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Cet ensemble de textes a été conçu à la demande de lecteurs de la revue en ligne Automates-Intelligents souhaitant disposer de quelques repères pour mieux appréhender le domaine de ce que l’on nomme de plus en plus souvent les "sciences de la complexité"... lire la suite

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13 janvier 2015 2 13 /01 /janvier /2015 10:30

Jean-Paul Baquiast - 12/01/2015
 

Un article récent de Michaël Brooks dans le NewScientist(1) décrit des dispositifs expérimentaux pouvant montrer comment des objets quantiques (q.bits) en superposition ou en cours de décohérence se comportent à l'intérieur d'un champ gravitationnel. Ceci pourrait permettre de faire apparaître un lien entre théorie quantique et relativité jusqu'à présent recherché en vain par les théoriciens de la gravitation quantique.

Il est inutile de revenir ici sur le fait, bien connu de nos lecteurs, que la mécanique quantique et les relativités restreinte et générale ne sont absolument pas compatibles en termes théoriques, tout en étant toutes deux vérifiées dans leurs domaines par des milliers de preuves expérimentales.

Le point nouveau important, souligné par l'article, est qu'aujourd'hui des physiciens autorisés, notamment l'"ancêtre" Roger Penrose, pensent que des dispositifs expérimentaux actuellement en cours de mise au point pourraient prochainement apporter quelques ouvertures tant en termes expérimentaux ultérieurement au plan théorique ultérieurement permettant de commencer à résoudre les grandes énigmes de la gravitation quantique.

Ainsi, en ce qui concerne la superposition, certains physiciens commencent à se demander si une particule qui se trouve en deux états superposés ne ressentirait pas l'effet de la gravité d'une façon différente au regard de l'un ou l'autre de ses états, quitte à retrouver un statut commun au regard de la gravité, lorsque cesse la superposition. En théorie, rien n'interdirait de transposer la solution à l'échelle de l'univers entier, où coexistent, par exemple dans les trous noirs, des phénomènes relevant simultanément de la physique quantique et de la gravité.

De même, en ce qui concerne la façon dont des atomes ou ensembles de particules ressentent l'effet du temps lorsqu'ils se déplacent dans des champs gravitationnels différents(2) d'autres de leurs collègues commencent à se demander si chacun des états d'un atome en état de superposition n'expérimenterait pas des temps différents, selon la vitesse à laquelle ils pourraient se déplacer dans des champs gravitationnels, avant de retrouver un temps identique en se recombinant.

La difficulté consistera évidemment à mettre au point des dispositifs permettant d'une part d'individualiser les états superposés d'une même particule quantique et d'autre part de les soumettre à des champs gravitationnels différents afin de mesurer leurs caractéristiques avant qu'ils ne retrouvent l'état d'une particule macroscopique unique.

 

La réduction de la fonction d'onde - Approche gravitationnelle de la mesure

La nouvelle génération d'instruments auxquels nous venons de faire allusion devrait également permettre d'étudier des situations où ce serait la gravitation qui provoquerait la décohérence d'une particule quantique, autrement dit entraineraient la réduction de sa fonction d'onde. Dans cette perspective, ce pourraient être des phénomènes induits par la gravitation au sein ou autour d'une particule quantique qui se comporteraient en "observateurs".

Dans l'expérience de l'interféromètre à double fente (fentes de Young), l'apparition de bandes d'interférence résulte du fait que des particules (voire des ensembles plus importants de quelques dizaines ou centaines de particules, peuvent passer simultanément par les deux fentes avant de se recombiner en particules uniques sur l'écran(3). Elles se comportent en effet à la fois comme des ondes et des particules. Or si l'on place un détecteur sur le chemin d'une de ces fentes celui-ci provoque la décohérence de la particule qui redevient uniquement une particule et cesse d'être à la fois une onde et une particule. Le détecteur tient le rôle de l'observateur facteur de décohérence dans la théorie quantique classique.

Or la pratique de l'expérience des fentes de Young appliquée à des molécules de près de 800 atomes a montré que les atomes les composant peuvent vivre en superposition, mais décohèrent d'autant plus vite qu'ils constituent un ensemble composé d'un plus grand nombre d'atomes, c'est-à-dire pesant d'autant plus lourd. D'où l'hypothèse que la gravité a quelque chose à voir avec la décohérence.

Plus les ensembles de molécules sont lourds, comme le sont les corps de la physique macroscopique, y compris les êtres vivants, plus vite ils perdent les propriétés quantiques leur permettant de se comporter à la fois comme onde et comme particule. C'est la raison pour laquelle, jusqu'à présent, il n'a jamais été possible d'observer l'état quantique initial de corps macroscopiques composés d'un très grand nombre d'atomes. Ils se retrouvent, si l'on peut dire « observés » par la force gravitationnelle qui réduit presque instantanément leur fonction d'onde.

Pourrait-on tirer de ces conjectures une première suggestion concernant le processus par lequel des particules matérielles émergent dans le milieu quantique (le vide quantique?). Ces particules matérielles s'inscrivent dans un monde où l'on peut parler de temps et d'espace, et donc de gravité, même si les contenus de ces « réalités » n'ont rien d'invariable. Le monde quantique ne reconnaît ni le temps ni l'espace. Nous sommes faits en ce qui nous concerne de particules matérielles (peut-être aussi de particules quantiques, mais la question n'est pas là). Compte tenu des hypothèses brièvement présentées ici, ne serait-il pas possible d'envisager que, dès qu'au cours des fluctuations du monde quantique, apparaissent des molécules composées d'un nombre suffisant de bits quantiques, c'est-à-dire suffisamment «lourdes», celles-ci, soumises au champ gravitationnel, se transforment quasi systématiquemente en molécules matérielles ?
La gravité jouerait ainsi le rôle d'observateur dans la théorie quantique de la mesure.

Le mécanisme serait permanent, ce qui expliquerait l'abondance des particules matérielles dans l'univers observable. Bien sûr, cela ne permettrait pas pour autant d'expliquer l'existence simultanée du milieu quantique et de la gravitation. Il faudrait pour cela faire appel à des descriptions plus complexes de l'univers ou des multivers. Mais cela permettrait de mieux comprendre les interactions entre univers quantique et univers relativiste, objet des travaux de la gravitation quantique.

De nouveaux dispositifs expérimentaux

Cependant, aujourd'hui, dans le cadre de travaux intéressant la réalisation de calculateurs quantiques, les physiciens commencent à mettre au point des dispositifs comportant quelques dizaines voire à terme quelques centaines de q.bit maintenus en état de cohérence par des processus leur évitant d'interférer avec le monde macroscopique. Sur de tels objets, il pourrait devenir possible de tester l'effet de la gravité. Comme d'habitude sur ce site, nous n'essaierons pas de décrire ce que pourraient être de tels dispositifs, renvoyant le lecteur suffisamment informé aux publications des physiciens qui les imaginent(4).

En explorant le web, le lecteur trouvera de nombreuses références aux chercheurs et aux travaux s'intéressant aux nouvelles approches expérimentales permettant de mettre en évidence les relations entre la mécanique quantique et la gravité. Ceux-ci ne devraient pas aboutir très rapidement, mais certainement bien avant des recherches aujourd'hui embourbées dans les arcanes de la théorie, telles celles constituant la Théorie des Cordes. La science perd très vite sa pertinence si elle s'écarte trop durablement de l'expérience.

Références

(1) Michaël Brooks. The secret Life of Reality

(2) Il s'agit du phénomène décrit sous le terme de «dilatation du temps».

(3) Wikipedia :  Fentes d'Young

(4) Voir Physical Review, Cisco Gooding et George Unruh Self-gravitating interferometry and intrinsic decoherence
* Voir aussi le Caslav Brukner Group :  Quantum foundations and quantum information theory
Notamment Experimental Superposition of Orders of Quantum Gates
* Voir aussi Scientific American :  Physicists Eye Quantum-Gravity Interface
* Voir aussi le Markus Arndt's
group

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commentaires

venousto 19/06/2016 12:11

venousto prezydent de la terre
on vote toute les decision des dirigeant par le peuple
le peuple vote chac decision des dirigeant
le pouvoir entre les main des gens du peuple
votons chac loi de nivo vitale

phi-phi=phj-phj=phk-phk=phiphjphk=a+bphi+cphj+dphk

2phi-1phi=1phi+1(0phi=1)

ii=jj=kk=ijk=a+bi+cj+dk

nu=iphi

tu vas pas comprendre

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