Bonsoir,

Je m'intéresse à la science de manière tout à fait amateur et voici ce que je crois avoir compris (dîtes-mois si je me trompe) :

La physique classique et toute les sciences dures en général excepté la mécanique quantique sont des sciences déterministes : tout obéi à des règles, des modèles et toute conséquence à forcément sa cause. De ce fait le hasard au sens fondamental du terme ne peux pas exister.

Cependant en mécanique quantique le hasard existe : Considérons une particule qui est dans une superposition d'états. Si cette particule interagit avec une autre, elle va "fixer" sont état et pour ce faire elle va déterminer de manière tout à fait aléatoire cet état en fonction des états dans lesquels elle est superposée et des probabilités associées à ces états.

Ce qui me pose problème dedans c'est la notion d'aléatoire.
Du coup voici ma question : En mécanique quantique le hasard est admit comme étant :

• Du hasard "pur", c'est à dire sans cause (dans ce cas j'ai du mal à voir comment c'est possible, merci de m'expliquer).
• Du hasard au point de vu statistique uniquement, c'est à dire que dans la réalité ce n'est pas vraiment du hasard : il dépend de certaines choses présentes dans l'environnement (pas forcément identifiées à ce jour).
• Idem mais ce hasard ne dépendrais pas de choses directement présentes dans l'environnement mais de choses scientifiquement inaccessibles, qui dépassent notre porté, un peu comme le principe d'incertitude.
• Ou alors la question n'a pas encore été tranchée.

J'ai aussi une seconde question : Ceci est quelque chose d’admis ou au contraire quelque chose qui a été démontré par expérience ? Si ça a été démontré par expérience, comment, de notre point de vue, pouvons-nous faire la différence entre le point 1 et 3 ?

Merci de prendre le temps de me répondre.
Bonne soirée.

Si tu utilises le terme "admis", alors la réponse à ta question est la première solution. Il s'agit de hasard pur : le photon qui arrive sur tes lunettes de soleil réfléchissant 50% de l'énergie a une chance sur deux d'être réfléchi, et rien ne permet, a priori, de dire s'il sera ou non réfléchi.

Maintenant, le formalisme de la mécanique quantique "admet" cette notion d'aléatoire. Cela ne veut pas dire qu'on ne se pose la question de l'existence de variables "cachées" : celles que tu décris dans ton 2- et 3-. Au fur et à mesure que des expériences sont menées, la possibilité pour ces variables d'exister est toutefois à chaque fois repoussé vers des domaines abstraits et inaccessibles.

La question n'est pas tranchable, dans la mesure où il sera toujours impossible de démontrer l'inexistence des variables cachées.

Toutefois, qu'est-ce qui te pose réellement problème dans l'idée qu'au lieu d'être déterministe, le comportement d'une particule soit aléatoire ?

Merci d'avoir répondu, c'est une question qui me taraudait depuis longtemps.

freudqo a écrit:

Toutefois, qu'est-ce qui te pose réellement problème dans l'idée qu'au lieu d'être déterministe, le comportement d'une particule soit aléatoire ?

Ce que je ne comprends pas c'est comment cette particule va "choisir" son état sans être influencé par quoique ce soit. Sans cause.

freudqo a écrit:

Toutefois, qu'est-ce qui te pose réellement problème dans l'idée qu'au lieu d'être déterministe, le comportement d'une particule soit aléatoire ?

ça  a quand même posé des problèmes à beaucoup de monde (Einstein le premier ! ' Dieu ne joue pas aux dés !)  et encore aujourd'hui le débat n'est pas clos. Si l'idée  de variables cachées locales a été réfutées ( réalité de l'intrication quantique par violation de inégalités de Bell, première validation expérimentale irréfutable de Alain Aspect ), ceci ne réfute pas l'existence possible de variables non locales.
La théorie la plus élaborée  à opposer à la MQ "officielle", (école de Copenhague) est celle de de Broglie-Bohm. Historiquemnt , c'est de Broglie qui en a eu l'idée dés 1927, balayée à l'époque par l'omnipotente domination de l'école de Copenhague  ( c'est de Broglie qui a imaginé existence d'une onde pilote alternative à la superposition quantique, idée  approfondie par Bohm  tout au long de sa vie (décès en 1992). La vision alternative de cette théorie est très cohérente et retrouve la plupart des résultats de base de la "MQ de Copenhague".
Voir l'article Wiki sur cette théorie qui a toujours ces partisans. https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_de_De_Broglie-Bohm#cite_note-Steinberg-18

Certaines réfutations de la théorie de Bohm semblent avoir été elles-mêmes réfutées. cf cet article récent:
https://actualite.housseniawriting.com/science/physique/physique-quantique/2016/05/21/une-vision-alternative-de-la-physique-quantique/15681/

 D'un point de vue sans doute superficiel du non expert dans ce domaine très difficile si on veut aller loin, la théorie de Bohm est bien plus satisfaisante pour "le sens commun" ,.... ce qui évidemment ne la valide en rien ! 

ClémentSaccoccio a écrit:

MCe que je ne comprends pas c'est comment cette particule va "choisir" son état sans être influencé par quoique ce soit. Sans cause.

C'est justement un point central de l’interprétation de Copenhague de la MQ qui est effectivement choquant pour le sens "commun".
Il faut quand même bien voir que la théorie reconnue de la MQ est un modèle purement mathématique trés abstait (cf. les postulats fondamentaux de la MQ) qui ne se préoccupe pas de savoir si ce qu'il décrit corresond à une quelconque réalité microscopique accessible à nos sens mais qui trouve sa justification dans une correspondance quasi parfaite entre ce que l'on mesure et ce que l'on calcule.
Pour situer la difficulté conceptuelle citons deux boutades  de Feynman recouvrant une certaine réalité " je pense pouvoir dire sans trop me tromper que personne ne comprend la mécanique quantique" et " si je pouvais expliquer la MQ à n'importe qui, cela ne m'aurait pas valu le prix Nobel". Et une autre boutade dont j'ai oublié l'auteur illustre le probème quasi "métaphysique" de la mesure quantique par cette image: " c'est comme si la lune est là où je la vois  uniquement parce que je la regarde" .
Cette boutade est quand même au coeur de ta question.
Le monde imaginaire de la particule vu par la théorie standard est (trés "schématiquement" donc trés approximativement !   )celui   d'un comportement  entièrement gouverné par une fonction de carré sommable appartenant à un espace de HILBERT, la fonction d'onde.
Munie de sa fonction d'onde, notre particule ne sait pas vraiment où elle est sinon avec une certaine probabiliré déterminée par cette fonction d'onde .
Toute grandeur mesurable expérimentalement caractérisant physiquement cette particule  est alors associée à un opérateur ( au pur sens mathématique des opérateurs sur les espaces de Hilbert )  agissant sur cet espace   des fonctions d'ondes. Les propriétes imposées à ces opérateurs ( principe de correspondance avec les grandeurs classiques, opérateurs linéaires hermitiens)   pour une théorie cohérente  conduisent pour chaque opérateur à l'existence de valeurs et vecteurs propres  qui sont autant de bases complétes de l'espace des fonctions d'ondes. (...je simplifie et n'entre pas dans la distinction de spectres discrets et continus selon les observables!)
Cela signifie que la fonction d'onde caractéristique de l'état de  notre particule est décomposable de façon unique dans une telle base avec des coefficients qui correspondent à la probabilité d'obtenir lors d'une mesure la valeur propre correspondante.
On en arrive à un point critique du modèle et des postulats, celui dit de la "réduction du paquet d'ondes" au moment de la mesure . Toute mesure sur un observable ne peut que donner comme résultat une des valeurs propres et l'interaction de la mesure avec le système le  "projette " dans son état propre sur le sous-espace propre associé.  

Ce bref aparté montre  le miracle de la MQ,: cette construction intellectuelle a priori, purement mathématiques, colle parfaitement avec la réalité observée.  

Donc ma réponse apportée à ta question sera  peut être  incompléte et pas totalement satisfaisante  mais la particule ne choisit donc un état que lorsque on l'observe   . La  mesure   force le choix parmi les états quantiques superposés , ceci de façon effectivement   aléatoire ( au sens de la théorie)  .  Mais si le résultat d'une mesure quantique individuelle est imprédictible, on peut calculer une moyenne quantique à l'issu  d'un grand nombre de mesures individuelles . A  conditions expérimentales identiques , on trouvera toujours la même moyenne mais cette valeur n'est pas en général quelque chose de mesurable et de physique. 

On peut conclure en donnant l' image vulgarisatrice du dé quantique : avant de lancer le dé, les états possibles du dé 1.2.3.4.5.6 sont superposés , indiscernables, au creux de la main. Tant que je ne le lance pas, le dé est une superposition d'états propres tous possibles. Le lancer, équivalent de la mesure , détruit la superposition des états ( réduction du paquet d'ondes) . A l'instant où la mesure est possible ( fin de l'interaction états propres -mesure, par stabilisation sur la table), le dé est projeté sur une valeur déterminé, celle qui résulte de la mesure , résultat imprévisible tant que la mesure n'est pas réalisée  

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Edité par Sennacherib 14 décembre 2017 à 12:18:38

@Sennarchib : Je ne dis pas que ça ne devrait poser de problèmes à personne, je souhaitais avoir des précisions. Et s'il ne fallait citer qu'un opposant, je choisirais plutôt Schrödinger : son expérience à base de chat n'est là que pour montrer l'absurdité de l'intrication.

Dans mon souvenir, Bohm est très loin d'avoir présenté la théorie de l'onde pilote comme défiant l'approche de Copenhague, mais bien comme une méthode alternative pour obtenir les résultats usuels de la mécanique quantique. Son approche est d'ailleurs parfois utilisé simplement parce que dans certains cas, elle rend les calculs plus aisés. Je ne suis pas sûr qu'il ait été satisfait par l'interprétation de Copenhague non plus, note bien.

Par contre, ce que tu oublies de dire, c'est que la théorie de l'onde pilote pose un certain nombre de problèmes, en particulier l'existence de transmission d'informations plus vite que la lumière. Donc les variables cachées auxquelles elle fait appel resteront par défaut non mesurables… Ce qui n'est pour moi pas bien plus satisfaisant que d'admettre l'hypothèse du hasard pur…

Pour Bohm, je parle bien d'alternative, ...j'emploie d'ailleurs deux fois le terme dans mon paragraphe et non de réel "défi" à Copenhague . 
Ensuite pour les limites de Bohm, je suis d'accord mais je  n'ai pas voulu encore alourdir mon déjà long laïus ;   le problème  sous-jacent  de la transmission de l'information ( qui n'est pas la seule critique)   est évoqué dans les liens que j'ai indiqués. 
Donc je ne pose pas du tout en tenant de cette théorie , mon propos étant seulement de montrer par cet exemple que le sens profond de la MQ reste suffisamment difficile à admettre mentalement pour avoir susciter controverses et alternatives théoriques .  
 
 Après mentalement  , entre pouvoir dépasser la vitesse de la lumière et pouvoir se trouver simultanément à deux endroits   ou que la nature joue au dés ( je schématise bien sûr...) , je ne sais pas ce qui choque le plus le sens commun, indépendamment de l'exactitude d'une théorie . Après tout, trouver quelque chose qui dépasse la vitesse finie de la lumière, c'est remettre en cause une théorie, ce n'est pas une atteinte à ce que l'esprit humain peut concevoir... ce n'est pas nécessairement le cas de certaines conséquences de la MQ.  
Mais bien évidemment en la matière , choquer le  sens commun n'est pas un quelconque argument alors  que l'expérience a toujours validé à ce jour les conséquence les  plus contre intuitives de la théorie de la MQ .

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Edité par Sennacherib 14 décembre 2017 à 15:09:57

Tiens, je profite de ce sujet pour vous demander votre avis sur la théorie des multimondes d'Everett, selon laquelle il n'y a pas de réduction de paquet d'onde, mais une divergence des univers possibles dans lesquels chaque observateur observe une issue différente de l'expérience. J'ai un peu de mal à comprendre comment ça conserve l'énergie, mais si c'est vrai (même si j'ai cru comprendre que c'était invérifiable), ça voudrait dire qu'il existe un univers dans lequel l'effet tunnel marche à chaque fois, ce qui veut dire que j'aurais beaucoup moins de bosses au front que je pourrais traverser le mur à chaque fois que je me lance contre celui-ci.

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Edité par melepe 15 décembre 2017 à 14:42:00

Je n'ai jamais vraiment vu l'intérêt de ce genre de théorie, même sur le plan philosophique. Qu'est ce que ça apporte après tout ?

Cette théorie en particulier a le mérite de supprimer l'aléa, ce qui est pas si mal (sauf si on considère que la nature est fondamentalement aléatoire mais ça ce serait plus l'école de Copenhague)

Merci de vos réponses mais malheureusement là ça devient beaucoup trop complexe pour moi.

En fait je ne comprends pas comment l'observateur peut réussir à faire la différence entre un hasard pur et un phénomène déterministe à variables cachées (par cachées j'entends physiquement et théoriquement inaccessibles). Vous me l'avez peut-être déjà expliqué mais j'ai du mal à comprendre vos explications d'autant que j'ai un niveau en maths Terminal S.

ClémentSaccoccio a écrit:

Merci de vos réponses mais malheureusement là ça devient beaucoup trop complexe pour moi.

En fait je ne comprends pas comment l'observateur peut réussir à faire la différence entre un hasard pur et un phénomène déterministe à variables cachées (par cachées j'entends physiquement et théoriquement inaccessibles). Vous me l'avez peut-être déjà expliqué mais j'ai du mal à comprendre vos explications d'autant que j'ai un niveau en maths Terminal S.

Héhé, en fait, tu as parfaitement compris : on ne peut pas, et on ne pourra jamais le savoir. Comme l'a dit Sennarchib, tous les grands physiciens de ce siècle se sont débattus avec la question que tu poses. Que ce soit Einstein, Schrödinger, et les autres, tous ont eu à un moment ou à un autre à exprimer leur opinion sur cette question précise !

Le problème, c'est qu'usuellement, on répond à ce genre de question par le rasoir d'Ockham : la théorie la moins complexe devrait être privilégié. Toute la question ici est de savoir si une théorie non déterministe peut être privilégiée…

EDIT : Pour préciser, le début de mon poste, on ne pourra pas savoir hormis si subitement on met en évidence lesdites variables.

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Edité par freudqo 15 décembre 2017 à 21:32:55

Ok merci.

Effectivement ça me paraissait bizarre qu'on puise trancher.