Ce rapport explore les synergies fondamentales entre les équations de la relativité restreinte d’Einstein et la géométrie convexe au sein des espaces de Hilbert. Nous démontrons comment la structure du cône de lumière impose une contrainte de convexité sur les états physiques, garantissant la stabilité de la causalité. L’étude s’étend aux implications de l’intrication quantique et aux récentes recherches sur la modulation de la vitesse photonique, révélant que la topologie des espaces de Hilbert agit comme le régulateur ultime de l’information.Mots-clés : Relativité Restreinte, Espace de Hilbert, Géométrie Convexe, Causalité, Cônede Lumière, Intrication.
Ce rapport explore les synergies fondamentales entre les équations de la relativité restreinte d’Einstein et la géométrie convexe au sein des espaces de Hilbert. Nous démontrons comment la structure du cône de lumière impose une contrainte de convexité sur les états physiques, garantissant la stabilité de la causalité. L’étude s’étend aux implications de l’intrication quantique et aux récentes recherches sur la modulation de la vitesse photonique, révélant que la topologie des espaces de Hilbert agit comme le régulateur ultime de l’information.Mots-clés : Relativité Restreinte, Espace de Hilbert, Géométrie Convexe, Causalité, Cônede Lumière, Intrication.
La physique quantique a sa part d'étrangeté par rapport à la physique classique. La quantification, l'indéterminisme, la superposition d'états, l'intrication, ne sont pas réputés avoir d'équivalents classiques. Nous apportons ici des éléments modifiant ces affirmations, et permettant d'entrevoir un point de vue unifié sur la physique quantique et la physique classique. Nous nous plaçons pour cela dans un cadre élargi quant à l'appréhension de l'espace et du temps. Les grandes lignes de la physique quantique sont généralement écrites dans un cadre d'espace-temps établi, comme l'est la physique classique. Dans nos travaux, dès le stade de la physique classique, les concepts eux-mêmes d'espace et de temps sont questionnés et construits en opposition l'un à l'autre, selon une analyse prolongeant la théorie de la relativité. Cette construction relève d'une épistémologie relationnelle : les objets de pensée ne sont pas saisis indépendamment les uns des autres et des conditions de leur observation dans l'espace et le temps. Nous devons nous poser la question de l'espace et du temps aussi du côté de la physique quantique. Un angle d'attaque est celui des relations d'indétermination d'Heisenberg, de rôle pivot dans sa construction : selon une épistémologie relationnelle elles révèlent tout autant une indétermination de l'espace et du temps. Des relations de facture semblable peuvent être dérivées du côté classique (nous les nommons relations d'a-certitude), où la transformation de Lorentz est pleinement impliquée. Sur la base des propositions précédentes, l'interprétation de la physique quantique doit être reprise. L'abandon du déterminisme, le hasard fondamental, ne sont pas l'apanage de la théorie quantique, mais propres à toute théorie physique pour laquelle les variables d'espace et de temps sont mal déterminées. La non-localité et la non-temporalité sont les autres noms de cette indétermination. La discrétisation, ou quantification, d'une grandeur peut se comprendre de façon relationnelle comme la faible probabilité, ou le faible étalement spatio-temporel, des valeurs sautées par rapport à l'étendue des valeurs observées. Une meilleure symétrie entre les variables d'espace et celles fondant le temps permet en théorie quantique de mettre ce dernier au même niveau que l'espace (formulation d'un opérateur temps et des relations connexes). Divers caractères des théories classique et quantique sont examinés (relations entre physique quantique et relativité générale ; possible quantification de l'espace et du temps dans un cadre classique). Il ne nous apparaît pas qu'une frontière infranchissable doive séparer ce que l'on dénomme classique et ce que l'on dénomme quantique en physique. Envisager ces théories en associant étroitement leur fonctionnement à la co-construction de l'espace et du temps les met sur le même plan. Le texte offre un cadre préliminaire et qualitatif comme base de futures recherches quantitatives.
Les travaux récents en fondements de la théorie quantique (des champs) et en information quantique relativiste tentent de mieux comprendre les effets des contraintes de causalité imposées aux opérations physiques sur la structure des corrélations quantiques. Le premier chapitre de cette thèse est consacré à l'étude des implications conceptuelles de la non-localité quantique, notion qui englobe celle d'intrication dans un sens précis. Nous détaillons comment les récentes approches informationnelles tentent de saisir la structure des corrélations non-locales, ainsi que les questions que ces dernières soulèvent concernant la capacité d'un observateur localisé à isoler un système de son environnement. Le second chapitre détaille les effets de l'invariance de Poincaré sur la détection et la quantification de l'intrication. Cette invariance impose que tous les systèmes soient modélisés en dernière instance dans le cadre de la théorie des champs, ce qui implique qu'aucun système à énergie finie ne puisse être localisé, ainsi que la divergence de toute mesure d'intrication pour des observateurs localisés. Nous fournissons une solution à ces deux problèmes en démontrant l'équivalence générique qui existe entre une résolution spatiale finie des appareils de mesure et l'exclusion des degrés de liberté de haute énergie de la définition du système observé. Cette équivalence permet une interprétation épistémique du formalisme quantique standard décrivant les systèmes localisés non-relativistes et leurs corrélations, clarifiant ainsi l'origine des mesures finies d'intrication pour de tels systèmes. Le dernier chapitre explore un cadre théorique récemment introduit qui prédit l'existence de corrélations quantiques sans ordre causal défini. Procédant par analogie avec le cas des corrélations non-locales, nous présentons quelques principes informationnels contraignant la structure de ces corrélations dans le but de mieux en comprendre l'origine physique.
Corrélations quantiques et structures causales Les travaux récents en fondements de la théorie quantique (des champs) et en information quantique relativiste tentent de mieux comprendre les effets des contraintes de causalité imposées aux opérations physiques sur la structure des corrélations quantiques. Le premier chapitre de cette thèse est consacré à l'étude des implications conceptuelles de la non-localité quantique, notion qui englobe celle d'intrication dans un sens précis. Nous détaillons comment les récentes approches informationnelles tentent de saisir la structure des corrélations non-locales, ainsi que les questions que ces dernières soulèvent concernant la capacité d'un observateur localisé à isoler un système de son environnement. Le second chapitre détaille les effets de l'invariance de Poincaré sur la détection et la quantification de l'intrication. Cette invariance impose que tous les systèmes soient modélisés en dernière instance dans le cadre de la théorie des champs, ce qui implique qu'aucun système à énergie finie ne puisse être localisé, ainsi que la divergence de toute mesure d'intrication pour des observateurs localisés. Nous fournissons une solution à ces deux problèmes en démontrant l'équivalence générique qui existe entre une résolution spatiale finie des appareils de mesure et l'exclusion des degrés de liberté de haute énergie de la définition du système observé. Cette équivalence permet une interprétation épistémique du formalisme quantique standard décrivant les systèmes localisés non-relativistes et leurs corrélations, clarifiant ainsi l'origine des mesures finies d'intrication pour de tels systèmes. Le dernier chapitre explore un cadre théorique récemment introduit qui prédit l'existence de corrélations quantiques sans ordre causal défini. Procédant par analogie avec le cas des corrélations non-locales, nous présentons quelques principes informationnels contraignant la structure de ces corrélations dans le but de mieux en comprendre l'origine physique.
La mécanique quantique constitue l’un des formalismes prédictifs les plus précis de la physique moderne, mais elle laisse ouvertes plusieurs questions ontologiques fondamentales : qu’est-ce qu’une fonction d’onde ? Pourquoi les probabilités sont-elles données par la règle de Born ? Que signifie physiquement une mesure ? Pourquoi l’espace de Hilbert est-il le cadre naturel des états quantiques ? Pourquoi l’unité imaginaire i intervient-elle au coeur de l’équation de Schrödinger ? Dans le cadre TÉSU, ces questions reçoivent une interprétation mécanique commune. La fonction d’onde n’est pas un simple outil abstrait : elle décrit l’amplitude complexe d’une déformation cohérente du substrat superfluide. Son module mesure l’intensité de la compression ou de l’excitation modale ; sa phase mesure la torsion interne de la déformation. L’unité imaginaire i encode alors la structure rotationnelle de cette torsion. L’équation de Schrödinger apparaît comme la limite non relativiste de l’équation d’onde linéarisée autour d’un soliton stable. La linéarité quantique n’est pas interprétée comme la linéarité du substrat brut, mais comme la linéarité du secteur tangent canonique des excitations cohérentes autour du soliton. La règle de Born découle de la norme quadratique naturelle dans l’espace canonisé des modes propres ; elle mesure une intensité modale. Le résultat unique d’une mesure relève, lui, du verrouillage non linéaire entre le sillage et un soliton-détecteur. La distinction entre Schrödinger et Dirac est interprétée comme le passage d’une projection scalaire lente du sillage à une projection relativiste spinorielle intégrant la torsion interne. L’espace de Hilbert total résulte du produit tensoriel des espaces de Hilbert associés aux différentes fibres internes du soliton : doublet, famille, couleur, électrofaible. Le qubit apparaît comme la fibre doublet minimale M12 ≃ C2, dont les matrices de Pauli forment la base canonique des observables hermitiennes. L’intrication est interprétée comme la persistance d’une fibre commune entre deux solitons produits dans une même fermeture du substrat ; elle ne correspond pas à un signal supraluminique, mais à une continuité topologique projetée dans la carte spatiotemporelle. La violation de Bell est ainsi lue comme le rejet de la séparabilité factorielle des états projetés, tout en conservant la localité de signal dans la métrique émergente. La cohérence du programme ne repose pas sur le choix de nombres isolés. Elle repose sur une algèbre commune : les mêmes structures modulaires et spectrales qui organisent les masses, les mélanges et les fibres internes organisent aussi le qubit, la norme de Born et les corrélations projetées. Les mathématiques fondamentales sont alors interprétées comme des invariants de projection du substrat : la métrique gμν est l’invariant relationnel de la projection spatiotemporelle, tandis que les structures complexes, modulaires, spectrales et arithmétiques expriment des invariants internes que cette projection ne résout pas directement. La section ajoutée sur l’équation maîtresse de Lindblad précise en outre que la décohérence quantitative et la loi de Haroche Γdecoh = 2|α|2κ apparaissent comme la limite tangentielle étendue de cette même canonisation lorsque le soliton-système est couplé à son environnement substratique. La mécanique quantique cesse ainsi d’être interprétée comme un formalisme irréductiblement mystérieux. Elle devient, dans TÉSU, la dynamique effective des phases, amplitudes et torsions cohérentes d’un substrat superfluide dont les observateurs eux-mêmes sont des excitations.
L'idée de déterminisme, proposée pour étendre et généraliser la causalité physique, ajoutant en particulier la considération des conditions initiales, se constitua dès lors comme la référence idéale et considérée comme indépassable de toute connaissance scientifique. Cet idéal devait toutefois se voir dépassé dans plusieurs directions. D'une part, la causalité physique classique se transforma en causalité relativiste, comportant des restrictions sur les possibilités des rapports spatio-temporels et suscitant, avec la relativité générale, l'idée de complétude théorique, méta-concept qui permet de formuler des conditions internes de perfectionnement théorique. D'autre part, le déterminisme proprement dit devait connaître des limitations de sa portée en physique classique même, avec la considération des systèmes dynamiques «non linéaires», déterministes, mais dont le comportement peut être totalement non-prévisible à terme. Enfin, la causalité et le déterminisme se sont vus remis radicalement en question avec l'élaboration de la physique quantique. Le sens exact de ces remises en cause est directement lié aux questions d'interprétation de la théorie quantique : équation causale et problème de la « réduction » de la fonction d'état, d'un côté, prédictions probabilistes, d'un autre côté. Les deux aspects se retrouvent dans la question de la limitation des représentations spatio-temporelles et de sa signification du point de vue théorique. Il faut donc concevoir les problèmes d'interprétation de la théorie quantique en termes du rapport entre la causalité, le déterminisme, et les grandeurs qui portent les contenus physiques effectifs. On est ainsi amené à s'interroger sur un sens directement physique des grandeurs mathématiques de la théorie et, si un tel sens est assignable, à considérer les catégories en question par rapport aux concepts théoriques réellement appropriés, avec comme effet de les « remettre sur leurs pieds ». Cela est du moins possible pour la causalité, ainsi que pour la complétude. Quant au déterminisme, il ne peut être, dans sa formulation usuelle, que statistique, et reste ainsi très en-deçà des possibilités des perspectives théoriques. Ces transformations laissent entrevoir l'impératif d'une autre catégorie, plus fondamentale qu'elles car indépendante des choix conceptuels et théoriques, et pourtant souvent omise dans les débats : celle de nécessité, régulatrice des autres catégories et systèmes de concepts.
Perspectives sur la signalisation et l'ordre causal dans les théories physiques La causalité est essentielle à notre compréhension du monde, et se présente sous différentes formes : informationnelle et relativiste, la première étant liée au flux d'informations, et la seconde à la structure de l'espace-temps.Pour déduire de manière opérationnelle les relations causales entre différentes théories, la notion opérationnelle de signalisation joue un rôle central.Cela inclut notamment le cadre des « affects », qui formalise la signalisation dans les théories physiques générales à l'aide d'une approche de modélisation causale, et les notions de signalisation dans la théorie quantique.Dans la première partie de cette thèse, nous exploitons le cadre des affects pour améliorer la caractérisation de la signalisation informationnelle telle que définie par les « relations d'affects ». Plus précisément, nous fournissons des conditions permettant d'identifier les redondances dans de telles relations, en introduisant des techniques d'inférence causale dans des modèles causaux infidèles (dans lesquels les données observables ne reflètent pas « fidèlement » les dépendances causales), et nous démontrons comment les relations d'affects peuvent être appliquées pour décrire la signalisation dans la théorie quantique.Au-delà de la simple description de la signalisation informationnel, le cadre des affects permet d'étudier leur interaction avec les principes relativistes. Nous définissons une propriété de théorie de l'ordre appelée conicité, en montrant qu'elle est satisfaite pour les espaces-temps de Minkowski avec des dimensions spatiales d > 1. En intégrant des modèles causaux de théorie de l'information dans l'espace-temps sans violer les principes relativistes tels que l'absence de signalisation supraluminique (NSS), nous observons que les contraintes imposées par la NSS dans un espace-temps et celles imposées par l'inférence causale purement informationnelle se comportent différemment. Nous prouvons ensuite une correspondance entre les espaces-temps coniques et les modèles causaux fidèles : dans les deux cas, il existe un parallèle entre ces deux types de contraintes. Cela indique un lien entre les notions informationnelles et géométriques de causalité, que nous utilisons pour prouver l'impossibilité d'intégrations non dégénérées de boucles causales dans des espaces-temps coniques.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous étudions les processus quantiques à ordre causal indéfini (ICO), pour lesquels divers cadres d'étude ont été proposés. En particulier, les circuits quantiques à contrôle quantique de l'ordre causal (QC-QCs) forment une vaste classe de fonctions d'ordre supérieur qui sont censées représenter tous les processus quantiques physiquement réalisables dans un espace-temps fixe. De manière complémentaire, le formalisme des circuits quantiques routés introduit des opérations quantiques contraintes par des « routes » afin de représenter les processus en termes de décomposition de circuits routés plus fine, représentant le flux d'informations dans le processus considéré. Cependant, l'existence de décompositions de circuits routés n'a été établie que pour un petit ensemble de processus jusqu'à présent.Nous remédions à cette situation en reliant ces deux cadres, prouvant qu'il est possible d'obtenir une décomposition systématique en circuits routés pour tout QC-QC à N parties, pour toute valeur de N. Nous détaillons explicitement cette construction et la comparons à d'autres décompositions en circuits routés de QC-QCs.