Effondrement de la fonction d’onde : questions

Note : cet article est une transcription d'une discussion entre moi et ChatGPT et est susceptible d'évoluer avec le temps. Il vise à capturer les parties les plus intéressantes de notre échange et à refléter au mieux l'évolution de cette discussion. Il est à noter que ni moi ni ChatGPT ne sommes infaillibles. Si vous repérez des erreurs ou souhaitez apporter des précisions, je vous invite à le signaler dans les commentaires. Version 1 du 8.7.2024

Question :

• Une fois l’effondrement de la fonction d’onde effectué par une première observation, est-ce que cela réduit toutes les possibilités de position et de vitesse à une seule? Et une fois cet état déterminé, est-ce que cet état peut être modifié par d’autres observations ultérieures ou bien, une fois la fonction d’onde effondrée, cet état devient-il inchangeable par des observations ultérieures?

• Une fois l’effondrement de la fonction d’onde effectué par une première observation, la position et la vitesse (ou une autre grandeur mesurée) de la particule se réduisent effectivement à une seule valeur déterminée. Cependant, cet état n’est pas inchangeable. Des observations ultérieures peuvent modifier cet état. Chaque nouvelle mesure perturbe généralement le système et entraîne un nouvel effondrement de la fonction d’onde, modifiant ainsi les valeurs des grandeurs mesurées. Par exemple, mesurer d’abord la position fixe celle-ci mais rend l’impulsion indéterminée, et une mesure ultérieure de l’impulsion fixera celle-ci tout en rendant la position à nouveau indéterminée.

• Est-il possible de faire des mesures tout au long de la trajectoire d’une particule afin de forcer la particule à choisir une trajectoire continue ?

• En mécanique quantique, il n'est pas possible de forcer une particule à suivre une trajectoire continue en faisant des mesures tout au long de sa trajectoire. Chaque mesure perturbe la particule et provoque un nouvel effondrement de la fonction d'onde, fixant temporairement un état de position ou de quantité de mouvement, mais de manière probabiliste et non déterministe. Cela signifie que les trajectoires observées entre les mesures sont discontinues et aléatoires. Les mesures répétées ne permettent pas de contrôler ou de forcer une trajectoire continue précise.

• Est-il possible de faire des observations continues, et si oui, avons-nous pu photographier l’évolution des trajectoires de manière expérimentale ? Je pense par exemple aux chambres à bulles...

• Il n'est pas possible de faire des observations continues en mécanique quantique de la même manière que dans la physique classique, car chaque mesure perturbe le système. Cependant, il existe des techniques expérimentales qui permettent de visualiser les trajectoires de particules de manière approximative et indirecte.

Les chambres à bulles, les chambres à brouillard et les détecteurs à projection de trajectoire, comme les détecteurs de traces utilisés en physique des particules, sont des exemples d'appareils qui permettent de voir les trajectoires de particules chargées. Ces dispositifs fonctionnent en créant des conditions dans lesquelles les particules ionisent un milieu (liquide dans le cas des chambres à bulles ou gazeux dans le cas des chambres à brouillard), laissant des traces visibles de leur passage. Ces traces peuvent être photographiées, donnant l'illusion de trajectoires continues.

Bien que ces techniques permettent de visualiser les trajectoires, elles ne représentent pas des observations continues au sens strict, car chaque point de la trajectoire visible correspond à une interaction distincte de la particule avec le milieu. Ces interactions perturbent la particule, mais elles sont suffisamment faibles pour ne pas empêcher complètement l'observation des trajectoires globales.

• Quand tu dis « suffisamment faibles pour ne pas empêcher complètement l'observation des trajectoires globales », cela signifie-t-il que ces images donnent l'apparence d'une trajectoire continue uniquement parce qu'elles sont obtenues à des échelles bien au-dessus des limites de Planck où ces phénomènes quantiques prennent le dessus ? Est-ce que j’ai bien compris ?

• Oui, tu as bien compris. Les images obtenues dans des dispositifs comme les chambres à bulles ou les chambres à brouillard montrent des trajectoires qui semblent continues parce qu'elles sont à des échelles bien au-dessus de la taille de Planck, où les effets quantiques dominent. À ces échelles macroscopiques, les perturbations causées par les interactions avec le milieu sont suffisamment faibles pour permettre une observation apparente de la trajectoire globale de la particule. Cependant, à des échelles beaucoup plus petites, proches de la longueur de Planck, les effets quantiques et les perturbations seraient beaucoup plus significatifs, rendant impossible l'observation d'une trajectoire continue.