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  • JC Duval

La mesure en Quantique

„ Nous devons nous rappeler que ce que nous observons n’est pas la Nature elle-même, mais la Nature soumise à notre méthode de questionnement."

Werner Heisenberg (1901 1976)

 

Problème de la mesure


En définissant ce qu’était l’état d’un système, nous avons déjà abordé la mesure, mais allons un peu plus loin… Pour effectuer une mesure il faut un appareil de mesure. La lecture de l'instrument donnera la mesure. «C’est pas faux» me direz vous 🤭

Imaginons maintenant que nous ayons un système quantique qui puisse prendre les états Pile ou Face et un instrument qui mesure la "pile-ou-facitude" du système.

Prenons le système et positionnons le dans un des états suivants : soit Pile, soit Face, soit l’état combiné Pile + Face, et prenons l’appareil de mesure qui avant la mesure est dans un état pas de mesure.

Si maintenant, on associe «le système et l'appareil de mesure» et si on effectue une mesure avec le système positionné dans l'un des états évoqués précédemment, analysons l'évolution du dispositif en nous appuyant sur le principe de l'évolution des états.

Le 'ET' quantique versus le 'OU' classique. Le résultat de la mesure d'un état combiné est aléatoire.


- Lorsque le système est dans l’état Pile, le résultat de la mesure est conforme au résultat attendu : 'Pile et Pile-mesuré'. Idem pour l’état Face, où on obtient 'Face et Face-mesuré'.


- Par contre, lorsque le système est dans l’état superposé Pile + Face le résultat de la mesure n’est plus en phase avec le résultat attendu. La mesure retourne soit la valeur 'Pile et Pile-mesuré', soit la valeur 'Face et Face-mesuré', et ce de manière aléatoire, alors que la MQ nous indique clairement que l’état du «système et appareil» est dans un état superposé Pile et Pile-mesuré + Face et Face-mesuré.

C’est un vrai dilemme !

A noter que lors d'une 2eme mesure, on retrouve le même résultat, sauf à avoir un mauvais instrument de mesure. Entre 2 mesures, sur un système qui ne change pas d'état, un bon instrument se doit de retourner la même valeur. Plus rien d’aléatoire, ni de quantique.

Ce qui communément amène à dire qu'une mesure force l’état d’un système à l’état mesuré.


A lire : Une petite histoire quantique ou l'histoire de petits grains de lumière.

 

Interprétation de la mesure

Est-ce à dire que la propriété de l'objet quantique n'est rien d'autre que le produit de la relation entre l'objet et l'appareil de mesure ? Est-ce à dire que le processus de la connaissance et l'objet dont elle rend compte ne peuvent être dissociés ?

Nous entrons ici dans le domaine de l’interprétation.

L’interprétation de Copenhague (Bohr) suppose que le résultat de la mesure ne peut conserver qu’un état directement «accessible» à l’instrument (Pile-mesuré ou Face-mesuré).

Le résultat de la mesure se limite donc à un seul des états participant à la combinaison. (Pile et Pile-mesuré ou Face et Face-mesuré). La mesure via l’instrument ‘fait’ un choix et au final dissocie l’état du système de la réalité telle que nous la percevons.

Schrödinger avait pris l'image du chat. La réalité prend corps lors de la mesure et la structure apparente du monde dépend de son observation.


Everett quant à lui, fait intervenir le «monde» dans sa globalité, y compris les observateurs et leur perception … Le résultat de la mesure débouche non plus simplement sur un état accessible à l’instrument comme Bohr, mais sur un état ‘perceptible’ (état Pile-perçu ou état Face-perçu). Et l'observateur ne peut avoir qu’une seule représentation du monde.

Serait-il cependant possible d’établir un pont avec la représentation d'un autre état de la combinaison ? Vaste sujet… souvent abordé par la question de l'existence de mondes parallèles en Science-Fiction. 👽

Au final, cette interprétation épargne la physique mais sort de son domaine. La perception n'entre pas dans le cadre de la MQ et d'ailleurs bien malin qui peut dire ce qu'est la perception.


👉 D’autres interprétations existent :

Décohérence quantique (frontière entre le monde microscopique et le monde macroscopique), réduction du paquet d’onde (effondrement de l’information transportée par un front d’onde en un point donné qui donne alors le résultat de la mesure) ou encore l’interprétation de Bohm qui entend donner une vision réaliste et déterministe de la quantique (utilisation de variables cachées non locales).


Cependant, aucune interprétation ne fait l'unanimité. À ce jour, le problème de la mesure reste ouvert et constitue un des mystères de la nature.


Intrication quantique



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