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PHYSIQUE QUANTIQUE & HASARD Si on
veut y voir de plus près, la nature nous offre des exemples de situations
qu'elle choisit au hasard. Il
est impossible de voir toute la réalité, mais seulement l'échantillon qu'elle
veut bien nous montrer. |
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Déterministe |
Probabiliste |
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La physique quantique est un modèle qui
estime l'évolution des systèmes physiques isolés. |
L'aspect probabilistique se manifeste lors des opérations de mesure. |
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Elle fait intervenir un vecteur d'état. |
On mesure les grandeurs: |
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Espace de dimension infinie (espace de
Hilbert). Équation
déterministe: |
Projette le système dans l'un de ses états propres. Par une sorte de tirage au sort. |
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La physique quantique serait purement
déterministe, s'il n'y avait pas d'observateur. |
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Un tout global, holistique. |
Mesurer, c'est tirer au sort. C'est
observer le tout sous l'une de ses facettes. C'est faire un
instantané photo d'un des états compris dans le tout. |
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Le vecteur
d'état est la somme des divers états propres du système. Une somme
des états propres de la grandeur que l'on va mesurer. |
Faire la mesure, projette le système vers l'un de ses états propres. |
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Statistique
de tous les états |
Une instance de ces
états |
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Exemple
avec le moment magnétique de l'électron Dans un champ magnétique, l'électron se comporte comme un petit
aimant. Il possède un moment magnétique. Sa valeur est connue avec une grande
précision qui vérifie la théorie quantique. 1,001
159 652 21 ± 4 Mesuré 1,001 159 652 46 ± 20 Calculé Accord spectaculaire entre théorie et
expérience. Cette précision de 4 10-9
représente 1 mm sur 4 000 km. Si on mesurait la distance de New
York à Los Angeles avec la même précision, la différence de dépasserait pas
l'épaisseur d'un cheveu ! Feynman
Elle permet de calculer les valeurs possibles
et leur probabilité. Mais la mesure elle-même est très
précise. |
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Un émetteur (E) de lumière et un récepteur
(R). Sur la trajectoire de la lumière un cache percé de deux trous (A et B). En optique géométrique: la lumière ne
passe que si l'un des trous est aligné avec E et R. La lumière se propage en
ligne droite. En physique quantique: un photon émis par
E a toujours une certaine probabilité de frapper le récepteur R, quelle que
soit la position des trous A ou B. Il a même une probabilité d'être passé par
A et, une autre d'être passé par B. On ne
pourra jamais dire quel chemin il a pris. En effet, on observe en R des franges
d'interférences qui prouvent que le photon est passé à la fois par A et par
B. Si on cherche à piéger le photon, en
plaçant un détecteur en A et un en B, le photon passe par A ou par B et les
franges disparaissent ! L'observation a perturbé le phénomène. Mesurer, c'est
précipiter le système dans l'un de ses états. Non seulement, Young observa les
interférences, mais il remarqua aussi que celles-ci étaient courbées (hyperboles). La périodicité lui
permit de calculer la longueur d'onde
des vibrations lumineuses (distance entre deux crêtes, par exemple) en
s'appuyant sur les travaux sur la diffraction de
Grimaldi et de Newton. Thomas Young (1773-1829), britannique, outre la découverte des
interférences lumineuses et la confirmation de la nature ondulatoire de la
lumière, il contribua au déchiffrement des hiéroglyphes égyptiens avec
Champollion. |
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Qui
tire au sort ? |
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En voulant effectuer une observation, un
état propre se manifeste. Lequel? On ne se sait pas a priori. Comme
s'il était tiré au sort. Mais qui tire au sort? Existe-il des variables cachées qui fixent
cette sélection? Comme les aiguilles de la montre qui avancent comme par mystère, tant
qu'on ne connaît pas le mécanisme interne des rouages. Comme un jeu de cartes
dont l'observateur ne verrait que le dos des cartes. Comme un jeu de football
dont le spectateur ne verrait que les joueurs et pas le ballon. Einstein
a tenté désespérément de trouver une solution. Encore aujourd'hui, on ne peut
que s'en remettre au hasard pour expliquer ces choix. On n'a pas réussi à
trouver un déterminisme sous-jacent. |
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