les définitions consensuelles des concepts de la physique

[Mely-1]

Bonjour à tous

La question que j'aimerais soulever aujourd'hui est : consensuellement, comment définit-on matière, énergie et les champs? comment définit-on les quanta? Bref, j'ai beau chercher via internet, je me retrouve hélas à chaque fois dans l'impossibilité de trouver des définitions claires, précises et "officielles" de ce qui représente les piliers incontournables de la physique ! C'est ce qui motive ma demande dans ce forum. J'ai l'espoir de trouver parmi vous celui qui m'aidera à m'éclairer, un tant soit peu.

Merci.

[humanino]

Bonjour, et bienvenue sur FS

question interessante et tres difficile a vrai dire ! Je peux te repondre du point de vue de la theorie quantique des champs et du modele standard de la physique des particules. Je note cependant que la mecanique quantique relativiste (encore appellee "mecanique quantique Poincare-invariante") pourrait suffir en principe (il existe encore des professionels qui developpent des modeles sans champs a proprement parler, mais c'est une approche minoritaire donc je ne pars pas de ce point de vue. En outre, la mecanique quantique relativiste est toujours consideree comme valide, et prise parmi les axiomes en theorie quantique des champs.). Je prend comme reference wikipedia en anglais. La theorie quantique des champs a ete axiomatisee dans une approche algebrique par des gens comme Wightman et Haag notamment, et leur approche repose sur des theoremes et methodes developpes par Schwinger, Osterwalder, Schrader, et Kastler entre autres. Une autre approche geometrique/topologique commencee par Atiyah et Segal a ete developpee par Witten, Borcherds et Kontsevich.

Il faut aussi garder a l'esprit que ces programmes d'axiomatisation ne sont qu'une ebauche en l'etat actuel. Il est difficile (impossible ?) de donner un sens rigoureux mathematiquement a des manipulations symboliques que l'on fait par exemple losqu'on prend une integrale de chemins en theorie quantique des champs. L'approche la plus efficace et qui donne de nombreux resultats aujourd'hui consiste a approximer l'espace-temps par un reseau. C'est une approche de type "elements finis".

Je ne crois pas qu'il serait honnete ou utile de ma part de derouler maintenant les axiomes de Wightman, car je ne crois pas que cela t'eclaire beaucoup. Je vais donc essayer une approche plus heuristique.

Je suppose defini l'espace-temps (ce qui est hautement non trivial a priori dans ce genre d'approche !) Un champ en mecanique classique est simplement une fonction sur l'espace-temps : une valeur est attribuee a chaque evenement (position et temps). Cette valeur peut etre scalaire (un nombre), vectorielle, tensorielle, spinorielle... Pour definir la notion de particule/quanta, j'aurai aussi besoin du concept de "transformation de Fourier" qui est un outil purement mathematique.

Schematiquement la liste des axiomes est la suivante (ce n'est qu'une description sommaire, j'essaie de mettre les concepts clefs qui demandent precision entre guillemets) :

• Continuite : "entre" deux evenements, il en existe toujours un autre
• Causalite : un evenement ne peut influencer que les evenements dans son "futur".
• Unitarite : c'est la conservation de la probabilite en mecanique quantique
• Localite : deux experiences qui ne sont pas "reliees par causalite" n'ont pas d'influence l'une sur l'autre. Ou encore, je ne peux pas creer une charge positive a Paris et compenser "instantanement" par une charge negative a Marseille. Il est difficile de comprendre exactement comment cela est independant de "causalite" sans entrer dans les details techniques. La mecanique quantique invariante de Poincare laisse tomber cet axiome exactement, car c'est lui qui est responsable de toutes les difficultes liees a la renormalisation : en effet, cette separation est raisonable a l'echelle Paris-Marseille, mais l'imposer a toutes les echelles necessite une infinite de degres de libertes.
• Les particules fondamentales sont ponctuelles (cet axiome est un peu a part des autres... longue discussion possible)

C'est une formulation possible des axiomes. Doivent en decouler d'autres formulations. Implicite dans tout cela par exemple est la symetrie de Poincare.

En accord avec ces axiomes, tu construis une theorie quantique des champs sur l'espace-temps. Selon les representations choisies des symetries, telles que l'invariance de Poincare ou les symetries internes du modele standard, tu vas obtenir differents champs, par exemple le champ de l'electron. C'est ici que j'ai besoin de la transformee de Fourier : un electron unique est un mode de ce champ (dont la frequence est definie, tu peux prendre cela comme la definition du terme "mode"). Associe a un tel mode, ou frequence, va etre associee une energie definie (la masse est fixee par le choix de la representation de la symetrie de Poincare). L'energie peut aussi etre definie comme la grandeur conservee associee a l'invariance temporelle (via le theoreme de Noether).

Bon, je crois que je ferais mieux de m'arreter. J'espere que tu recevras des reponses plus simples, mais il faut realiser que ta question est vraiment difficile

[Mely-1]

Merci de ta réponse et de ton accueil généreux

Oui, en effet, cela manque de clarté. J'attendais une réponse du style "voilà les définitions consensuelles : l'énergie est définie comme étant....; Le champ est ...", vois-tu?

Ta réponse est très riche et je crois que je vais passer les jours à venir à en discuter avec toi si tu n'y vois pas d'inconvénients. Aujourd'hui, je préfère relever les éléments qui ont immédiatement attiré mon attention.

Tout d'abord, tu parais assez bien imprégné de la physique. Et si tu trouves ma question aussi difficile, je retiens qu'il n'y a pas de définitions consensuelles telles que je l'avais espéré, du moins accessibles.

" Un champ en mecanique classique est simplement une fonction sur l'espace-temps : une valeur est attribuee a chaque evenement (position et temps)", dis-tu. Une fonction de l'espace-temps alors! J'ai lu une fois que les champs magnétique ou électromagnétique sont "immatériels". par quoi est défini alors l'espace en question? (de l'espace-temps). Position de quoi?

J'aurais une question un peu personnelle à te poser. Je te serais reconnaissante de me répondre honnêtement. Profondément, as-tu l'impression de comprendre ces notions théoriques de la physique quantique? En d'autres termes, réussis-tu à voir ces notions en image, sans les symboles et formules mathématiques qui leur servent presque de définition ? Je te pose la question justement parce que ton écrit dénote une aisance remarquable en la matière. Tu es donc une référence.

merci encore

[Mely-1]

oops, "en mécanique classique"!!!

[humanino]

Envoyé par Mely-1

Tout d'abord, tu parais assez bien imprégné de la physique. Et si tu trouves ma question aussi difficile, je retiens qu'il n'y a pas de définitions consensuelles telles que je l'avais espéré, du moins accessibles.

Ma reponse, je l'avoue sans detour, est fortement biaisee par mes preoccupations personnelles. A ce titre, il serait souhaitable que l'on t'offre une reponse alternative (ce qui n'est pas du tout contradictoire). Lorsque tu me demandes de definir un champ et un quanta, je me vois oblige d'elaborer une definition coherente, donc la theorie quantique des champs. Mais le concept de champ est defini en mecanique classique comme je l'indique, et a vrai dire il est fortement recommande d'etre familier avec ce concept classique avant de se demander ce qu'est un electron (un quanta du champ d'electrons).

Une fonction de l'espace-temps alors! J'ai lu une fois que les champs magnétique ou électromagnétique sont "immatériels". par quoi est défini alors l'espace en question? (de l'espace-temps). Position de quoi?

Position d'une charge dite "test".

Dans l'ordre, encore : l'espace-temps. Je peux simplement te repondre "c'est l'ensemble des evenements" (donc position = 3 nombres reels, et temps). Cet ensemble est muni d'une structure qui defini la relation entre les evenements, comment passer d'un a l'autre. C'est la metrique. Par exemple, dans l'espace ordinaire (plat) a 3 dimensions, la metrique est donnee par le theoreme de Pythagore. Si le vecteur donne la difference entre les positions de deux points, alors la distance est

Si les points etaient situes sur une sphere, tu vois que la metrique serait differente en fonction (et la forme de la metrique sur la sphere n'est pas forcement tres parlante a priori). Dans l'espace-temps, il y a une coordonee en plus, le temps. L'intervalle est donne par

et peut etre negatif ou positif. S'il est nul, cela signifie que les deux evenements peuvent etre traverses par un meme rayon de lumiere (car c est la vitesse de la lumiere). S'il est positif, cela signifie que les deux evenements peuvent etre traverses par un objet physique, ils font parti de l'histoire d'une trajectoire physique, ils sont dans le futur/passe l'un de l'autre. Si l'intervalle est negatif, alors meme la lumiere ne peut visiter ces deux evenements spatio-temporel qui sont definitiviement separes l'un de l'autre causalement. D'une facon generale, tu auras une expression similaire pour deux evenements infinement proches l'un de l'autre dans l'espace-temps courbe :

dite forme quadratique. Les indices et peuvent prendre les 4 valeurs correspondantes au temps et aux trois coordonees spatiales, par exemple , , et . Cette forme developpee fait apparaitre la metrique , c'est juste un tableau, ou matrice si tu veux. Au-dela, il faut en etudier les proprietes geometriques, pour comprendre quelles combinaisons de termes correspondent a quelle grandeur physique significative.

Etant donne cet ensemble d'evenements muni de la metrique, tu peux associer un champ, disons electrique, c'est assigner une valeur au champ electrique (donc un vecteur) a chaque evenement. Je ne sais pas ce que tu entends pas "immateriel" mais le champ electrique aura definitivement un effet sur une charge eletrique test que tu mettras a l'evenement considere.

Profondément, as-tu l'impression de comprendre ces notions théoriques de la physique quantique? En d'autres termes, réussis-tu à voir ces notions en image, sans les symboles et formules mathématiques qui leur servent presque de définition ?

C'est une question plutot philosophique !
On n'a jamais vraiment fini d'etudier un formalisme pour decrire le monde reel. Un modele donne, on s'y familiarise petit a petit. Il faut y penser souvent. En fait, en permanence Je ne sais pas vraiment comment repondre a cette question. La mecanique quantique par exemple est fortement abstraite. Mais lorsqu'on parle ce langage avec tous les jours, il devient naturel de travailler avec.

[Mely-1]

Bonsoir..

Et merci de cette réponse, tu m'apprends des choses et j'imagine que je ne suis pas au bout de ce que je peux apprendre avec toi. T'es prof de physique?

Oui, en effet, ma dernière question était plus d'ordre philosophique! Profondément, je crois que la science devrait nous rapprocher de la réalité, de l'essence des choses. Et je ne peux nier ma frustration lorsque je cherche la réalité microscopique dans la théorie quantique! Celle-ci a un coté assez abstrait, ne me permettant pas de plonger au sein du coté physique de la physique. Et je suis ravie d'avoir cette discussion avec toi, qui dégages une telle aisance dans ce domaine. Cela dit, j'ai l'impression que d'une certaine manière, tu partages mon point de vue!

Mais attention, je n'entends en aucun cas que la physique quantique est déconnectée par rapport à la réalité. Je suis convaincue du contraire. La preuve? aucune expérimentation n'est venue, à ce jour, mettre en cause les concepts mêmes de la théorie quantique. Je pense que cette dernière réalise une approche correcte de la réalité. Mais pourquoi n'arrive-t-on pas à déchiffrer son langage?

"" Un modele donne, on s'y familiarise petit a petit. Il faut y penser souvent. En fait, en permanence Je ne sais pas vraiment comment repondre a cette question. La mecanique quantique par exemple est fortement abstraite. Mais lorsqu'on parle ce langage avec tous les jours, il devient naturel de travailler avec".

Y penser tout le temps pour arriver à se familiariser avec. Une façon d'exprimer les choses qui révèle, inconsciemment, l'étrangeté de cette théorie. Mais paradoxalement, nul n'ignore qu'elle est on ne peut plus vraie!

Auguste Comte (1798-1857) disait : " On ne connaît pas complètement une science tant qu'on n'en sait pas l'histoire"

Pourquoi a-t-on introduit la notion de quantum en physique? dans l'encyclopédie Universalis, il est dit : " en verité, les concepts mêmes de corpuscules et d'ondes ne sont que deux approximations, valables à l'échelle macroscopique mais incompatibles entre elles de la nature profonde et unique des constituants de la matière. sans doute faudrait-il inventer un nouveau mot. quanton, parmi tant d'autres a été proposé pour désigner ces objets ni femme ni poisson : on parlera de particules quantiques en se souvenant qu'il ne s'agit ni de corpuscules, ni d'ondes, mais que chacune de ces deux images peut être utile dans certaines conditions"

C'est Einstein même qui "inventa" ce concept. Et tout le monde sait qu'Einstein était on ne peut plus philosophe. Il inventa le concept mais rejeta la théorie, en s'opposant avec véhémence à Bohr lors du congrès de physique de 1927. La mécanique quantique doit avoir une histoire. La connaitrais-tu? En aurais tu la documentation? Aurais-tu une définition mathématique de ce qu'est un quanton? En existerait-il une équation mathématique? Pourrais-tu, si possible, m'indiquer (et à tous ceux que cela intéresse) la meilleure façon de s'inicier et de se familiariser avec la mécanique quantique ? son histoire? ses piliers? ses caractéristiques? etc. (désolée si je suis un tout petit peu gourmande )

Une dernière chose. Tu as écrit au tout début : "Ma reponse, je l'avoue sans detour, est fortement biaisee par mes preoccupations personnelles". Je suppose qu'elles sont d'ordre scientifique. Lesquelles?

Merci

[humanino]

Envoyé par Mely-1

T'es prof de physique?

Non
Plutot dans la recherche (je pensais que devais faire de l'enseignement pendant longtemps, et un jour j'ai realise que c'est tres dur de faire les deux, recherche et enseignement).

Envoyé par Mely-1

je ne peux nier ma frustration lorsque je cherche la réalité microscopique dans la théorie quantique! Celle-ci a un coté assez abstrait, ne me permettant pas de plonger au sein du coté physique de la physique.

J'ai deja fait cette citation souvent. Je la refais maintenant a nouveau.

Envoyé par Grothendieck dans Recoltes et Semailles

Passer de la mécanique de Newton à celle d’ Einstein doit être un peu, pour le mathématicien, comme de passer du bon vieux dialecte provençal à l’argot parisien dernier cri. Par contre, passer à la mécanique quantique, j’imagine, c’est passer du français au chinois.

Envoyé par Mely-1

Mais pourquoi n'arrive-t-on pas à déchiffrer son langage?

Peux-tu clarifier cette question ? S'agit-il de reveler quelque secret que nous ignorerions encore sur la Nature a un niveau plus fondamental ? Il y a beaucoup de choses que les gens ont deja imaginees, et ils travaillent dur sur ce que cela peut signifier, et surtout, comment tester si leur modele est correct. A tout instant donne dans l'histoire des sciences, il existe une frontiere a nos connaissances, ou beaucoup de voies sont explorees. C'est a la fois tres frustrant, parce que l'on ne sait pas quelle approche sera retenue, mais aussi tres stimulant intellectuellement !

Envoyé par Mely-1

Y penser tout le temps pour arriver à se familiariser avec. Une façon d'exprimer les choses qui révèle, inconsciemment, l'étrangeté de cette théorie. Mais paradoxalement, nul n'ignore qu'elle est on ne peut plus vraie!

Ce que je signifiais, c'est que la mecanique quantique differe profondement de la mecanique classique. Nous avons grandi dans un monde classique et avons forge nos concepts geometriques sur le monde qui nous entoure tel que nous le percevons. Il n'est pas facile de s'en "defaire". Si tu commences a etudier la mecanique quantique a 15 ans, il n'est pas deraisonnable que tu deviennes familier avec vers l'age de 30 ans

Envoyé par Mely-1

La mécanique quantique doit avoir une histoire. La connaitrais-tu? En aurais tu la documentation?

Je n'ai pas la pretention de l'avoir etudiee en profondeur. Tu peux consulter avec profit ce dossier :
Introduction à la physique quantique

Envoyé par Mely-1

Aurais-tu une définition mathématique de ce qu'est un quanton? En existerait-il une équation mathématique? Pourrais-tu, si possible, m'indiquer (et à tous ceux que cela intéresse) la meilleure façon de s'inicier et de se familiariser avec la mécanique quantique ? son histoire? ses piliers? ses caractéristiques? etc. (désolée si je suis un tout petit peu gourmande )

La question est tellement vaste... tout depend de si tu veux avoir une comprehension en profondeur, technique, ou si tu veux lire au sujet de la mecanique quantique. Dans ce dernier cas, je ne saurais te donner d'avis eclaire. J'imagine cependant que tu ne veux pas aller dans les details mathematiques.

La lumiere par exemple, une onde electromagnetique : etant fixee la frequence de cette onde (idealement), l'energie qu'elle transporte ne peut pas etre divisee inifinement. Il existe un "grain" de lumiere, le photon, qui est le quantum du champ electromagnetique. Generalement, c'est une bonne facon de comprendre ce qu'est un quantum : c'est un "grain" indivisible correspondant a une energie minimale que tu puisses mesurer. Un photon peut porter une energie arbitrairement petite, mais alors il correspondra a une longueur d'onde arbitrairement grande, ou une frequence arbitrairement petite (la vitesse de la lumiere est constante). Etant fixee la frequence , tu obtiens le quantum d'energie correspondant ou la constante h est la constante de Planck.

Remarque que la longueur d'onde associee mesure en quelque sorte la precision maximale avec laquelle tu peux esperer parler de la "position" d'un photon. Dans cette approche simple, tu vois deja que plus la longueur d'onde est petite, plus l'energie devra etre grande. En fait, l'incertidude sur l'energie et sur la position dans ce cas est le reflet de quelque chose de tres fondamental : deux quantites conjuguees (au sens de Fourier) ne peuvent pas etre mesurees simultanement : la mesure de l'une affecte les valeurs possibles que l'autre peut prendre. (Exemple : une lentille selectionne une longueur d'onde. Une experience avec des fentes d'Young et deux lentilles ne permet pas de savoir par quelle fente est passee le photon.)

De meme, laissant de cote le cas un peu special du photon qui n'a pas de masse, position et impulsion (quantite de mouvement) sont conjuguees l'une de l'autre. Si tu mesures la position avec une grande precision, alors l'incertitude sur l'impulsion devient grande.

En terme de transformation de Fourier, cela n'a rien de mysterieux d'ailleurs. C'est juste l'inegalite de Cauchy-Schwarz.

Envoyé par Mely-1

Une dernière chose. Tu as écrit au tout début : "Ma reponse, je l'avoue sans detour, est fortement biaisee par mes preoccupations personnelles". Je suppose qu'elles sont d'ordre scientifique. Lesquelles?

Les fondements de la theorie quantique des champs, dans le contexte de cette discussion. Quotidiennement je me preoccupe de quarks, un niveau de la matiere ou l'intuition quotidienne est fortement mise en defaut (pas la relativite et la mecanique quantique).

Je me permets d'ecrire cela publiquement : lorsque tu dis "je suis ravie d'avoir cette discussion avec toi, qui dégages une telle aisance dans ce domaine.", ou encore "Tu es donc une référence." j'apprecie le fait que cela parte d'un bon sentiment. Neanmoins, ne le prend pas mal, si j'apprecie l'intention, la flatterie elle-meme ne me touche pas. Tu ne dois pas prendre ce que je dis pour argent comptant, car comme tout etre humain je commet des erreurs, en fait quotidiennement ! J'espere que d'autres suivent cette discussion et sont prets a les relever, pour le benefice de tout le monde. Cela dit, j'espere ne vexer personne

[quetzal]

salut mély, tu aurait du posé du coté epistémo et logique pour avoir des définition plus philosophique, pour connaitre l'histoire des sciences, ce forum est fait pour.

sinon,

La question que j'aimerais soulever aujourd'hui est : consensuellement, comment définit-on matière, énergie et les champs?

faire simple pour les quelques définitions que tu demandes, est tout sauf simple pour la bonne raison que précisément c'est un peu ce sur quoi une part non négligeable des physiciens/philosophe travaille, tous de quoi l'on parle, mais pour avoir un consensus.

donc pour moi:
matière: structure particulière de "champs" ayant une charge positive, la matière est un champs de force qui pour nous est aussi opaque, ou réflechie la lumière dans le domaine du visible. sinon tout est transparent (comme dans star-trek )

champs: c'est comme une feuille de papier qui aurait n dimension (a priori) et qui est soit plié en accordéons (ligne de force) ou bien chiffonné en boulette(atome). une ligne de champs est un renforcement local de la feuille, ce qui lui permet d'avoir des propriété particulière, dont la resistance matérielle

l'energie: c'est un potentiel d'action en action, prend deux bassin, l'un rempli d'eau et l'autre vide, c'est un dipole chargé, si tu ouvres la vanne, tu vas obtenir une force, donc une energie, celle du potentiel de neutralisation de la quantité de force du système. quand les deux bassin sont niveaux egal, il ne se passe plus rien ton système est déchargé.

prend un astéroide, il fonce a 20km/s par rapport a la terre, le dipole terre/astéroide a un potentiel d'energie cinétique qui lui est propre, si l'astéroide s'écrase, tout le potentiel "s'active" il devient energie. energie qui vas etre réabsorbé transformé en chaleur, energie mécanique, etc qui vont avec l'entropie tendre a la neutralité. (plus ne se passe)

l'energie cinétique d'un corps est relative a l'observateur, car i suffit d'âvoir la même vitesse dans le vide que l'astéoride pour sa vitesse par rapport a toi soi quasi nulle. le potentiel, le dipole que tu formes avec ce corps est a peine chargé, de fait en l'approchant doucement il ne se passe rien.

donc l'energie est ce qui s'active quand dans un dipole l'on fait met en contact les deux poles de celui-ci. il s'en suit un transfert et un rééquilibrage de la tension entre les deux poles, qui tend vers la neutralisation du système, le point d'energie le plus bas comme dirais pauli.

l'energie se conserve, mais aussi elle se dispserce avec l'entropie. l'entropie pouvant être considéré comme la neutralisation universelle du potentiel de l'univers, tout tend a devenir étale.

tout cela sont des définitions perso, une bombe nucléaire ne fait qu'activer le potentiel enrgétique de la matière(les boulette de champs) en les dépliants a la vitesse de la lumière, le potentiel réel de la matière est difficilement exploitable, car il faudrais de l'anti-matière pour se faire, notre matière et un pole positif, tendis que l'anti-mtière est négative, si elle se rencontre baoum, les champs se reconforme, se restructure et se neutralise, il ne reste plus plus qu'une énorme saturation locale dans le champs neutre qui se disperce au alentours, des photons. (tout cela est super perso donc, méfiance)

[humanino]

Envoyé par quetzal

matière: structure particulière de "champs" ayant une charge positive

Quelle charge ? La charge electrique peut etre positive, negative, nulle... Le terme "charge" est deja defini en physique. Tu ne peux pas l'utiliser pour suggerer une notion vague de ton cru. Ou alors, dis-le explicitement !

la matière est un champs de force qui pour nous est aussi opaque, ou réflechie la lumière dans le domaine du visible.

Mouais, euh, franchement, la je vois plus du tout ce que tu veux dire ! Un noyau par exemple, c'est de la matiere, non ? Il ne va pas etre tres opaque a ta lumiere visible... De plus, un crystal peut etre extremement transparent dans le visible, et c'est cette fois de la matiere que tu apprecier macroscopiquement. Dire "la matiere est un champ de force", ca ne va pas du tout ! Quelle force ? La force electromagnetique ? Lorsque tu marches sur le sol, c'est la repulsion electromagnetique entre les nuages d'electrons qui fait que tu ressents une resistance. Il est interessant de noter d'ailleurs que le minuscule champ d'un aimant permanent peut vaincre le champ gravitationnel de toute la planete pour soulever un petit objet metalique. Voila des exemples de champs de "forces", les champs electriques, magnetiques, gravitationels... mais la matiere n'est certainement pas un "champ de force". Elle est sujette aux forces justement ! (y a-t-il un supersymetricien dans l'avion ?)

champs: c'est comme une feuille de papier qui aurait n dimension (a priori) et qui est soit plié en accordéons (ligne de force) ou bien chiffonné en boulette(atome). une ligne de champs est un renforcement local de la feuille, ce qui lui permet d'avoir des propriété particulière, dont la resistance matérielle

Waow, c'est du delire complet mon ami !
Comment ta feuille chiffonee explique-t-elle ce que l'on appelle "le champ de temperature". Il fait une certaine temperature a chaque point de la piece dans laquelle tu te trouves. Cela n'a rien d'une "feuille de papier chiffonee" !

l'energie: c'est un potentiel d'action en action

Bon, je fatigue (2:30am ici)... L'action encore c'est quelque chose de bien defini en physique, typiquement l'integrale d'un lagrangien.

C'est sympa de vouloir participer, d'ailleurs j'ai dit que j'apprecierais d'avoir d'autres contributions a la mienne fortement biaisee. Mais je ne vois pas comment tu peux aider quelqu'un en utilisant des termes que cette personne risque de rencontrer partout en physique et que tu utilises pour des concepts qui sont differents (et pas forcement clairement defini pour les autres). Je trouve que cela seme la confusion. J'espere sincerement ne pas paraitre trop dur dans mes critiques... Si tu veux proposer une definition alternative du concept de champ (qui comme je l'ai dit, est extremement elementaire : c'est la facon dont les physiciens nomme une "fonction" !) il faut que tu compares ta definition a celle communement acceptee, et dise au moins ce qui motive la tienne. Par exemple (ou est ondo.h) tu peux definit un champ comme des fleches entre categories (ce sont des termes mathematiques precis) et il peut meme y avoir des hypotheses physiques interessantes associees.

edit
D'ailleurs, je suis en train de penser a ta feuille de papier chiffonee... Il y aurait des idees a creuser la, non ?
Tu ne voudrais pas etre un peu plus precis ?

[quetzal]

désolé pour le point de vue pas tip top.

[Mely-1]

Bonsoir,

Bein dis-donc Quetzal ! Merci de ta participation mais bon ! Cela n'a rien de consensuel, n'est ce pas ? Néanmoins cela souligne particulièrement ce qui m'a motivée à poser ma question de départ. Ce sont des notions qu'on utilise tous les jours : matière, énergie, champs, etc. Je pense et cela n'engage que moi que nous sommes nombreux à penser savoir ce qu'ils sont, mais en réalité, dès que la question de les définir est posée ouvertement, les mots commencent à s'envoler et on ne sait plus lesquels choisir pour définir ces entités omniprésentes. A titre d'exemple, j'ai lu dans l'encyclopédie Hachette la chose suivante :

"""il n'est pas exagéré de dire qu'Einstein a terminé sa vie en solitaire, seul parmi ses collègues à douter de l'existence des quanta de lumière, qu'il avait lui même "inventé" en 2005 : "cinquante ans de rumination scientifique ne m'ont pas rapproché de la réponse à la question : que sont les quanta lumineux? Aujourd'hui, le premier fripon venu croit savoir ce qu'ils sont mais il se leurre", écrit-il dans une lettre datée du 12 décembre 1951."""

AUjourd'hui, nous sommes en 2008 et nous avons la même difficulté à les définir.



Citation:
Posté par Mely-1
Mais pourquoi n'arrive-t-on pas à déchiffrer son langage?

ce que j'entends par cette question se résume dans la citation que tu as utilisée, Humanino :


Citation:
Posté par Grothendieck dans Recoltes et Semailles
Passer de la mécanique de Newton à celle d’ Einstein doit être un peu, pour le mathématicien, comme de passer du bon vieux dialecte provençal à l’argot parisien dernier cri. Par contre, passer à la mécanique quantique, j’imagine, c’est passer du français au chinois.

C'est exactement cela! Passer du français au chinois, d'une langue compréhensible à une autre dont on ne connait même pas l'alphabet! Une théorie repose sur des concepts, des postulats mais aussi sur des formules mathématiques! La théorie quantique met en jeu des équations qui permettent d'obtenir des mesures fiables, concrètes et réelles! sans cela nul ne l'aurait retenue. La mécanique quantique a permis à l'Homme de mettre la nature à son service davantage. C'est un langage mathématique de pointe. Mais que révèle ce langage de la Nature?

"S'agit-il de reveler quelque secret que nous ignorerions encore sur la Nature a un niveau plus fondamental ?" oui! QU'est ce qui me permet de le croire? Déjà ce qu'a écrit Einstein en1951! "Il y a beaucoup de choses que les gens ont deja imaginees, et ils travaillent dur sur ce que cela peut signifier, et surtout, comment tester si leur modele est correct. A tout instant donne dans l'histoire des sciences, il existe une frontiere a nos connaissances, ou beaucoup de voies sont explorees. C'est a la fois tres frustrant, parce que l'on ne sait pas quelle approche sera retenue, mais aussi tres stimulant intellectuellement !" Oui, en effet. La théorie des cordes en est l'exemple le plus en vue en ce moment.

Mais comme tu as dit à Quetzal dans ta réponse, Pour éventuellement introduire de nouvelles définitions, il faut avoir au préalable étudié celles communément acceptées. Or où sont elles?

Lorsque je recherche la définition de l'énergie dans des ouvrages, il n'y jamais de définition! Je parle de tous les documents que j'ai consultés, sans exception (mais bon, toujours est-il que je ne suis pas une référence). A la place de la définition, il y a une introduction plus ou moins longue, visant à expliquer le concept de l'énergie par des EXEMPLES! mais pas de définition!

Ta réponse Quetzal par exemple reflète un peu cela! tu t'es mis à expliquer le phénomène, à illustrer, à donner des exemples. Quant à ta définition "personnelle" :"potentiel d'action en action" ça veut dire quoi au juste ? (bon, je pense avoir compris ce que tu voulais dire mais toujours est il que cela n'a pas vraiment de sens.)

Humanino, tu as écrit : ""Ce que je signifiais, c'est que la mecanique quantique differe profondement de la mecanique classique. Nous avons grandi dans un monde classique et avons forge nos concepts geometriques sur le monde qui nous entoure tel que nous le percevons. Il n'est pas facile de s'en "defaire". Si tu commences a etudier la mecanique quantique a 15 ans, il n'est pas deraisonnable que tu deviennes familier avec vers l'age de 30 ans "

Peut être dans un sens mais je pense que tu ne peux pas dénuer la physique quantique de son étrangeté! Brian Greene dans "the elegant universe" disait, en faisant l'analogie entre mécanique quantique et un bar : "j'ai beau venir à ce bar tous les soirs, je ne m'y habituerais jamais!". Tous les auteurs reconnaissent à cette théorie une étrangeté . Mais paradoxalement, elle est vraie! je suppose donc qu'il existe un problème "d'interprétation" de son langage : un interpète capable de passer du chinois au français rendrait d'énormes services !

"Les fondements de la theorie quantique des champs, dans le contexte de cette discussion. Quotidiennement je me preoccupe de quarks, un niveau de la matiere ou l'intuition quotidienne est fortement mise en defaut (pas la relativite et la mecanique quantique)."

Pourrais-tu t'expliquer davantage si cela ne te pose aucun problème? Les quarks sont des particules élémentaires baryoniques (donc définissent en quelque sorte la matière). On est plein dans le sujet !


Et.........""Je me permets d'ecrire cela publiquement : lorsque tu dis "je suis ravie d'avoir cette discussion avec toi, qui dégages une telle aisance dans ce domaine.", ou encore "Tu es donc une référence." j'apprecie le fait que cela parte d'un bon sentiment. Neanmoins, ne le prend pas mal, si j'apprecie l'intention, la flatterie elle-meme ne me touche pas. Tu ne dois pas prendre ce que je dis pour argent comptant, car comme tout etre humain je commet des erreurs, en fait quotidiennement ! J'espere que d'autres suivent cette discussion et sont prets a les relever, pour le benefice de tout le monde. Cela dit, j'espere ne vexer personne ""

Oui, je ne pouvais ne pas en parler ! Bein personnellement, je n'aime pas la flatterie non plus et je ne vais pas être sur la défensive. Mais je vais te dire ceci : OUI, IL EST TRES INTERESSANT DE DISCUTER AVEC TOI! OUI, POUR MOI TU ES UNE REFERENCE! Et non, je ne suis pas en train de te narguer. Je l'ai dit parce que je le pensais et le pense toujours et ton petit paragraphe de la fin me réconforte dans cette conviction. Mais c'est pas pour autant que j'adhèrerai à tes penseés quelle qu'elles soient, rassure-toi ! Cela dit, je crois avoir bien compris ce que tu voulais dire et suis d'accord avec toi c'est pourquoi je ne referai plus de remarques de ce genre.

Merci.

[JPL]

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[quetzal]

Ta réponse Quetzal par exemple reflète un peu cela! tu t'es mis à expliquer le phénomène, à illustrer, à donner des exemples. Quant à ta définition "personnelle" :"potentiel d'action en action" ça veut dire quoi au juste ? (bon, je pense avoir compris ce que tu voulais dire mais toujours est il que cela n'a pas vraiment de sens.)

l'energie c'est la force qui se dévelloppe quand l'on met en relation deux objet ayant un potentiel différent.

le potentiel n'est que virtualité tant qu'il n'est pas en contact ou en relation avec un objet capable d'annuler la tension des charges.

la question est bien ici de déterminer ce qui est échanger quand deux corps se rencontre.

une definition en physique ne vaux que par le phénomène qu'elle décrit.

vouloir une définition, c'est vouloir savoir ce a quoi correspond un terme.

l'energie est une quantité, l'intensité d'un flux se dégageant lors de la neutralisation de deux potentiel inverse.

prend deux bacs, l'un rempli d'eau et l'autre vide, tu as deux potentiels inversement chargé, le flux de d'equilibrage est la matérialisation du potentiel existant entre les poles du système. l'energie est la force du système, plus l'eau coule, et plus les chagre diminue et moins il ya d'énergie potentielle et moins le flux est fort, et ce jusqu'a ce que l'equilibre ce fasse entre le bac n°1 et le bac n°2

comme dans une pile (mais sans doute par d'autre moyen ), idem pour un objet en mouvement, l'un est chargé positivement en potentiel cinétique, l'autre est par exemple a l'arret et a un poteniel inverse a la charge du premier. plus la vitesse de l'un par rapport a l'autre est élevé et plus la charge de ce dipole est élévé, si celui en mouvement rencontre celui a l'arret, toute l'energie de ce dipole se tranformeras en force ou en chaleur ou autres. quand le pole en mouvemnt est statique, il est neutralisé et de valeur égale a celui qui était a l'arret. il n'y a plus d'énergie disponible dans ce dipole.

cela marche pour tout effet d'action-réaction. et le problème dans un système d'energie est bien de crée ou de charger l'un des deux bornes du dipole et de conserver cette charge jusqu'au moment ou l'on en auras besoin.

il me semble que pour une définition physique celle-ci est assez éfficiente dans la description plurijective d'un phénomène identique dans différents systèmes.

quand aux mots, l'important est qu'ils gardent leur sens, mais surtout qu'il d'écrivent au mieux un phénomène ou une idée.

plus ils sont proche d'eux-même et de ce qu'ils doivent decrire et plus ceux-ci sont sur et pertinant.

si un modo passe par ici le forum espistémo seras sans leur meilleur endroit pour que ceux interréssé par les querelles de sens et de défintions puisse aider mely a explorer le domaine du sens.

A+

[JPL]

Je crains que ta définition de l'énergie ne plaise pas du tout à un physicien. J'ai l'impression que tu alignes des mots pour te faire plaisir sans trop savoir quelles définitions rigoureuses il y a derrière.

[humanino]

Envoyé par Richard P. Feynman, dans "Le professeur de physique"

[Mon pere] dit "De ce que comprend, ils disent que la lumiere est emise d'un atome lorsqu'il passe d'un etat a un autre, d'un etat excite vers un etat de plus basse energie"
Je dis "C'est correct"
"Et la lumiere est une sorte de particule, un photon, comme ils l'appellent"
"Oui"
"Alors, si le photon sort de l'atome lorsqu'il va d'un etat excite vers un etat plus bas, le photon avait du etre dans l'atome dans son etat excite"
Je dis "Et bien, non"
Il dit "Mais, comment vois-tu les choses de sorte qu'une particule photon sorte de l'atome sans qu'elle ait ete la dans l'etat excite ?"
Je pensai quelques minutes, et je dis "Je suis desole, je ne sais pas. Je ne peux pas te l'expliquer"

Envoyé par Mely-1

C'est un langage mathématique de pointe.

Le langage mathematique utilise par la mecanique quantique presente une utilite tres repandue. En fait, on peut remonter a JBJ Fourier qui pour etudier la propagation de la chaleur a developpe des manipulations formelles a l'epoque completement heretiques, mais dont le besoin d'une justification rigoureuse a en grande partie motive le developpement de ce nouveau langage. Et c'est Planck qui a vraiment utilise les quanta en premier toujours pour etudier la chaleur. Donc de ce point de vue, on ne peut absolument pas repondre a la question

Envoyé par Mely-1

Mais que révèle ce langage de la Nature?

autrement que : il nous indique que nous avons beaucoup de choses a approfondir. Et selon la personne a laquelle tu t'adresses, tu obtiendras des propositions relativement variees, car la revolution est aussi fondamentale epistemologiquement qu'elle presente de multiple facettes, versatiles avec le temps qui passe et les paradigmes qui evoluent.

Envoyé par Mely-1

La théorie des cordes en est l'exemple le plus en vue en ce moment.

C'est une theorie tres visible, tres elegante, tres puissante, tres generale... trop generale ? Elle n'a pas unanimement les faveurs de tout le monde
Mais ce n'est pas le lieu de relancer une polemique qui a tendance a la trivialite ces derniers temps.

Envoyé par Mely-1

Or où sont elles? (ces definitions)

Repartons un peu en arriere alors. Supposons que tu fais la demande de ces trois definitions separement. Tu vas obtenir des reponses telles que :
Le plus facile : Champ

application qui associe aux points d'un objet, généralement multidimensionnel, des valeurs

Moins trivial, mais assez clair : (je parie que c'est ce que quetzal voulait dire avec "potentiel d'action")
Énergie :

capacité d'un système à produire un travail

Plus difficile : Matière

Seulement, je repete, si tu exiges 3 definitions rentrant toutes dans le meme cadre conceptuel, definir la matiere, et specifiquement les particules (quanta), alors tu vas recevoir une reponse en termes de theorie quantique des champs.

Envoyé par Mely-1

A la place de la définition, il y a une introduction plus ou moins longue, visant à expliquer le concept de l'énergie par des EXEMPLES! mais pas de définition!

Attention tout de meme a une chose : en mathematiques, tu finiras toujours par tomber sur des axiomes. C'est inevitables. Pour faire de la geometrie ordinaire, tu peux appeler tes objets fondamentaux "points, droites et plans". Tu ne definis pas ces objets, tu les caracterises par des axiomes, tels que "par deux points il passe une et une seule droite." et d'ailleurs, tu as l'intuition de ce que l'on appelle "points, droites et plans" mais personne ne peut t'empecher de faire exactement les memes mathematiques avec d'autres noms, tels que "biere, chaise et table".

Donc mefie toi tout de meme dans ta quete vers le fondamental : a un moment, le fond, tu le touches

Envoyé par quetzal

"potentiel d'action en action"

Cette definition etait sans doute la moins controverse comme je l'indiquais plus tot. J'ai peut etre tique par fatigue, mais il est vrai que, pourvu que l'on sache ce qu'est l'action, c'est une position defendable. En fait, le probleme vient surtout du fait qu'associees a "potentiel", les choses vont devenir intractable pour avoir une definition coherente avec la notion non-relativiste de potentiel.

Envoyé par Mely-1

Brian Greene dans "the elegant universe"

Les gens qui me connaissent ici le savent, j'ai malheureusement une allergie maladive, epidermique, a ce vulgarisateur. Par exemple, je deteste le terme "vulgarisation", mais je n'ai aucun probleme a l'utiliser a son sujet. Une des choses que je n'aime pas chez lui, c'est qu'a chaque page de ses bouquins ou chaque minute de ses presentations, j'ai l'impression qu'il me prend pour un imbecile. D'une certaine facon, il simplifie a outrance, de mon point de vue, et manque cruellement d'objectivite. Et je tiens a le preciser, c'est totalement independant de mes convictions personelles sur la theorie des cordes elle meme, qui ont evolue d'un bord a l'autre des extremes depuis que j'etais adolescent (et donc, je n'ai qu'une confiance moderee dans ce genre de convictions !).

Envoyé par Mely-1

il existe un problème "d'interprétation" de son langage : un interpète capable de passer du chinois au français rendrait d'énormes services !

C'est tout a fait correct : il n'y a pas de consensus sur l'interpretation de la mecanique quantique. La encore, tu pourrais profiter d'ouvrir une discussion separee a ce sujet, ou au moins de voir les discussions qui existent deja.

Envoyé par Mely-1

Pourrais-tu t'expliquer davantage si cela ne te pose aucun problème? Les quarks sont des particules élémentaires baryoniques (donc définissent en quelque sorte la matière). On est plein dans le sujet !

Cela pourrait etre tres long... Le probleme est d'attribuer une realite physique aux quarks, alors que ce sont des "objets non-volants bien identifies" (l'expression est de Dokshitzer). Le concept de masse pour un quark par exemple souleve nombre de difficultes, car tu ne peux pas prendre un quark dans ta main et le poser sur une balance.

En fait, la difficulte est vraiment avec les quarks legers. L'image habituelle du confinement est celle d'un potentiel qui croit lineairement avec la distance. Cette idee provient des modeles de "superconductivite duale de couleur" du vide. Dans ces modeles, la glue qui lie les quarks forme un tube entre des quarks statiques qui tu positionnerais "loin" l'un de l'autre. Mais les quarks legers ne sont pas statiques ! Ils sont confines dans une region d'espace bien inferieure a leur rayon de Compton. Cela signifie d'une part que leur existence individuelle en termes de particules pose probleme, et egalement qu'ils sont necessairement ultra-relativistes. Mais l'image "supraconductrice duale de couleur" du vide a la peau dure. En particulier, le vide est "plein" d'un condensat de quarks-antiquarks, comme le supraconducteur eletromagnetique de paires de Cooper. Et ce sont tres exactement ces condensats qui mesurent l'echelle de brisure de symetrie chirale, tres exactement ce qui est responsable de l'apparition des echelles de masses et de la brisure d'invariance conforme en QCD... Le confinement et la generation dynamique de la masse ordinaire des objets qui nous entourent semblent donc irremediablement intriques.

Un mecanisme alternatif de confinement des quarks, du a Gribov, consiste essentiellement a reconnaitre que c'est le vide que nous ne connaissons pas. Je ne peux guere expliquer ce modele sans rentrer dans des details techniques. Ce que je peux te dire, c'est la chose suivante : les modeles effectifs les plus puissants, en particulier le modele du quark-soliton chiral (qui ne possede pratiquement aucun parametre libre) indique que la pression ressentie par les quarks est negative a la peripherie du proton, la ou se trouve le nuage de pions (brisure chirale encore et toujours...). Le proton apparait (et la c'est moi qui simplifie beaucoup) comme une bulle dans le vide de QCD sur lequel ce dernier appliquerait une pression qui expliquerait pratiquement toute notre masse.

J'ai bien conscience que c'est un peu technique.

[gatsu]

Salut,

Pour en revenir à l'axiomatisation que tu as proposée (ici en tout cas) :

Envoyé par humanino

Schematiquement la liste des axiomes est la suivante (ce n'est qu'une description sommaire, j'essaie de mettre les concepts clefs qui demandent precision entre guillemets) :

• Continuite : "entre" deux evenements, il en existe toujours un autre
• Causalite : un evenement ne peut influencer que les evenements dans son "futur".
• Unitarite : c'est la conservation de la probabilite en mecanique quantique
• Localite : deux experiences qui ne sont pas "reliees par causalite" n'ont pas d'influence l'une sur l'autre. Ou encore, je ne peux pas creer une charge positive a Paris et compenser "instantanement" par une charge negative a Marseille. Il est difficile de comprendre exactement comment cela est independant de "causalite" sans entrer dans les details techniques. La mecanique quantique invariante de Poincare laisse tomber cet axiome exactement, car c'est lui qui est responsable de toutes les difficultes liees a la renormalisation : en effet, cette separation est raisonable a l'echelle Paris-Marseille, mais l'imposer a toutes les echelles necessite une infinite de degres de libertes.
• Les particules fondamentales sont ponctuelles (cet axiome est un peu a part des autres... longue discussion possible)

C'est une formulation possible des axiomes. Doivent en decouler d'autres formulations. Implicite dans tout cela par exemple est la symetrie de Poincare.

Elle semble correspondre à la théorie des champs en physique et pas à la théorie quantique des champs en particulier comme tu le disais plus haut...j'ai raté un truc ou bien ?

[humanino]

Envoyé par gatsu

Elle semble correspondre à la théorie des champs en physique et pas à la théorie quantique des champs en particulier comme tu le disais plus haut...j'ai raté un truc ou bien ?

Ben en fait, il y a cache la mecanique quantique sous la petite condition "unitarite"

[gatsu]

Envoyé par humanino

Ben en fait, il y a cache la mecanique quantique sous la petite condition "unitarite"

Ok j'ai raté l'unitarité, quand je dis à mon médecin qu'il me faut des lunettes .