Estats superpausats (quantics)

Un principi màger de la mecanica quantica qu’ei lo principi de superposicion : un estat d'un sistèma que pòt prénguer un sarròt de valors per un observable.

Exemple de superposicion quantica

Sia la quantitat observabla (que se pòt mesurar) « vitessa ». Dens lo monde perceptible, un tren que pòt anar a 50, 100 km/h o ua auta vitessa. Mes a un moment dat, lo tren qu’a ua sola vitessa.

Mesuras d'un observable (ex. vitessa) d'un objècte en estat superpausat de dus estats pròpris.

Qu’ei diferent dens l’univèrs quantic. Supausem l’objècte quantic que pòt anar sonque a duas vitessas, v₁=1000 km/h e v₂=2000 km/h, alavetz aqueste objècte pòt prénguer totas las combinasons linearas de las duas vitessas : a|v1⟩+b|v2⟩ on |v1⟩ vòu díser estar dens l’estat v₁.

Ex: 2x|1000 km/h⟩+0,5x|2000 km/h⟩ ; 2/3x|1000 km/h⟩-4ix|2000km/h⟩ on 4i ei un nombre complèxe.

Mes quina ei la vitessa de l’objècte ? Nada. Dísen l’objècte qu’ei dens un estat superpausat de dus estats “pròpis” |1000 km/h⟩ e |2000 km/h⟩ e l’objècte n’a pas nada vitessa^[1].

Totun, se mesuran la vitessa, l’objècte que prenguerà de faiçon aleatòria ua de las duas vitessas (1000 km/h o 2000 km/h). Se hèn la mesura un sarròt de còps dens las medishas condicions, que trobaram un còp la vitessa de l’objècte a 1000 km/h, un aute còp a 2000 km/h dens proporcions que depénden de l’estat considerat. Per exemple, per l’estat |1000 km/h⟩+|2000 km/h⟩, coma las duas vitessas an lo medish coefficient, que mesuraran un còp sus dus la vitessa 1000 km/h e un còp sus dus la vitessa 2000 km/h.

Equacions deus estats superpausats

Representacion de tres estats quantics dab la fòrma de vectors : dus estats pròpris e un estat superpausat.

L’estat d'un sistèma quantic qu’ei representat per un vector dens un espaci vectoriau aperat espaci de Hilbert. La combanison deus estats qu’ei donc ua combinason de vectors.

Per un sistèma a dus estats, ψ₁ e ψ₂ , l’estat superpausat deu sistèma qu’ei descriut per :

|ψ⟩ =α₁|ψ₁⟩ +α₂|ψ₂⟩

Per un sistèma dab un infinitat d’estats per un observable, l’estat superpausat qu’ei descriut per :

|ψ⟩ =α₁|ψ₁⟩ +α₂|ψ₂⟩ + ... + α_n|ψ_n⟩   + ...

Dens aqueras equacions, los coeficients α₁, α₂... α_n... que son nombres complèxes.

Per un sistèma dab ua infinitat d’estats (per exemple la posicion que pòt prénguer un objècte dens l’espaci) l’estat superpausat qu’ei la soma d’un nombre infinit de vectors.

La probabilitat de trobar l’objècte dens l’estat i qu’ei proporcionau au module deu coeficient α_i d’aqueste estat au carrat |α_i |²

Interpretacion deus estats superpausats

En matematica, qu’ei aisit de calcular e d’enténer un estat superpausat, pr’amor qu’ei un calcul normau dens un espaci vectoriau. L’interpretacion fisica^[2] qu’ei mei complicada pr’amor que buta lo sens comun, las nostas intuicions.

Interpretacions au sègle XX^au

Segon l’interpretacion de Copenaga, sustot definida per Niels Bohr en 1927, parlar d’objèctes avant la mesura n’a pas brica de sens. E lo lengatge de la fisica classica n’ei pas adaptat au monde de l’infinidament petit.

Segon lo fisician e matematician american Hugh Everett (1930-1982), e tanben lo fisician american Bryce DeWitt (1923-2004), que i a un sol univèrs (a nivèu microscopic e macroscopic), quantic, descriut per l’equacion de Schrödinger : la foncion d’onda universau. Mes que i a un sarròt de mondes classics. L’observator (l’uman) ne vei pas sonque ua realisacion de la foncion d’onda a un moment dat e a un lòc dat.

Segon lo fisician David Bohm (1917-1992), la foncion d’onda de Louis de Broglie qu’ei un camp vertadèr e objectiu. Mes que manca la posicion entà conéisher completament la particula. Aquera posicion qu’ei revelada après ua mesura. En fèit, qu’ei l’idèa que i a ua variabla esconuda.

Lo fisician Richard Phillips Feynman (1918-1988) que digoc : I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics (Pensi qu’ac poish díser de segur que digun n’entén pas la mecanica quantica)

Navèras tèsis qu’existishen

Lo fisician lengadocian Bernard d’Espagnat (1921-2015) qu’explica la distincion enter la realitat empirica (fisica classica) e ua realitat independenta qu’apèra reau velat (fisica quantica) que nos mia a ua interpretacion satisfasenta de la fisica.^[3]

Lo fisician gascon Michel Paty (1938- ) considèra los desvolopaments recents que muishan que s’agish plan de fèits e non pas d’interpretacions, que los estats superpausats son vertadèrs e nos fòrçan a alargar lo nòste concèpt de grandor fisica^[4].

A notar, las propietats de superposicion d'estat que son emplegats dens los calculators quantics.

Nòtas e referéncias

Bizarreries quantiques : Le mystère des états sans valeur, Etienne Parizot, Professeur université Paris Diderot

1. un électron peut-il (vraiment) être à deus endroits à la fois ?, David Louapre, cercaire fisician francés, 2019
2. La physique quantique et ses interprétations, Etienne Klein, 2001  
3. Le réel voilé, Bernard d’Espagnat, 1994
4. Le concept d’état quantique : un nouveau regard sur d’anciens phénomènes, Michel Paty, 2012