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Accueil du site > 02 - Livre Deux : SCIENCES > Atome : lois de la Physique ou rétroaction de la matière/lumière et du vide (...) > Qu’est-ce que la non-séparabilité quantique ?

Qu’est-ce que la non-séparabilité quantique ?

lundi 20 juin 2016, par Robert Paris

Qu’est-ce que la non-séparabilité quantique ?

« Le fait qu’une particule quantique a une certaine probabilité d’être dans un état donné ne doit pas être considéré comme la traduction d’une ignorance mais celle d’une propriété de la particule… La température est l’effet moyen des énergies en jeu (des molécules), la pression résulte des forces d’impact des molécules sur les parois, etc. De même, selon cette conception, les quantités calculées par la théorie quantique –fonctions d’onde, observables, etc – seraient des effets moyens résultant de mouvements internes des systèmes, plus fins que les phénomènes quantiques observés. Cela nécessitait une autre révision déchirante concernant la séparabilité de la particule. Et une troisième concernant l’existence de la particule dans le temps et dans l’espace. Ces modifications de l’image du monde matériel consistaient à considérer que ce sont les particules qui produisent le temps et l’espace dans lequel elles évoluent. D’autre part, cela signifie un changement considérable concernant la relation de la matière et du vide. Loin d’être antinomiques les deux seraient interpénétrés à l’infini, constructifs et destructifs à l’infini, pas des boucles de rétroaction… Ces électrons, ainsi que les autres particules fondamentales, n’existent pas dans l’espace et le temps. Ce sont l’espace et le temps qui existent en fonction d’eux. (...) Si l’espace et le temps ne sont pas les matériaux de base de l’univers, mais simplement des effets moyens statistiques, d’une multitude d’entités plus fondamentales et plus profondes, il ne paraît plus du tout étrange que ces entités fondamentales, lorsqu’on imagine leur existence dans l’espace et le temps, exhibent des caractéristiques aussi peu appropriées que celle de l’onde ou de la particule. (...) Cette notion d’effets moyens qui n’appartiennent pas à l’individuel n’est pas nouvelle pour la science. La température si réelle et précise que nous pouvons la lire sur un thermomètre ordinaire, n’est qu’un effet statistique des mouvements moléculaires désordonnés... Le fait de considérer qu’une particule quantique a une certaine probabilité d’être dans un état donné ne doit pas être considéré comme la traduction d’une ignorance mais celle d’une propriété de la particule… L’électron nu n’existe pas réellement puisqu’il est toujours impensable sans son champ. »

Banesh Hoffman et Michel Paty dans « L’étrange histoire des quanta »

« Le berger qui dénombre ses moutons, ou le caissier ses billets, les compte un par un, en jouant sur leur séparation. Rien de tel n’est possible avec les quantons identiques, qu’on ne peut pas individualiser, par suite de la délocalisation et de la non-séparabilité fondamentales du monde quantique… »

Jean Marc Lévy-Leblond dans « Aux contraires »

« Nous ne pouvons pas nous représenter un électron comme un objet. »

Paul Langevin

« Si un électron entre et sort d’une boite (une zone par exemple) (...), on ne peut pas dire que c’est le même électron qui entre et qui sort. (...) La masse est longtemps apparue comme une propriété fondamentale. N’est-il pas surprenant de la voir maintenant apparaître comme une propriété purement dynamique, liée aux propriétés du vide et à la façon dont elles affectent les particules qui s’y trouvent ? (...) Cette nouvelle conception de la masse est une révolution importante. Ce qui apparaissait comme une propriété intrinsèque et immuable se voit relégué au rang d’effet dynamique dépendant des interactions et, avant tout, de la structure du vide. »

Georges Lochak, Simon Diner et Daniel Farge dans « L’objet quantique »

« Le concept d’existence de l’électron dans l’espace et le temps conduit à un paradoxe. » D’où la nécessité de définir la particule comme une structure émergente issue des interactions du vide et non comme une chose préexistante et fixe. »

Franco Selleri dans « Le grand débat de la théorie quantique »

« Ce ne sont plus des objets métaphysiques figés qui sont étudiés, mais bien des interactions collectives. »

« Dans cette théorie, par conséquent, il n’y a pas de particule qui garde toujours son identité (...) Le mouvement est ainsi analysé en une série de recréations et de destructions, dont le résultat total est le changement continu de la particule dans l’espace. »

David Böhm explique ainsi dans « Observation et Interprétation »

« Les particules ne sont pas des objets identifiables. (...) elles pourraient être considérées comme des événements de nature explosive (...) On ne peut pas arriver – ni dans le cas de la lumière ni dans celui des rayons cathodiques - à comprendre ces phénomènes au moyen du concept de corpuscule isolé, individuel doué d’une existence permanente. »

Le physicien Erwin Schrödinger dans « Physique quantique et représentation du monde »

La question de la non-séparabilité a été soulevée par Einstein dans le « paradoxe EPR »

Le paradoxe EPR de discussion d’Einstein

Encore sur le paradoxe EPR

Un débat sur le paradoxe EPR Le paradoxe EPR

L’expérience est la suivante. Imaginons un laboratoire tapissé de détecteurs de photons. Au milieu de la pièce, plaçons un atome stimulé de façon telle qu’il émette simultanément deux photons après un certain laps de temps. Pour des raisons de symétrie, ces deux photons doivent se déplacer dans des directions exactement opposées. C’est bien ce que l’on observe : lorsque l’un détecteur indique la capture d’un photon, le détecteur placé du côté opposé fait de même.

Jusqu’ici, pas de problème. Mais analysons la situation du point de vue de la mécanique quantique. Selon cette dernière, les photons n’ont pas de direction particulière avant d’être détectés, tout comme un électron n’a pas de position précise. Toutes les directions ont une probabilité identique tant que nous n’observons pas les particules. Ce n’est que lorsque nos détecteurs capturent l’un des photons que le choix d’une direction se produit.

C’est là le problème : le premier photon ne se voit affecté d’une direction particulière qu’au moment où nous le capturons et de même pour le deuxième. Pourtant, lorsqu’ils sont détectés, les deux photons se trouvent dans des directions exactement opposées. Comment les deux particules peuvent-elles apparaître simultanément aux extrémités opposées de la pièce si elles n’ont pas échangé d’information au départ ?

Remarquons que la taille du laboratoire est sans importance. Si nous plaçons nos détecteurs aux quatre coins du Groupe Local, le résultat sera identique. Les deux photons, même séparés par des millions d’années-lumière, seront détectés au même moment dans des directions exactement opposées, bien qu’ils ne savaient pas dans quelle direction ils se propageaient avant d’être observés.

L’expérience d’Alain Aspect

Pour Einstein et ses deux confrères, un tel paradoxe montrait que la mécanique quantique n’était pas une description satisfaisante de la réalité. La situation resta confuse jusqu’en 1982, lorsque le physicien français Alain Aspect montra que la mécanique quantique avait bel et bien raison.

Alain Aspect réalisa une expérience similaire en principe à la précédente et fut en mesure de prouver que les photons se comportaient exactement comme la mécanique quantique le prédisait. Ils n’échangeaient aucune information au départ et n’apprenaient leur direction qu’au moment de la capture. Ce qui ne les empêchait pas d’apparaître finalement dans des directions exactement opposées. La situation était donc véritablement paradoxale, elle n’était pas liée à une faille de la mécanique quantique.

La non-séparabilité

Pour essayer d’expliquer le paradoxe EPR, il nous faut remettre en cause la vision classique du monde microscopique. En effet, la situation pose problème car nous considérons les deux photons comme des entités distinctes possédant des propriétés locales. Par contre, le paradoxe n’en est plus un si nous considérons que les deux particules forment un système avec des propriétés non localisées dans l’un ou l’autre des photons.

Dans cette interprétation, les deux photons, même séparés par des millions d’années-lumière, sont en contact permanent. Ils n’ont pas besoin d’échanger d’information à l’aide d’un moyen classique limité par la vitesse de la lumière. Lorsque l’un est détecté, l’autre le sait de façon instantanée. Les deux particules peuvent donc apparaître dans des directions opposées sans se consulter au préalable.

Le paradoxe EPR nous oblige ainsi à introduire un nouveau concept : la non-séparabilité. Les particules ne peuvent pas toujours être décrites comme des entités totalement indépendantes, mais doivent parfois être considérées comme des éléments d’un tout.

source

La non-séparabilité exposée par un autre site de physique :

« Il existe en physique quantique un phénomène qui interroge les scientifiques : le phénomène de non-séparabilité.

Le physicien Alain ASPECT (Orsay 1982) ainsi que Nicolas GISIN (Genève 1997) ont montré que deux particules qui ont été en interaction à un moment donné, gardent chacune des informations sur l’autre, et surtout restent en corrélation même à très grande distance : ce qui se passe sur l’une influence l’autre de façon instantanée (et non pas à la vitesse de la lumière). Les notions d’espace et de temps semblent ici abolies, puisque ce qui est éloigné est resté en contact. La distance explicite (spatiale) masque un contact implicite (utopique, sans lieu). Les physiciens disent que ces particules, apparemment séparées, restent intriquées.

Ce phénomène se nomme le paradoxe EPR (Einstein Podolski Rosenberg) et implique des corrélations quantiques insensibles à l’espace et au temps.

Imaginons deux particules qui interagissent puis s’éloignent l’un de l’autre : Ces deux particules jumelles sont dites corrélées, comme par exemple deux photons émis par un même atome excité.

Ces deux photons, comme tous les photons, sont dotés d’une propriété particulière, la polarisation, qui est définie comme la direction du champ électrique qui leur est associé : Deux photons corrélés auront donc une mesure de polarisation de +1 pour l’un et obligatoirement de -1 pour l’autre.

Selon l’interprétation classique, chaque photon a conservé sa polarisation après leur séparation : l’un est polarisé +1 et l’autre -1, bien avant que l’observateur n’effectue de mesure. Les deux photons constituent deux systèmes séparés et sont totalement indépendants l’un de l’autre. Selon l’interprétation quantique, tant que personne n’a effectué de mesure, la polarisation de chaque photon reste indeterminée. Le même principe s’applique à la position indéterminée de l’électron autour du noyau atomique avant mesure. Ce n’est donc qu’au moment où la mesure est faite sur un photon que l’autre acquiert ses caractéristiques : si la polarisation d’un photon est +1, l’autre devient -1 et vice-versa. Les deux particules forment un ensemble inséparable, même si elles sont infiniment éloignées…

Les expériences d’Alain Aspect en 1983 tranchent nettement en faveur de l’interprétation quantique. Cela a des conséquences révolutionnaires sur notre vision du monde :

« Deux particules corrélées forment un tout quelque soit leur distance de séparation La connaissance de l’une influe sur l’autre instantanément, sans transmission d’information résultant d’une action physique. »

Le philosophe Guitton traite du « Principe de non-séparabilité » :

« Nous avons eu l’habitude de considérer comme réalistes des objets séparables les uns des autres. Cela n’est plus vrai pour les particules de la théorie quantique. Je me permets de soulever une question audacieuse : on peut se demander si, même pour des phénomènes à l’échelle des observations humaines, il est concevable de séparer tel objet de tous les autres, s’il ne forme pas avec tous les autres un ensemble cohérent. Est-il correct d’isoler cet objet et de le considérer pour lui tout seul ? On pourrait poser la question : quelle est la réalité à privilégier d’abord, celle du phénomène détaché de l’ensemble, celle du phénomène total ou complet ? Ce qu’il y a de sûr, c’est que la non-séparabilité nous fait prendre conscience de l’interaction, de l’interdépendance de tout ce qui existe. »

Notre commentaire :

Avec la discontinuité de la matière, de la lumière, de l’énergie, de l’interaction, avec les sauts quantiques, la non-localité, l’intrication, la superposition d’états, la réduction du paquet d’ondes et la dualité onde/corpuscule notamment, la « non-séparabilité » est l’une des propriétés étranges, dites anti-intuitives, de la physique quantique. Elle donne un caractère contradictoire à la notion de particule. Car, à la fois, la particule existe en tant qu’objet individuel et, en même temps, il ne peut pas du tout être conçu comme tel.

La physique classique étudie des objets séparés et indépendants. Elle suppose l’existence d’objets extérieurs que l’on peut étudier indépendamment. Cela suppose également que ces objets existent indépendamment de l’espace qui les entoure. Dans le monde microscopique, à l’encontre du principe de causalité locale et de séparabilité, il existe des connexions non locales et inexplicables entre des éléments qui se révèlent tous interdépendants même s’ils sont séparés par de grandes distances : il y a violation du principe de séparabilité et on ne peut parler séparément de chacune des particules. Ces connexions, ces variables cachées non locales, sont situées hors de notre espace-temps, dans un autre niveau de réalité, mais elles ont une influence dans notre monde. Il faut faire la distinction entre le réel voilé qui ne sera jamais accessible par la science, (même si on peut en avoir une certaine idée et en faire l’expérience car il existe un lien entre ce réel voilé et notre monde d’existence) et la réalité empirique, le monde des apparences que décrit et analyse la science. L’univers est une totalité inter reliée dans les moindres de ses éléments, et cette totalité s’oppose à la description du monde en entités séparés et indépendantes.

Les particules classiques sont considérées comme des individus : un électron, un proton, un neutron, un photon, un neutrino et bien d’autres… Sauf que, lorsqu’ils interagissent, on constate que ce ne sont plus des individus reconnaissables, séprables, dissociables… En effet, il devient impossible de distinguer tout à fait deux particules qui s’approchent de trop près car elles interagissent avec le vide quantique qui les sépare et cette interaction ne laisse pas ces particules identiques à elles-mêmes à part pour les propriétés. Les particules ne sont que des structures émanant du vide quantique et non des objets fixes. Ce ne sont pas seulement les particules se séparer entre elles, les patricules ne sont pas séparées du « fond » du vide quantique.

La corrélation est la mise en commun durable de leur ensemble structure/milieu par deux particules. L’intrication (mélange d’interaction et d’imbrication) est le phénomène qui se produit lorsque deux particules ont interagi et ont d’autant plus une horloge commune qu’elles ont d’avantage en commun (cas ces photons dits jumeaux parce qu’ils ont été émis en même temps dans deux directions différentes par le même source. Le physicien Erwin Schrödinger parlait d’ « emmêlement » à chaque fois que deux particules mettaient en commun leurs états. La décohérence est un phénomène qui explique que le monde que nous connaissons (macroscopique) ne montre pas des phénomènes quantiques du type dualité onde/corpuscule. On dit qu’il est « classique ». Cela provient du fait que dans la matière, il n’y a ni atome ni particule isolées. Les multiples messages entre atomes proches perturbent en permanence les interactions entre un corpuscule et son milieu. Les « apparitions » et « disparitions » qui semblaient des miracles absurdes de la quantique à tous ceux qui refusent le fonctionnement « par révolutions » de la matière sont fondés sur l’inséparabilité entre corpuscule et agitation autour du corpuscule d’un milieu (vide et autres corpuscules). Ils sont supprimés, laissant place au niveau classique de la matière à grande échelle, si on supprime l’un des deux (corpuscule ou agitation du vide). Si le milieu agité autour du corpuscule est perturbé, on ne voit plus le phénomène quantique d’interaction entre les deux.

Einstein supposait la séparabilité des particules. Cette hypothèse doit être abandonnée. En effet, la particule n’existe pas indépendamment du vide qui l’entoure avec lequel elle interagit sans cesse. Deux particules qui interagissent ont donc en commun des parties du vide qui les entoure. Elles ne sont pas indépendantes. Cela signifie que la particule est une structure du vide mais pas qu’elle n’a aucune existence. Pour prendre un exemple, ce n’est pas parce que la ville n’est pas un ensemble fixe d’individus qu’elle n’existe pas. C’est une structure dynamique issue du désordre au niveau inférieur. On ne peut pas la considérer comme un objet fixe. Les particules dites élémentaires ne sont pas des objets fixes. Du coup, elles n’ont des caractéristiques numériques qu’en tant que produit de cette dynamique, où interne et externe échangent sans cesse. Cet ordre issu du désordre, s’il donne en moyenne certaines valeurs d’équilibre, n’est nullement un système à l’équilibre. Au contraire, sa dynamique est fondée sur des successions de destructions et de reconstructions. Les particules sont des structures hors équilibre au sens de Prigogine, c’est-à-dire issues d’une dynamique non linéaire. Les quanta dits réels (particules de matière et lumière) sont la négation de la négation des quanta virtuels (êtres fugitifs du vide).

Les particules ont une raison profonde de ne pas obéir à la séparabilité qui caractérise des objets : ce ne sont pas des objets !!! Ce sont des structures issues du vide quantique…

La notion d’objet individuel est celle qui a été la plus mise à mal dans cette physique. Il est aussi impossible d’expliquer la physique par l’action d’une série d’objets individuels que d’expliquer le capitalisme comme le total des actions des capitalistes individuels ou une guerre mondiale ou une révolution par une somme de volontés individuelles des participants. La physique quantique a souligné une loi générale : un élément isolé ne fonctionne pas du tout de la même manière qu’un grand groupe d’éléments du même type. Il y a une différence qualitative entre les deux. La physique quantique étudie l’atome ou la particule pris isolément alors que la physique classique étudie les lois de grandes masses de matière. Les collectivités sont fondées sur de multiples interactions qui produisent de nouvelles lois. La particule est toujours un élément d’une structure ou d’un milieu, et non un individu existant de manière indépendante de façon plus ou moins durable. Cette remarque s’applique à toutes les échelles de la réalité, sociale comme matérielle. Il n’y a pas de partie du cosmos, grande ou petite, qui soit indépendante et dont la dynamique puisse être comprise séparément du reste du monde. Tout l’univers s’interpénètre, entre ses parties comme à toutes les échelles. Une molécule prise isolément ne permet pas de définir une notion de température ou de pression. Une particule ou un atome isolés n’ont pas de notion de distance et de temps qui ne peuvent être définis que par de nombreuses interactions et par leur moyenne. Pour le comprendre, il faut prendre conscience de l’agitation du vide. Imaginons un océan agité. Un bouchon va être ballotté en tous sens, être submergé parfois, alors qu’un grand paquebot suit une trajectoire. Une ou un petit nombre de particules en interaction sont secoués, apparaissent et disparaissent alors qu’un grand nombre d’atomes en relation (échanges de photons) définit pour la matière qui la compose des positions et des trajectoires. On retrouve cette problématique en ce qui concerne la matière vivante. Un gène de l’œil ne produit pas un œil. Isolément, il n’agit pas car il doit être activé. Une fois en action, il donne des ordres à d’autres gènes bâtisseurs. Un gène n’a de signification qu’en liaison avec les autres gènes (via les protéines) qui en donnent l’expression, qui l’inhibent, l’excitent et interprètent son action. Voilà un point commun avec le mode d’existence des sociétés humaines. Aussi sûrement que la société divisée en classes sociales produit la lutte des classes, nécessite l’Etat pour les combattre et produit les révolutions pour le renverser, la lutte de l’expansion et de la gravitation de l’univers a produit la matière et la lumière et leur combat permanent définit l’espace et le temps. Les phénomènes dynamiques inventent toutes les combinaisons de matière et de lumière et leurs transformations étonnantes allant jusqu’à la conscience. Les contradictions de la matière et de la lumière produisent de nouvelles révolutions de la matière comme les étoiles, les galaxies, la vie, l’homme et les révolutions sociales. Ce n’est pas seulement une hiérarchie de construction mais un emboîtement dans lequel tous les niveaux coexistent et interagissent en permanence. Il ne s’agit plus d’une hiérarchie d’objets mais d’une hiérarchie d’interactions contrôlée par cascade de rétroactions.

"C’est cette notion de boucle qui fait que le local et le global ne sont pas séparables. Le global va contraindre et même définir les agents locaux et, en même temps, les agents locaux sont les seuls responsables de l’émergence de la totalité." écrivait Francisco Varela, dans "La complexité, vertiges et promesses", de Réda Benkirane.

https://books.google.fr/books?id=wA...

Principe de localité ou de séparabilité en physique

Les particules ne peuvent pas toujours être décrites comme des entités totalement indépendantes, mais doivent parfois être considérées comme des éléments d’un tout.

Un exposé très simple

Les exposés de grands physiciens français sur la non-séparabilité quantique

L’exposé d’Etienne Klein

Un débat sur la physique et les expériences EPR

La fin de la mystification de la matière physique, ou chosification

La matière, émergence de structure au sein du vide

Quelques idées fausses sur la matière

Pourquoi la physique quantique nous pose autant de problèmes philosophiques ?

Conférence d’Alain Aspect sur la physique quantique

Non-séparabilité et intrication

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