La physique quantique

Je vous invite à regarder d’abord ma vidéo sur ce sujet avant de lire l’article plus complet.

Partie 1 : Définition et description

Théorie du comportement d’objets physiques petits ou sans influence de l’environnement. La mécanique quantique est plus précisément les modèles construits entre 1900 et 1925.

Avant 1925 il existait divers domaines de la physique avec leurs théories différentes : électricité, magnétisme, thermodynamique, mécanique des solides et mécanique des fluides, gravitation etc.

Depuis il ne reste que 2 théories considérées comme fondamentales : la relativité générale (gravitation) et la théorie quantique (tout le reste : électromagnétisme, interaction nucléaire forte et faible).

De quoi parlent exactement les physiciens ?

Effets quantiques

Quantification :

  • l’énergie s’échange par paquet
  • il existe d’action minimale correspondant au plus petit changement entre 2 états (constante de Planck réduite)
  • il existe une quantité minimale à fournir pour interagir avec un objet
  • pour effectuer une mesure ou observation sur un objet quantique on doit interagir et donc on le modifie

L’expérience des fentes de Young

  • Aucune fente : les particules n’atteignent pas l’écran
  • Une fente : les particules font une forme de diffraction sur l’écran
  • Deux fentes et plus : les particules forment une figure d’interférences
  • Que se passe-t-il avec un nombre infini de fentes, quand il ne reste plus rien de la plaque ? Dans ce cas chaque particule peut prendre toutes les trajectoires possibles en même temps. Le résultat est la somme d’un nombre immense d’interférences.

La superposition a lieu dès qu’un objet a plusieurs possibilités et qu’on n’interagit pas avec lui pour le forcer à choisir un état particulier. Par exemple dans l’expérience des fentes de Young, une particule perd l’information de sa localisation entre le canon qui l’a envoyée et l’écran sur lequel elle réapparaîtra.

Conclusion partie 1

  • Pour les physiciens et mathématiciens, la mécanique quantique est un ensemble de postulats et de règles à appliquer pour décrire l’état d’un objet quantique
  • Un objet quantique est une entité dont le type n’a pas d’équivalent dans notre réalité habituelle. C’est un vecteur dans un espace mathématique abstrait.
  • C’est en effectuant une mesure qu’on donne des valeurs précises à certaines propriétés de l’objet, par exemple une position ou une vitesse.
  • Il faut voir un objet quantique comme une entité contenant de l’information, qui n’a pas forcément toutes les caractéristiques physiques habituelles d’un objet macroscopique. Un objet quantique peut ainsi être formé de 2 particules intriquées très éloignées l’une de l’autre. Chaque particule intriqué doit être considérée comme la moitié d’une information sur un objet quantique unique.

Partie 2 : expériences quantiques

L’expérience de non localité de type « avant-avant » et « après-après ». Cette expérience est du même type que celle d’Alain Aspect qui avait montré la non localité d’un système quantique intriqué. Les expériences de Suarez utilisent des détecteurs en mouvement pour désynchroniser les événements. Il est alors impossible de dire qu’une des deux mesures a eu lieu avant l’autre, elles ont eu lieu toutes les deux avant l’autre.

L’expérience de la gomme quantique à choix retardé

L’expérience des bombes

Protocole de mesure

Une expérience de physique quantique sépare formellement :

  • L’entité observée
  • L’appareil de mesure
  • L’environnement
  • Le sujet conscient de l’observation

Ce qu’on observe, le phénomène, est ce qui est obtenu par la combinaison de ces éléments séparés.

L’entité observée

Généralement il s’agit d’une ou plusieurs particules dont on veut observer le comportement.

L’appareil de mesure

Il s’agit de ce qui est utilisé pour qu’une propriété de l’entité observée devienne observable.

L’environnement

On défini l’environnement comme étant tout ce qui ne fait pas partie du phénomène et qui peut parfois l’empêcher de se produire.

Le sujet conscient de l’observation

La finalisation de l’observation en tant que phénomène réel survenu se fait lorsqu’un observateur conscient en prend connaissance. Un état mental n’est pas quantique car il ne peut pas être dans un état superposé.

L’observation du phénomène

Un expérience de physique quantique consiste à produire une information observée. Il a été montré qu’un système correspond à son minimum d’information nécessaire. Lorsqu’on n’a pas l’information sur la position d’une particule alors celle-ci est nulle-part. Cette information a pu avoir été forcée d’exister un instant, elle peut être à nouveau perdue si aucune conscience n’en a pris connaissance. Voir l’expérience de la gomme quantique à choix retardé.

Une autre expérience permet de montrer que les événements possibles interfèrent entre eux pour produire un événement réel. Voir l’expérience des bombes d’Elitzur-Vaidman.

Il a aussi été montré grâce aux expérience de René Peoc’h que les données mesurées par des systèmes d’enregistrement informatiques pouvaient certainement être modifiées par la pensée tant qu’aucune observation de ces données n’a encore été faite par une conscience. Voir l’article -Modifier le passé et prévoir le futur-.

La théorie quantique peut sembler incompréhensible dès qu’on essaye de la traduire en terme de matière dans l’espace-temps. Les objets dont elle parle n’ont pas forcément de position ni de mouvement, ils peuvent être à plusieurs endroits possibles et effectuer différents trajets virtuels.

En regardant les objets et les phénomènes comme une certaine information disponible pour un observateur conscient, alors on comprend mieux pourquoi un objet n’est pas forcément toujours quelque part. On comprend aussi pourquoi l’action d’observation sur une particule intriquée agit instantanément sur l’autre particule de la paire, son âme-sœur. Elles n’étaient chacune qu’une moitié d’information qui se trouvait dans la même case de mémoire. Ou plutôt, elles étaient la même note de musique, le même son dans toute la pièce avec qu’il touche un mur.

  • Entité isolée de l’environnement : on suppose qu’elle est ainsi dans un état quantique
  • Instrumentation : force l’entité à choisir entre des possibilités pour certaines propriétés qui vont devenir observables. Selon le type d’instrument on oblige par exemple une particule à avoir une position (avec un écran) ou on limite ses trajectoires possibles (avec une plaque percée de fentes).
  • Observateur : tant que les résultats d’une expérience n’ont pas été observés par une conscience tout indique qu’ils restent au moins partiellement indéterminés et modifiables. Cela signifie que tant qu’un fichier contenant les enregistrements de signaux d’une expérience n’a pas été ouvert et vu par quelqu’un, rien ne permet de supposer que cet enregistrement contenait des données réelles. La particularité de la conscience observatrice est de toujours exister dans un état unique non superposé.

Une expérience de physique quantique est en fin de compte un moyen de générer une information provenant d’un phénomène existant sous la forme de possibles ou virtualités, dont le type est défini par l’instrumentation de mesure et dont le résultat doit être observé par une conscience pour devenir réel.

Ce qu’il faut en retenir

La réalité doit être décrite en terme d’information. Des objets peuvent se trouver à des endroits indéfinis tant qu’aucune conscience n’a eu l’information de leur position. Un événement possible dans le présent ainsi que les événements possibles dans le futur ont le même degré d’existence que l’événement qui se produit tant qu’on ne l’a pas observé. L’espace et le temps sont une projection holographique de cet univers information, la distance et la durée entre des entités ou des phénomènes ne sont pas toujours définis.

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