Expériences "quantiques"/Chat de Schrödinger

Salut tout le monde, je me lance (et oui j'ai que ça à faire à cette heure là^^) dans un sujet où pourra être abordé tout ce qui touche à quelque chose qui est très riche en sources de réflexions et marrant à la fois : les "expériences de pensée" que l'on peut réaliser (ou plutôt imaginer) pour voir à quoi peut mener la vision du monde donnée par la mécanique quantique (rien de très compliqué n'est prérequis pour s'amuser à cela, juste un peu d'imagination!)
Pour vous donner une idée je vais vous exposer la première, très connue et donnant des conclusions étonnantes : connaissez-vous le chat de Schrödinger?
Ce dernier était un éminent physicien du début du 20ème siècle(Schrödinger, pas le chat) qui voulut un jour exposer sur un exemple compréhensible par tout le monde le raisonnement qui est sous-jacent dans toute la théorie quantique, en l'appliquant à un système macroscopique-le chat-dans le but de montrer à quel type de résultats on pouvait aboutir avec cette théorie.
Il raisonna donc ainsi : prenons un chat, que l'on met dans une boîte en carton. Dans cette boîte on ajoute une bouteille contenant un poison que l'on supposera mortel de façon immédiate si on le respire. Cette bouteille est fermée par un atome radioactif (allons un peu d'imagination!!), qui à tout instant où on l'observe à une probabilité 1/2 de s'être désintégré, ce quel que soit son âge. Refermons alors la boîte de façon à isoler ce système de toute mesure extérieure de l'état du chat...
Question : à un instant donné, après un certain temps d'évolution où l'on n'a pas observé le chat, quel est l'état du chat?
Et oui la question peut paraitre bête mais vous verrez...
Si vous connaissiez déjà ce pauvre chat tant mieux sinon et bien réfléchissez y et proposez des réponses
Si ce n'est pas très clair,ou que ma description ne correspond pas à ce que vous auriez pu voir ailleurs, ou que vous avez des questions quelconques à ce sujet, dites le : c'est un sujet que j'adore donc j'essairais de répondre...
Si vous avez d'autres expériences de ce type à proposer, n'hésitez pas et j'essairais d'en rajouter petit à petit.

PS:aucun animal n'a été maltraité lors de l'écriture de ce post ^^

Je connais la réponse donc je ne dis rien...

J'attends avec impatience la réponse de notre cher payne !

Lol ouais je pense qu'il a là un terrain tout à fait propice à divagations !!!

Malheureusement, je connais déjà vaguement ce problème... je m'apprêtais même à en lire un livre dans environ 1 mois...

Et alors qu'est ce que tu en dis?
Quelle serait ta réponse?

Tout dépendant de ta "croyance physique" ta réponse sera différente.
Pour ma part, adorant la relativité tout en étant adorateur de l'asbolu, je ne saurais que dire...
Logiquement, je dirais qu'il est mort, mais mon moi controversé me dit qu'il est pas mort et que la nature est simplement une conspiration de Dame Nature!
En gros, on ne peut le savoir qu'en ouvrant la boîte...
P.S. J'avais déjà rédigé 2 articles quant à ce sujet dans ce forum :S

La réponse de la physique quantique est que finalement notre chat a une probabilité 1/2 d'être mort, 1/2 d'être vivant, et comme tant que l'on ne l'observe pas tout ce qu'on peut prévoir sur son état sont des probabilités, il est en fait dans une superposition de ces deux états (on dit souvent de manière un peu simplifiée que le chat est à la fois mort et vivant), donc dans un état qui donnera comme réponse à la question "j'ouvre la boîte,dans quel état est le chat?" de façon équiprobable les réponses "vivant" et "mort"!

Une petite anecdote tirée d'un récent cours de mécanique quantique où j'ai appris quelque chose que je suis réellement content de savoir maintenant : est-ce que vous saviez que l'interprétation du spin comme étant un moment cinétique de rotation de l'électron sur lui-même est fondamentalement fausse? Je croyais que c'était juste une interprétation parmi d'autres et que comme on n'était pas sûrs on n'y prétait pas plus d'attention que cela mais en fait la théorie démontre que c'est strictement impossible que le spin soit associé à un mouvement de rotation... intéressant non?
Moi je trouve ...

C'est sûrement intéressant mais je n'y comprends pas grand chose !!!

Lol et bien en fait pour essayer de faire court :
On utilise habituellement le moment cinétique classique d'une particule en rotation autour d'un centre fixe, par exemple dans la résolution du problème à 2 corps. On définit alors le moment cinétique comme r(vectoriel)p. En mécanique quantique tu fais une sorte de généralisation de ça en définissant un moment cinétique mais de façon tout à fait différente (à partir de relations que doivent vérifier ses différentes composantes). Et en étudiant le cas général des moments cinétiques définis comme ça tu te rends compte qu'il y en a de deux sortes : ceux qui peuvent correspondre à une description d'un système en rotation, et ceux qui pour une certaine raison sont strictement à exclure des précédents. Il existe des objets qui par la définition quantique des moments cinétiques en font partie, mais ne peuvent pas être associés à la description d'une rotation du système, le spin en fait partie. C'est pour cela qu'on dit qu'il existe les moments cinétiques orbitaux et intrinsèques : le spin est un moment cinétique certes, mais il est intrinsèque car il ne peut pas être pris comme décrivant la rotation du système autour d'un axe quel qu'il soit. Je ne sais pas si c'est très clair, mais ce n'est pas simple à expliquer surtout que c'est encore tout neuf pour moi ^^
C'était juste ce que ça permettait de montrer que je trouvais intéressant de manière globale...

Si si c'est très clair et je comprends mieux à présent. Merci pour les infos !

ce sujet est tres passionnant mais j'ai encore quelques questions auxquelles j'arrive pas a trouver une reponse comme la notion de spin
alors R1 si tu as une peu de temps j'aimerais que tu m'explique ca clairement parceque tu as l'air d'avoir bien compris la mecanique quantique
merci

Désolé j'ai mis de côté ta question en me disant que quand j'aurais plus de temps je veindrais y répondre et j'ai oublié ^^
Qu'est-ce qui te pose problème exactement?
Je ne suis pas sûr de pouvoir expliquer quelque chose de clair, juste et cohérent là dessus mais bon je peux essayer.

c'est quoi le spin et pourquoi il ne peut prendre que deux valeurs ?

Je commencerais par te dire attention : le spin ne prend pas que 2 valeurs, ça c'est vrai dans le cas des électrons par exemple, mais pas dans le cas général.
En fait de façon générale pour toutes les particules le spin est quantifié mais dans certains cas il peut prendre beaucoup de valeurs différentes.
Quant à sa nature, je peux essayer une explication mais il faudrait déjà que je sache ce que tu connais sur la définition des moments cinétiques en mécanique quantique. De façon générale, le spin est un moment cinétique, tel qu'il est défini par les relations de commutations entre ses différentes composantes en méca q.
Maintenant parmi ces moments cinétiques il en existe de deux sortes, ceux qui sont dits "orbitaux", qui correspondent au moment cinétique classique associé à un mouvement de rotation d'un corps, et les moments cinétiques de spin qui ne correspondent à rien d'intuitif en classique, qui sont dits "intrinsèques", c'est-à-dire qu'ils caractérisent la particule.
Un spin, comme tout moment cinétique quantique, est caractérisé par deux nombres quantiques : on appelle généralement s le premier, qui code la norme du moment cinétique, et m_s le deuxième qui code la projection du spin sur un axe arbitraire.
Ce que tu démontres en mécanique quantique c'est que s ne peut prendre que des valeurs du type n/2 où n est un entier positif, donc s est positif, entier ou demi-entier. Ensuite tu peux aussi montrer que m_s lui varie par pas de 1 entre -s et +s, il peut donc prendre un nombre fini de valeurs, restreint par s. Ce qu'on donne quand on parle du spin d'une particule c'est le nombre s. Par exemple un électron a un spin 1/2 (s=1/2).
Ceci signifie que dans un type de particules donné, dont on connait le spin, elles ont toutes le même s mais suivant la particule le m_s varie entre -s et +s. D'où le fait que chez les électrons on en rencontre qui ont un spin +1/2 et d'autres -1/2 (la confusion vient du fait qu'on dit "spin" pour s et m_s suivant les cas je pense).
Seulement il faut bien voir que pour des particules de spin (s) 1 par exemple, le m_s peut prendre 3 valeurs (1, 0 ou -1). Et au-delà, étant donné qu'on connait des particules de spin assez élevé (je ne donnerais pas de valeur car je ne suis pas sûr du tout).
Voilà ce que je pense pouvoir dire...

PS: je serais reconnaissant à ceux s'il y en a qui passeront par là en s'y connaissant dans ce domaine et qui voudront bien me corriger si j'ai dit des conneries, ou ajouter des choses si c'est incomplet, car c'est quelque chose de récent pour moi et je ne suis pas très à l'aise pour faire une explication en étant sûr de moi.


Le_passioné dis moi si ça t'a éclairé sur quelque chose ?

Pour ma part j'ai toujours détesté cette histoire de chat. Pas uniquement parce que ca me fait de la peine pour ce pauvre chat ) , mais parce que ca donne une vision tout a fait fausse de la physique quantique. On a l'impression que la physique quantique n'est pas déterministe et que le resultat d'une même action peut être soit ca, soit autre chose.
Or c'est faux, la physique quantique est déterministe et le résultat d'une même mesure sera toujours le même. La seul raison pour laquelle le résultat peut être différent est les changements dans la manière de mesurer. Les équations de la physique quantique sont tout a fait déterministes et ne laissent aucune place a l'aléatoire. Seulement, quand on force (en effectuant une mesure) un état qui est une combinaison de différents états a choisir un de ces différents états, quand dans notre mesure introduis un aléatoire (a notre insu), alors la probabilté de trouver un des états comme résultat de la mesure sera fonction des coefficients de la combinaison linéaire de départ, qui sont ainsi a tort interprétés comme probabilités.

Alors là rien à redire, je suis parfaitement d'accord !
Je n'avais pas trop vu cet aspect là dans l'histoire du chat, je la présentais plus parce qu'elle me paraissait intéressante et connue, donc je me suis dit que ça valait le coup que les membres de ce forum la connaissent pour ceux pour qui ça n'était pas déjà le cas.
Merci d'avoir modéré cet enthousiasme envers quelque chose qui donne en effet une idée faussée !

Edit : A bien y réfléchir c'est vrai qu'aborder les "expériences quantiques" par celle du chat (qui en soit est tout sauf un objet quantique) est dangereux car tant qu'on y est extérieur, la mécanique quantique paraît montrée ici comme non déterministe, comme dit plus tôt. Eh bien vraiment merci d'avoir pointé du doigt ce travers, qu'il faut corriger en résumé en disant à tous que LES EQUATIONS DE LA MECANIQUE QUANTIQUE SONT DETERMINISTES !!!
PS : Quelque chose à préciser sur ma tentative d'explication du spin ?

je croyais que le spin caracterisait la rotation de l'electron autour de lui meme et il ya un rotation a gauche et une autre a droite donc deux deux valeurs opposées
pas vrai?

Bah non justement c'est pour ça que j'avais écrit ce post l'autre jour, pour dire que cette idée qui peut être sympathique du point de vue concept est fondamentalement fausse. Le spin de l'électron ne peut en aucun cas être interprété en termes de rotation de l'électron sur lui-même.

En physique, le théoreme de Noether nous dit que pour chaque symétrie continue de la théorie (par exemple l'invariance par rotation dans l'espace) il y a une quantité concervée (dans le temps) associé. Si on veut essayer d'en avoir une intuition, on peut dire que si il y a une symétrie dans une théorie, cela veut dire qu'il y a une information en trop, un paramètre qui n'est pas pertinent puisqu'il ne varie pas, et c'est la quantité concervée.
A l'invariance par rotation par exp est associe le moment cinétique. Maintenant, les états quantiques (un état quantique n'a rien de mystérieux, c'est une fonction ou un vecteur de fonctions) peuvent être considérés comme faisant partie d'un espace vectoriel et décomposés dans une base au choix. On choisit généralement un base composée d'états quantiques (les vecteurs de l'espace vectoriel) ayant des valeurs de ces quantités concervées bien définies, par exp un moment cinétique bien défini (ben oui je dis bien défini car si on prends une combinaison linéaire de deux états ayant des moments cinétiques différents, ce n'est plus un état avec un moment cinétique bien défini). Ces nombres caractérisant l'etat (par exp moment cinétique) sont les nombres quantiques (On peut noter au passage que ces états on une transformation simple, multiplicative vis-a-vis des symétries qui correspondent à leurs nombres quantiques).

Maintenant, le spin est aussi un nombre quantique, mais à quoi correspond-t-il? Et bien il correspond aussi aux rotations dans l'espace (plus précisement aux transformations de Lorentz, bases de la relativité restreinte, qui comprennent les rotations dans l'espace)
Sauf que l'electron, comme toute particule de spin demi-entier, ne se tranforme pas exactement de la même manière que le ferai une particule sans spin sous rotation. J'ai déjà vu ca décrit comme "l'électron doit faire deux tours sur lui-même au lieu d'un pour revenir dans son état initial"...on va se contenter ce ça si on ne veut pas rentrer dans les détails. Mais on peut tout de même se demander comment apres un tour sur lui-même il se souvient qu'il a fait un tour et donc qu'il est dans un état différent? L'électron n'est pas décrit pas une seule fonction, mais par deux. C'est un vecteur de fonctions (appelé spineur), et donc apres une rotation les fonctions (qui sont des fonctions des paramètres de l'espace) n'ont pas changé mais les deux fonctions du vecteur (spineur) on été recombinées pour donner un autre vecteur (spineur). Donc l'électron se souvient qu'il a tourné d'un tour et pas de deux car c'est un spineur. Et quand on a fait un tour, les spins (qui peuvent prendre deux valeurs pour l'électron) ont été inversés.

Il y a tout de même une différence entre spin et moment cinétique, car plus ou moins il caractérise la propriété de la particule d'être décrite par un vecteur de fonctions, et les transformations de ce vecteur sous rotation.

Merci beaucoup pour toutes ces précisions, même si je dois dire que je n'ai pas tout compris dans le détail .
En tout cas merci bien pour ta présence ici, moi mon but c'est d'arriver à me forger un niveau bien approfondi en méca q au cours des prochaines années de mes études, alors des gens en doctorat de physique théorique ça fait rêver !