'une inversion du temps, cf. structure of dynamical systems, JM Souriau, § Inversion of space and time).
• l'expérience du choix retardé
• le paradoxe des 3 boîtes
• l'interprétation rétrocausale de l'effet EPR, interprétation que, par le passé, je pensais aussi inutile que stupide. Je croyais bien plus, à l'époque, à une possible violation un peu cachée d'invariance de Lorentz qu'à une violation cachée du principe de causalité, par "la nature", d'où mon intérêt, à cette époque, pour l'interprétation Lorentzienne des effets relativistes)
• la mesure faible
• l'interprétation rétrocausale de l'inertie
• l'interprétation rétrocausale de la réaction de radiation

Time-symmetric formulation of quantum theory provides new understanding of causality and free choice

The study offers new insights into the concepts of free choice and causality, and suggests that causality need not be considered a fundamental principle of physics (manifestement, je ne suis donc pas le seul à le penser). Now theoretical physicists at the Université libre de Bruxelles have developed a fully time-symmetric formulation of quantum theory which establishes an exact link between this asymmetry and the fact that we can remember the past but not the future (une question dont la réponse est, selon moi, très directement liée à la notion d'entropie pertinente).

The researchers argue that the defining property according to which we interpret the variable describing the measurement as up to the experimenter's choice, while the outcome not, is that it can be known before the actual measurement takes place.

From this perspective, the principle of causality can be understood as a constraint on the information available (je suis du même avis) about different variables at different times. This constraint is not time-symmetric since both the choice of measurement and the outcome of a measurement can be known a posteriori. This, according to the study, is the essence of the asymmetry implicit in the standard formulation of quantum theory.

[ABC]

Cela rend la notion d'inter subjectivité peu discriminante puisque n'importe quel "observateur" de l'Univers aura la même. La notion d'objectivité garde donc, àmha, tout son sens et reste une notion de base de la démarche scientifique.

Et cela souligne l'importance de la notion d'information détenue par l'observateur dans la notion d'objectivité telle que nous la comprenons (par rapport à une réalité dont les propriétés existeraient indépendamment de toute considération d'information détenue par des observateurs, des informations obtenues par interaction observateur/système observé).

Cette notion d'information détenue par l'observateur permet notamment de comprendre pourquoi nous observons une asymétrie temporelle dans le déroulement des évènements et une nette distinction entre évènements futurs et évènements passés ainsi qu'un principe de causalité alors que les lois de la physiques sont (CP)T symétriques (L'irréversibilité de l'écoulement du temps est une violation de la symétrie CPT, une violation d'unitarité donc (unitarité exprimant la conservation de l'information) comme le font remarquer Sean Carroll et Huw Price (1).

Un bon exemple illustratif du rôle de l'observateur et ses limitations d'accès à l'information dans l'émergence d'un écoulement irréversible du temps s'observe dans le cas de mesures quantiques dites faibles réalisées entre mesures quantiques (fortes) de présélection ET mesures quantiques (fortes) de postsélection. La corrélation entre mesures fortes et mesures faibles postéreures est mathématiquement la même que la corrélation entre mesures fortes et mesures faibles antérieures.

Cette corrélation respecte donc bien la symétrie T malgré le caractère indument réputé objectivement irréversible des mesures quantiques (cf. Time Symmetry in the Quantum Process of Measurement, Yakir Aharonov, Peter G. Bergmann, and Joel L. Lebowitz, Phys. Rev. 134, B1410 – Published 22 June 1964).

Si, comme Aharonov, Vaidman et les physiciens de cette école de pensée, nous oublions volontairement les limitations d'accès de l'observateur à l'information. Si, donc, nous adoptons une interprétation T-symétrique de ces résultats d'observation au motif que la corrélation est T-symétrique, nous acceptons alors leur inteprétation de la corrélation entre mesures fortes et mesures faibles antérieures comme une action rétrocausale cf. Can a Future Choice Affect a Past Measurement's Outcome? Yakir Aharonov, Eliahu Cohen, Avshalom C. Elitzur

D'où résulte cette interprétation rétrocausale ? Elle découle d'un refus (de la part de ces physiciens) d'accorder un statut physique aux limitations d'accès à l'information de l'observateur. Cela résulte d'une interprétation réaliste des résultats de mesure faible (cf. Weak-Measurement Elements of Reality, L. Vaidman).

Pourquoi ce choix d'une interprétation réaliste des résultats de mesures faibles intermédiaires ? Pour la raison suivante : que ces résultats soient observés ou pas, si on connait les résultats des mesures quantiques fortes de présélection les précédant ainsi que les résultats des mesures quantiques fortes de postselection les suivant, on peut prédire, de façon déterministe, les résultats de mesure faible intermédiaires.

A cause de ce déterminisme, reposant non sur la connaissance des seules conditions initiales mais sur la connaissance des conditions initiales ET des conditions finales (2), Aharonov, Vaidman et consort chosisissent de considérer ces résultats de mesure faible comme des "éléments de réalité". Ces résultats de mesure faible intermédiaires ne font, en effet, que confirmer ce qui peut être déduit quand on dispose de la connaissance des mesures fortes antérieures et postérieures à ces mesures faibles.

Aharonov et Vaidman adoptent ainsi, pour les résultats de mesures faibles, le critère de réalité d'Einstein tel que libellé dans son étude de l'effet EPR (3) (EPR criterion of reality (4))...
...et du coup, la corrélation entre mesures fortes et mesures faibles antérieures devient, selon l'interprétation des Aharonov, Vaidman et consort, une relation de causalité.

Or, en fait, l'observateur n'a pas d'information quant aux résultats de mesures fortes postérieures à ses mesures faibles au moment où il réalise ses mesures faibles. Il ne peut donc pas se servir de cette corrélation time-symmetric pour choisir de façon appropriée ses photons et provoquer ainsi (causer), à rebrousse-temps, en violation du principe de causalité, un résultat de mesure faible souhaité en exploitant les résultats de mesures fortes postérieures.

Son ignorance des résultats futurs l'empêche donc de tirer parti, time-symétriquement, d'une corrélation, pourtant time-symmetric, elle. C'est son manque d'information qui est time-asymmetric. Si on accepte de faire rentrer l'observateur et son manque d'information dans la physique, le principe de causalité est préservé.

C'est de notre manque d'information que découle

• le principe de causalité,
• une notion de passé et de futur,
• et un écoulement irréversible du temps dans le sens présent futur.

L'asymétrie temporelle et même le temps lui-même découlent de notre absence d'information sur les évènements futurs, et, d'une façon plus générale, de nos limitations d'accès à l'information (dont notre myopie d'observateur macroscopique). Nous exprimons toutefois ce fait d'observation de façon réaliste en disant "les évènements futurs n'existent pas encore". Nous attribuons ainsi à l'univers observé des propriétés qui nous sont propres. Il ne peut toutefois pas en être autrement. Il n'y a pas de propriété sans observateur et sa grille de lecture pour les définir.

(1) Time’s Arrow and Eddington’s Challenge, Huw Price, séminaire Poincaré XV, LE TEMPS (2010)

The thermodynamic arrow isn’t just a T-asymmetry, it is a PCT-asymmetry as well.

L'unitarité des évolutions (induite par la symétrie CPT) exprime la conservation de l'information. L'irréversibilité des évolutions se manifestant à notre échelle d'observation est une fuite d'information hors de notre portée. C'est une violation de la symétrie CPT, donc une violation de l'unitarité des évolutions et donc une violation de la loi de conservation de l'information.
Time-Reversal Violation Is Not the "Arrow of Time" Sean Carroll.

The particle-physics processes...are perfectly reversible. Information is not lost over time; you can figure out exactly what the quantum state used to be by knowing what it is now. (It’s “unitary,” to use the jargon word).

(2) Rien d'étonnant à cela, avant plaquage anthromomorphique inévitable d'un sens temporel présent-futur, les équations d'évolution quantiques sont d'ordre 2. Il leur faut donc une condition initiale ET une condition finale. L'équation de Klein Gordon, d'ordre 2, précède l'équation de Dirac d'ordre 1 dont cette équation de Dirac est tirée (par factorisation). Il y a donc, en fait, deux équations de Dirac, une correspondant au sens normal d'écoulement du temps et une équation de Dirac évoluant à rebrousse-temps (qu'on ne considère pas). La même remarque s'applique à l'équation de Schrödinger. On a deux équations de Schrödinger avant d'en choisir une (celle qui nous plait) une dans le sens normal d'écoulement du temps et sa jumelle évoluant à énergie négative (donc à rebrousse temps).

La possibilité d'une formulation time-symmetric de la physique était déjà présente en physique classique. La formulation time-symmetric de l'effet d'inertie par exemple, par interférence d'ondes gravitationnelles avancées se propageant à rebrousse-temps du futur vers le présent avec des ondes gravitationnelles retardées se propageant du passé vers le présent, permet d'interpréter le phénomène d'inertie comme un effet de nature gravitationnelle, respectueux de l'invariance de Lorentz et du pincipe de Mach (cf The origin of inertia, James F. Woodward). C'est choquant en raison de notre tendance anthropomorphique à attribuer au principe de causalité un caractère objectif, un caractère qui serait intrinsèquement du aux lois de la nature elles-mêmes et ne devrait rien à nos limitations d'accès à l'information. cf aussi, RADIATION REACTION concernant une formulation time-symmetric de l'électromagnétisme.

(3) [Albert Einstein] 1. A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen: "Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?" Physical Review 41, 777 (15 May 1935)

(4) "If, without in any way disturbing a system, we can predict with certainty (i.e., with probability equal to unity) the value of a physical quantity, then there exists an element of reality corresponding to that quantity".