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1 La philosophie de la nature! ! ! L’ontologie de la physique quantique (ch. 11

1 La philosophie de la nature! ! ! L’ontologie de la physique quantique (ch. 11)! " " Michael Esfeld" Université de Lausanne" Michael-Andreas.Esfeld@unil.ch" 2 Trois problèmes " 1)"problème de non-localité / compatibilité de la physique quantique et de la physique de la relativité : théorème de Bell" 2)"problème de la mesure : postulat du collapsus de la fonction d’onde lors d’une mesure" 3)"problème du référent du formalisme quantique : fonction d’onde vs. objets dans l’espace ou l’espace-temps" Fonction d’onde comme objet physique! David Albert (1996) " "“… it has been essential (…) to the project of quantum-mechanical realism (in whatever particular form it takes …) to learn to think of wave functions as physical objects in and of themselves. And of course the space those sorts of objects live in, and (therefore) the space we live in, the space in which any realistic under- standing of quantum mechanics is necessarily going to depict the history of the world as playing itself out (…) is conﬁguration space. And whatever impression we have to the contrary (whatever impression we have, say, of living in a three-dimensional space, or in a four-dimensional space-time) is somehow ﬂatly illusory.” 4 Fonction d’onde comme objet physique :! mondes multiples Hugh Everett (1957) " ❚ objet physique : fonction d’onde dans espace à très haute dimensions " ❚ loi : dynamique de Schrödinger" ❚ explication de phénomènes observables : les phénomènes observés n’existent pas ; expliquer pourquoi le monde nous apparaît comme s’il y avait des objets localisés dans un espace-temps à 4 dimensions" ❚ Everett : fonction d’onde développe en nombre inﬁni de branches de l’univers grâce à la décohérence (« many worlds »)" ❚ Albert : observateur a des esprits multiples (« many minds »)" 5 Théorie des mondes multiples! Questions ouvertes " 1) "Comment faut-il concevoir le processus de développement des branches multiples de l’univers ? " ❚ L’équation de Schrödinger décrit un développement temporel qui est réversible. Le développement des branches multiples de l’univers est-il réversible ?" ❚ Peut-il y avoir une fusion de branches ?" 2) "Quel est le rapport entre les branches et l’espace-temps à 4 dimensions / l’apparition d’un espace-temps à 4 dimensions ?" 3) "Que signiﬁe le fait que la fonction d’onde permet de calculer des probabilités pour des résultats de mesure ?" ❚ mondes multiples : tout ce qui est possible existe en fait" → pas de place pour des probabilités, même pas comme guide pour les actions d’agents rationnels : pour chaque futur possible d’une personne, il y a un double de cette personne qui vivra ce futur dans une branche de l’univers." 6 Collapsus de la fonction d’onde! Ghirardi, Rimini, Weber (GRW) (1986) " ❚ une seule dynamique qui inclut le « collapsus de la fonction d’onde » de manière non ad hoc" ❚ localisation spontanée : ajouter à l’équation de Schrödinger un terme qui indique une probabilité pour la fonction d’onde de se localiser spontanément dans l’espace de conﬁgurations." ❚ micro-système très faible probabilité de se localiser sponta- nément (une fois toutes les 1015s)" ❚ macro-système composé de beaucoup de micro-systèmes (1023): un quelconque de ces systèmes subit toute de suite une localisation spontanée" 7 Quelle ontologie ? " ❚ loi de développement temporel de Ψ dans l’espace de conﬁgurations ne spéciﬁe pas à quoi Ψ fait référence" ❚ si Ψ pas l’objet physique, impossible de déduire du formalisme de la MQ quels sont les objets physiques" → objets physiques introduits comme « variables additionnelles », loi nécessaire qui établit un lien entre Ψ et les objets physiques" 8 Ontologie (1) : densité de matière " 1)"Qu’est-ce que la matière ?" ❚ Ghirardi : densité de matière dans l’espace (« stuff, gunk »)" ❚ La masse d’un électron se trouvant dans un état dans lequel il ne possède pas de valeur déterminée de position est étalée dans – tout – l’espace physique, constituant une densité de matière plus importante en certains points qu’en d’autres." ❚ champ / onde au lieu de particules : matière = une seule substance étalée dans l’espace, qui se concentre en certaines régions de l’espace, formant des objets macrophysiques (localisation spontanée)" 9 Ontologie (1) : densité de matière " 2) "Quelles sont les lois de la nature ?" ❚ équation GRW & équation qui établit lien entre Ψ et densité de matière" ❚ équation GRW loi probabiliste" 10 Ontologie (1) : densité de matière " 3) "Comment la matière, étant soumise à certaines lois, explique-t- elle les phénomènes observables ?" ❚ concentration de la densité de matière et sa variation dans le temps explique variation dans les phénomènes observables" ❚ densité de matière en des points de l’espace seule variable" ❚ opérateurs / observables : comportement de la densité de matière dans des situations expérimentales = changement de concentration en certaines régions" ❚ probabilités quantiques expliquées par propension de localisation spontanée de la densité de matière" ❚ delocation de la densité de matière, instantanément" ❚ action à distance fantomatique ? (boîtes d’Einstein : mesure à New York a pour effet que masse de l’électron se concentre instantanément à Tokyo)" " L’argument de Bell " ❚ résultat de mesure = position précise d’un objet" ❚ ! toute mesure = corrélation entre positions" ❚ macro-objet localisé ! les micro-objets qui le composent sont également localisés" ❚ sens commun : les macro-objets sont localisés indépendamment de si oui ou non quelqu’un les observe" → les micro-objets qui les composent sont localisés indépendamment de mesures " ❚ Les micro-objets sont localisés lorsqu’ils composent des macro- objets ssi ils sont toujours localisés. Autrement, action à distance fantomatique." → « collapsus de la fonction d’onde » pas de processus physique dans l’espace-temps" → matière pas d’onde ; seul dynamique décrite par fonction d’onde" 12 Ontologie (2) : ﬂashes " 1)"Qu’est-ce que la matière ?" ❚ Bell pour GRW : localisation spontanée de la fonction d’onde dans l’espace mathématique de conﬁgurations → ﬂash concentré autour d’un point dans l’espace physique" ❚ Les ﬂashes sont tout ce qui existe dans l’espace physique." → ni particules, ni densité de matière (« stuff, gunk ») : événements isolés" 13 Ontologie (2) : ﬂashes " 2)"Quelles sont les lois de la nature ?" ❚ équation GRW & équation qui établit lien entre localisation spontanée de Ψ et création de ﬂashes" ❚ équation GRW loi probabiliste" ❚ Etant donné une distribution initiale de ﬂashes, l’équation GRW décrit les probabilités objectives pour l’apparition d’autres ﬂashes." " 14 Ontologie (2) : ﬂashes " 3)"Comment la matière, étant soumise à certaines lois, explique-t-elle les phénomènes observables ?" ❚ macro-objets = galaxies de ﬂashes" ❚ conﬁguration de ﬂashes et sa variation dans le temps explique variation dans les phénomènes observables" ❚ opérateurs / observables : engendrement des ﬂashes dans des situations expérimentales " ❚ probabilités quantiques expliquées par propension de conﬁguration de ﬂashes d’engendrer des nouveaux ﬂashes" Ontologie (2) : ﬂashes " ❚ ﬂashes : événements isolés, pas de trajectoire ou ligne-univers → problème d’interaction" ❚ distribution des ﬂashes dans l’espace-temps très éparse : rien avec quoi l’appareil de mesure interagit – ni une particule qui entre dans l’appareil, ni une densité de matière ou une onde qui le touche ; uniquement ﬂash dans son cône de lumière passé" → incompréhensible comment des nouveaux ﬂashes sont engendrés" ❚ création de ﬂashes à distance : action à distance fantomatique ?" "(boîtes d’Einstein : mesure à New York interaction avec rien, mais crée instantanément ﬂash à Tokyo)" ❚ → ontologie des ﬂashes insufﬁsante pour tenir compte de l’argument de Bell" L’argument de Bell : ! les conséquences " 1)"objets comme en mécanique classique : particules localisées en des points de l’espace" → la fonction d’onde ne révèle pas d’information sur la conﬁguration actuelle des particules" 2)"loi non-locale de leur développement temporel : trajectoires classiques ne peuvent pas donner les probabilités quantiques" → Ce qui change par rapport à la mécanique classique, ce ne sont pas les objets, mais la loi de leur développement temporel. " De Broglie (1927), Bohm (1952, 1993), Bell (1966, 1982) " ❚ particules qui ont en tout temps une position précise" → localisation et individualité" → vitesse, trajectoire" ❚ loi, équation de guide : entrée : positions des particules, sortie : vitesses des particules " "à l’aide de la " "fonction d’onde" ❚ fonction d’onde se développe selon l’équation de Schrödinger" La mécanique bohmienne " 1)"Qu’est-ce que la matière ? " "particules ; position : relations spatiales" "changement de position de particules" 2)"Quelles sont les lois de la nature ?" ❚ équation de Schrödinger, équation de guide" → théorie de premier ordre : conﬁguration initiale de particules = position comme condition initiale & paramètre dynamique qui détermine vitesses des particules, représentée par la fonction d’onde initiale, au lieu de position, vitesse initiales & forces" → vitesses corrélées, mais pas d’action à distance fantomatique" 19 The proposal " " La mécanique bohmienne " ❚ probabilités en mécanique statistique classique : ignorance des conditions initiales" ❚ ignorance de la conﬁguration initiale de particules" ❚ conﬁguration initiale typique uploads/Litterature/ cours-nature-ch11-1.pdf