Le pouvoir de l imaginaire (57):réponse à un lecteur (suite )

Abandonnons pour un moment le futur d une « Civilisation de l hydrogène » hypothétique pour reprendre les « Réponses a mon lecteur » ….

Et consacrons les pages d aujourd’hui d emblée au plus curieux de la présentation habituelle : LES ETATS QUANTIQUES et LEUR SUPERPOSITION …

1/ IMPRECISION DES MOTS ET MEPRISES

Le travail du physicien doit pouvoir décrire tous les aspects possibles d’un systeme .Mais alors qu'en physique classique, l'état du système détermine une fois pour toutes les résultats de mesure des grandeurs physiques, une telle chose s avère impossible en physique quantique et la connaissance de l'état permet seulement de prévoir, de façon toutefois parfaitement reproductible, les probabilités respectives des différents résultats de mesure ! Pour cette raison, on a pris la mauvaise habitude de dire qu'un système quantique peut être dans plusieurs états à la fois. CE QUI EST FAUX !Il faut en réalité comprendre que le système est dans un état quantique unique, mais que les mesures peuvent donner plusieurs résultats différents, chaque résultat étant associé à sa probabilité d'apparaître lors de la mesure.En résumé , dans un systeme quantique ,l'état du système doit donc pouvoir être défini indépendamment des grandeurs physiques observables car il se peut que soit notre mesure n en donne qu une connaissance incomplète soit   meme perturbe le systeme …

Je vais en donner un exemple   matérialisé par mes photos plus loin  : imaginons que nous puissions filmer   en 3 dimensions l’ objet sphérique que nous appellerions électron pendant qu il tournerait à une grande vitesse autour de son   noyau d atome d hydrogène  et que puissions imprimer chaque trajectoire . Selon le tout premier modèle de BOHR celle-ci serait stable , répétitive .Mais à notre grande surprise la 1 ère serait légèrement différente de la 2 ème , celle-ci de la troisième etc. et l’électron finirait par tomber sur le noyau ! Recommençons en supposant que les seules modifications d énergie possibles permises résulteront non de ces orbites de plus en plus resserrées autour du noyau   mais de changements quantifiés entre niveaux stables en énergie …Recommençons le film :nous observerons   toujours des trajectoires différentes …. Mais cette fois ci     le maximum que nous puissions connaître de notre électron sera , (après un film de N  "rondes"   différentes mais de  souvent meme diamètre car de meme niveau d’énergie…)un résultat pas meilleur que   le constat de l’occupation d’ une zone de l’ espace dont chaque point , xyz , sera affecté d un coefficient de probabilité de   présence de cet électron … Cela devient un autre modèle …. Est-ce la faute des performances insuffisantes de mon appareil de cinéma   qui ne suit pas les trajectoires fidèlement ou la faute à la dure loi indéterministe de la Physique Quantique ??? Je vous réponds : en réalité dans ce cas là je viens ainsi de vous aider à «  visualiser »  l’équation dynamique de SCHRÖDINGER   et ses « orbitales » atomiques … voir mes photos

La derniére fois ( je vous l ai dit),nous savons que nous ne sommes pas capables ( inéquation d’HEISENBERG) d affecter des valeurs d’une dimension , d’une vitesse, des coordonnées etc.   toutes ultra précises   à une particule élémentaire … par ailleurs elle-même déjà «  juchée » globalement sur une onde de DE BROGLIE non ponctuelle ……Et meme certaines théories sont allées plus loin et tentent de   décomposer chacune de ces particules élémentaires   en un nid de vibrations confinées , d’ ondes   en résonance avec elles mêmes et encagées dans un espace minuscule , une sorte de puits dont elles ne pourraient sortir ..…..

Si bien que lorsque nous parlons de la REDUCTION DU PAQUET D ONDES lors de la mesure d'un système quantique ce n est pas la « disparition »d’ un paquet d ondes SIMULTANEES que nous évoquons , mais le fait que notre mesure ne nous en montrera toujours qu’ une seule à la fois sur les N POSSIBLES ….. L'état quantique doit donc être considéré au fond comme représentant toute l'information disponible sur le système : une description de l'histoire du système permettant de calculer les probabilités de mesure.

Complétons le tableau :il peut exister   quand meme des états pour lesquels l'incertitude est nulle pour une des observables X. On retrouve alors la mécanique classique : dans un de ces états, la mesure donnera toujours le même résultat. Pour distinguer ces états là des autres états, ils sont appelés «  états propres » de l'observable X .

Enfin, un dernier cas particulier permet de préciser ce qui   reste souvent sous-entendu lorsque l'on dit qu'une particule est dans deux états simultanément.ENCORE UNE FOIS C EST FAUX ! On peut imaginer un état où la distribution de probabilité de la grandeur X est centrée sur deux valeurs. la particule n'est en réalité que dans un seul état, mais cet état quantique donnera deux résultats possibles lors d'une mesure de X.

Tout ce que je viens de vous décrire est habituellement classée comme l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique

Selon elle , l'état quantique n'a pas de sens physique avant une opération de mesure. Seul l'état caractérisé, après la mesure, a un sens physique. Ainsi, il est inutile de rechercher une signification physique à ce qui n'est et ce qui doit rester qu un pur moyen mathématique d expliquer les spectres par exemple . Cette interprétation renie donc formellement toute formulation comme telle que «  être pour une particule à plusieurs endroits en même temps », ou « être  mort et vivant » à la fois etc. …..

2 :OUI MAIS……..

A SUIVRE