Eltanin

Aujourd'hui, les enfants, nous allons parler d'une sympathique expérience de Physique (que vous ne pourrez hélas PAS faire chez vous) prouvant la chose suivante :

Deux particules situées aux deux extrémités de l'Univers peuvent interagir de façon instantanée.

En faisant fi de la vitesse de la lumière, donc - c'est là tout l'intérêt de la chose. Autrement dit, l'espace est non-local, car tous les endroits de l'univers peuvent interagir instantanément.

Comment prouve t-on cela ?









Tout d'abord, situons le contexte.
Nous avons des particules qui sont à l'origine dans un état "instable", indeterminé (façon chat de Schrödinger).
Elles peuvent se stabiliser dans deux états possibles, que nous appelerons "0" et "1".
On peut forcer une particule à se stabiliser de trois manières différentes, que nous appelerons "A", "B" et "C".
Pour simplifier, nous appelerons les modes de stabilisation ("A", "B" et "C") entrées, et les états qui en résultent ("0" ou "1") sorties.

On fait donc l'expérience suivante :
- On prend deux particules "X" et "Y", toutes deux dans un état indéterminé.
- On les fait "interagir" en les mettant en contact (voyez cette étape comme un "pacte" passé entre les deux particules).
- On les envoie dans deux directions opposées.
- Une fois bien éloignées, on choisit une entrée ("A", "B" ou "C"), et on force simultanément les deux particules à se stabiliser avec la même entrée.

Ce qu'on observe alors, c'est que les deux particules "X" et "Y" ont la même sortie ("0" ou "1"), quelle que soit l'entrée choisie. Toutefois, il est impossible de prévoir cette sortie à l'avance ("0" ou "1").

A ce stade, deux explication possibles :
1) Soit les deux particules interagissent instantanément (donc plus vite que la lumière) pour convenir d'une sortie commune ("0" ou "1"), comme postulé au début.
2) Soit - explication beaucoup plus simple et rassurante - les deux particule ont convenu "secrètement" de leur sortie commune au moment où elle ont été en contact.
Par exemple, elle ont pu convenir de ceci : "Si l'entrée est A, on sort 0; si l'entrée est B, on sort 1; si l'entrée est C, on sort 1."

La suite de l'expérience (et c'est là que ça devient intéressant) consiste à prouver que l'explication 2) est fausse, ne laissant plus que la troublante explication 1).
Je l'ai mise en "spoiler" pour ne pas choquer les âmes sensibles.



Pour ceux que ça intéresse : cette expérience porte le nom d'expérience d'Aspect (du physicien Alain Aspect). Le questionnement qui en est à l'origine est le Paradoxe EPR (pour "Einstein-Podolsky-Rosen", rien à voir avec le nouveau réacteur d'Areva ).
Notez que, si les particule interagissent bel et bien instantanément, il est cependant impossible d'utiliser ce principe pour transmettre de l'information instantanément... puisqu'on ne connait pas la sortie ("0" ou "1") à l'avance ! Ainsi, on ne viole pas le vieux principe selon lequel "on ne peut pas transmettre d'information plus vite que la lumière".


N'hésitez pas à poser des question et/ou étaler votre science !

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Cette semaine, nous avons reçu des questions du jeune Radamenthe (Nancy).
Les réponses en exclusivité.




L'anecdote du chat de Schrödinger, à la base, avait pour but de montrer l'absurdité de la mécanique quantique, et de la décrédibiliser (tout comme l'expression "Big Bang"). Cela dit, si ça fonctionne bel et bien comme ça au niveau quantique, il est infiniment peu probable d'observer cela à notre échelle. Quand on lance une pièce de monnaie, il est impossible de dire si elle tombera sur pile ou face. En revanche, si on lance un milliard de pièces, on est à peu près certain d'avoir 50% de pile. Pour les corps macroscopiques, c'est pareil : il y a tellement de particules mises en jeu, que l'on observe que la "moyenne globale" des probabilités quantiques. Cette image est un brin simplifiée, googler "décohérence quantique" pour en savoir plus.


Le seul moyen de "mesurer" des particules, c'est de les faire interagir avec d'autres particules (saveur A, B ou C). Mais ce faisant, on réduit les "possibilités" de la particules à une seule. D'où l'expression abusive "l'observateur perturbe la mesure", vu que l'observation ne peut être qu'active, ici. Les états 0 ou 1, plus concrètement, correspondent au "spin" de la particule, qui peut se visualiser grosso modo comme une rotation dans un sens ou dans l'autre.


Certes, mais on peut en revanche dire (de façon mathématiquement certaine, cette fois) qu'il y a une probabilité de 99.999999% pour que cette valeur se situe entre 49,999% et 50,001%, tu vois l'idée ? C'est le même principe qui a été utilisé pour démontrer l'existence du Boson de Higgs, récemment. Bien sûr, il reste toujours 0.000001% de chance pour que ça soit faux, mais on peut rendre ce nombre aussi petit que l'on veut, en augmentant le nombre d'expérience.


Oui, mais peut-être que cela indique juste que l'espace est une illusion, présente à notre échelle mais pas à l'échelle quantique... Cela dit, même si on ne peut pas se servir de ce principe tel quel pour de la téléportation (car on ne connait pas la sortie, on sait juste que ce sera la même aux deux extrémités), ça a déjà des application en "cryptographie quantique" : deux dispositifs peuvent ainsi s'accorder sur une même clé cryptographique aléatoire 0100100100101011..., sans que cette information ne transite jamais à l'extérieur des dispositifs (d'où une garantie de sécurité quasi-absolue).

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Honnêtement ce n'est qu'en terminant la première partie de Brian Greene que je capte un peu mieux la subtilité de l'expérimentation mais je crois qu'ici tu as fait l'impasse sur quelques explications qui pourraient aider à convaincre les plus septiques (j'suis obligé de relire plusieurs fois pour visualiser les enjeux des 9 expériences et la signification des résultats en % par rapports à ces expériences...enfin tu vois).

Par exemple je crois que ce n'est pas très compréhensif pour ceux qui ne manient pas souvent les chiffres d'obtenir exactement 50% de réussite. Selon la loi de la localité (en fait si ces particules sont programmées avant chaque expérience) y'a 9 expériences possibles dont 5 sont forcement réussies puisqu'il y'a un état qui sort 2/3 tandis que l'autre état ne peut sortir que 1/3. Donc jusque là c'est compréhensible, si elles sont programmées, on aura forcement une réussite à plus de 50%.

Si elles ne sont donc pas programmées, on aura donc un taux de réussite inférieur à 50%, ce qui déjà en soi signifie que les particules ont un comportement aléatoire et pas programmé. Et c'est seulement avec cette première expérience de Bell qui montre que les particules ne sont pas programmées (donc avant de s'intéresser de savoir si en plus d'avoir un comportement aléatoire elles peuvent ensuite faire des choix communs une fois l'expérience lancée (donc pas avant observation) que l'expérience d'Aspect devient un peu plus compréhensible.

Sinon, je n'aurais pas capté la signification profonde du 50% pile.

Enfin je sais pas si tu vois le problème, mais après description très précise des expériences avec des lettres et des chiffres partout, à la toute fin, en une phrase seulement tu balances "hé bien figurez-vous qu'on obtient 50% pile poile !" Ah super cool, mais concrètement 50% pile poil ça signifie quoi ? C'est cette signification qui manque pour donner de la profondeur dans cette réponse.

Pour un néophyte, comment passer de 50% (des chiffres brutes) et ce que ces 50% signifient vraiment, concrètement par rapport à tous les expériences faites ? Enfin voilà, si certains visualisent facilement, de mon côté j'ai du relire le chapitre de Scully et Murder au moins 3 fois

Problème: comment passer facilement des données brutes à une modélisation concrète ? Dans la tête d'un mathématicien ça doit se modéliser facilement, pas pour un type lambda comme moi.

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Je suis l'incapacité d'aimer de Jack.

Oh, le truc important, c'est qu'on trouve un résultat différent de ce qu'on aurait du trouver si ça avait été programmé à l'avance - donc ça n'a pas pu être programmé à l'avance, et "quelque chose" se décide bel et bien instantanément malgré la distance. Après, le fait que ce soit pile 50% est un détail bonus.

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