Puisque je n’ai pas eu le temps d’analyser tous les articles de la semaine 45 de mes collègues anglo-saxons du PHYSICS WORLD je vous présente la deuxième partie aujourd’hui en choisissant l’article le plus controversé ayant trait à Heisenberg et à ses hypothèses premières ……
Vous croyez probablement que la cause est entendue sur l’interprétation à donner à son célèbre principe d’incertitude en physique quantique et vous allez voir dans ma traduction et dans mes commentaires qu’ il n’en est rien et qu’ on continue à méditer sur le véritable sens de ce « flou d’ Heisenberg »…L’édifice de la physique quantique va-t-il trembler a sa base ?!!!!!!
Uncertainty reigns over Heisenberg's measurement analogy
1 Nov, 2013
Physicists ponder quantum pioneer's original intention
« La discorde a éclaté parmi les physiciens à propos de l’analogie utilisée par Werner Heisenberg en 1927 pour donner un sens à son célèbre principe d'incertitude . Cette analogie a été largement oubliée à partir du moment où la théorie quantique est devenue plus sophistiquée, mais elle avient de connaitre un renouveau au cours de la dernière décennie. Alors que plusieurs expériences récentes suggèrent que l'analogie de Heisenberg est imparfaite , une équipe de physiciens du Royaume-Uni , Finlande et Allemagne est maintenant d’accord pour faire valoir qu’ en réalité ces expériences ne sont pas fidèles à la formulation originale de Heisenberg .
Le Principe d'incertitude de Heisenberg établit que nous ne pouvons pas mesurer certaines paires de variables pour un objet quantique - la position et la vitesse, disent-ils - tous les deux à la fois avec une précision arbitraire. Mieux nous en connaissons un, plus flou l'autre devient . Le principe d'incertitude indique que le produit des incertitudes sur la position et la vitesse ne peut pas être plus petit qu'une fraction simple de la constante de Planck h .
Quand Heisenberg a proposé ce principe en 1927 , il a présenté une image physique simple pour l'aider à lui donner un sens intuitif. Il a imaginé un microscope qui tentait de donner l’image d'une particule telle qu’un électron. Lorsque la lumière de détection « rebondit » sur la particule , nous pouvons alors le «voir» et le localiser, mais cela se fait au détriment de la communication de son énergie et change sa vitesse. Si moins de lumière est utilisée ,alors moins la vitesse sera perturbée mais c’est aussi moins clairement qu'il pourra être «vu» . Il a présenté cette idée en termes d'un compromis entre l '"erreur " d'une mesure de position ( Ax ) , en raison des limitations instrumentales , et la «perturbation» résultante de la dynamique ( Ap ) .
Pas forcément tort !
Des travaux ultérieurs par d'autres physiciens ont montré que le principe d'incertitude ne reposait pas sur cet argument de perturbation – il s'applique à tout un ensemble de particules préparées de façon identique , même si chaque particule est mesurée une seule fois pour obtenir soit sa position soit sa vitesse . En conséquence, Heisenberg a ensuite abandonné l'argument fondé sur son expérience de pensée . Mais cela ne veut pas dire qu'il avait tort.
Ultérieurement , en 1988 Masanao Ozawa à l'Université de Nagoya au Japon a fait valoir que la relation originale de Heisenberg entre l'erreur et la perturbation ne représentait pas une limite fondamentale de l’incertitude. En 2003, il a proposé un autre type de relation dans lequel , bien que les deux quantités restent liées, leur produit peut rester arbitrairement petit .Ozama a ensuite fait équipe avec Yuji Hasegawa à l'Université de Vienne et avec d'autres en 2012 pour voir si sa nouvelle formulation du principe d'incertitude tenait le coup expérimentalement. En regardant la position et l'impulsion de neutrons polarisés en spin , ils ont constaté que , comme prévu par Ozawa , l'erreur et la perturbation impliquent toujours un compromis , mais avec comme résultat un produit qui peut bien être inférieur à la limite de Heisenberg. (Voir ici l’article du MONDE selon la PHYSIQUE DE JANVIER 2012 « Les neutrons font revenir sur la première interprétation de l'incertitude " . )
Conformations optiques
A peu près au même moment, Aephraim Steinberg et ses collègues de l'Université de Toronto ont mené un test optique sur la relation d’ Ozawa , lequel a également semblé confirmer sa prédiction . Ozawa a depuis collaboré avec des chercheurs de l'Université de Tohoku dans une autre étude optique , toujours avec le même résultat.
Depuis , Paul Busch à l'Université de York et ses collègues ont publié des calculs qui défendent la position de Heisenberg. Busch, Pekka Lahti de l'Université de Turku et Reinhard Werner de l’Université Leibniz clament que l'argument de Ozawa ne s'applique pas à la situation décrite par Heisenberg . «L’inégalité d'Ozawa permet des produits d'erreur arbitrairement petits pour une mesure approximative conjointe de la position et la vitesse, tandis que la nôtre ne le fait pas », dit- Busch . "la nôtre dit que si l'erreur est maintenue petite , alors la perturbation doit être grande . "
Johannes Kofler de l'Institut Max Planck d'optique quantique à Garching, en Allemagne , explique: « Les deux approches diffèrent dans leur définition de Ax et Ap , et il y a en effet la liberté de rendre ces choix différents. " Kofler, qui n'était pas impliqué dans ce dernier travail , ajoute: « . Busch et al prétendent presenter les bonnes définitions ( de delta x et delta v) , et ils prouvent que leur relation d'incertitude tient toujours , sans aucune chance possible de violation expérimentale. "
Plus juste que Heisenberg ?
Le nœud du désaccord réside dans la définition la meilleure .Celle d Ozawa est basée sur la variance des deux mesures réalisées de façon séquentielle sur un état quantique particulier . Tandis que celle de Busch et ses collègues considère les limites de performance fondamentale d'un appareil de mesure particulièr , et est donc indépendante de l'état initial quantique. "Nous pensons que c est plutôt cela qui doit avoir été l'intention ( d’ explication ) de Heisenberg », dit- Busch .
Mais Ozawa se défend et ressent que Busch et ses collègues se concentrent sur des limitations instrumentales qui auraient peu d'importance dans la façon dont les appareils sont effectivement utilisés . «Ma théorie suggère que si vous utilisez votre appareil de mesure tel que suggéré par le fabricant , vous pouvez faire une meilleure mesure que celle que précise la relation de Heisenberg , " dit-il. «Ils ( Bush et col)prouvent simplement que si vous l’ utilisez très mal - si, par exemple , vous utilisez un microscope à la place d'un télescope pour suivre la lune - . vous ne pourrez pas violer la relation de Heisenberg , Ainsi, leur formulation n'est pas intéressante. "
Steinberg et ses collègues ont déjà répondu à Busch et al. dans une prépublication qui tente de clarifier les différences entre leur définition et celle d’Ozawa . c est ce que Busch et ses collègues quantifiene en , disant , " Ce n'est pas de combien l'état qui l'on mesure est perturbé ( qui est important ) mais plutôt quel « pouvoir perturbant " un appareil de mesure peut présenter "
« Pouvoir perturbant »
« La formule originale de Heisenberg est vraie si vous posez des questions sur ce « pouvoir perturbant », mais les inégalités moins restrictives d’ Ozawa tiennent bon si vous posez des questions sur la perturbation des états particuliers », dit Steinberg . " Je pense personnellement que ce sont deux questions différentes, mais que les deux sont intéressantes. " .Il ressent la formulation d'Ozawa comme plus proche de l'esprit de Heisenberg .
En tout cas, toutes les parties conviennent que le principe d'incertitude ne concerne pas , comme certains récits populaires l’impliquent , les effets mécaniques de mesure - le « coup de pied » au système mesuré «Ce n'est pas un contre - coup mécanique, mais la nature quantique de l'interaction et des sondes de mesure , comme celles d’ un photon, qui sont vraiment responsables de la perturbation quantique incontrôlable », dit- Busch .
Dans le cadre de cette dispute sur ce que Heisenberg avait initialement à l'esprit . , cela se résume a ceci " Je ne peux pas dire exactement ce qu’ Heisenberg entendait sur le principe d'incertitude », dit Ozawa . " Mais je peux dire que nous en savons beaucoup plus que Heisenberg , " at-il ajouté .
Busch et ses collègues décrivent leurs résultats dans Physical Review Letters .
Aephraim Steinberg et ses collègues écrivent sur leurs expériences dans un article de fond sur les mesures faibles : « Éloge de la faiblesse» .
À propos de l'auteur : Philip Ball is a science writer based in the UK
9 COMMENTAIRES DONT L UN DE ZENO TOFFANO/SUPELEC/ EST IMPORTANT : « From a strict mathematical point of view the uncertainty relations can be obtained by using the commutator [X,P]=ihb. This is general propertier of Fourier Transform (or mor generally Lie algebra). So this means that in Quantum mechanics the operators X and P associated resp to position x and momentum p do not commute one says that they are complementary observables. This general result is independent of the way one measures things...”
MON COMMENTAIRE /Quand j étais tout jeune étudiant la découverte de ce principe d indétermination de HEISENBERG m’a beaucoup « tourneboulé » et je me suis dit : voilà quelque chose qui va m’ouvrir de gré ou de force la porte du mystère du « FLOU quantique » …. J’ai ensuite abordé la statistique, le calcul des probabilités, la théorie de la mesure etc. car les programmes des écoles d’ingénieurs et des facultés des sciences se marient parfois comme la carpe et le lapin !Si bien qu’ aujourd ‘hui je suis conduit à y renoncer partiellement ! Ça vous étonne ? Je vous ai pourtant présenté deux graphiques il y a quelques semaines vous expliquant ce qu’ on sait faire et ce qu’ on devrait arriver à pouvoir faire pour lever le mystère de ce FLOU » (revoir mes photos ci-après )
EN FAIT , si on renonce à considérer la particule en tant qu'objet corpusculaire, l'énoncé de ce principe devient carrément intuitif. L'objet quantique ayant une certaine extension dans l'espace et une certaine durée de vie en temps, on le représente alors, non plus par un ensemble de valeurs scalaires (position, vitesse), mais par une fonction décrivant sa statistique de distribution spatiale. Toute l'information relative à la particule est contenue dans cette fonction d'onde. Les mesures scalaires effectuées sur cette particule consistent à extraire seulement une partie de cette information, par l'intermédiaire d'opérateurs mathématiques…… ET C EST LA TOUT CE QU ON PEUT ESPERER SI L’ON N’A PAS REUSSI A PENETRER DANS LES LOIS DU ROYAUME DU SUB QUANTIQUE !
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