les limites du monde quantique

[alarabi]

Le monde quantique ne se cache plus "timidement" dans son coin "l'infiniment petit". les molécules aussi, sont mise en cause dans la dualité "ondes"-"particules":
voir l'actualité:
actualité

en lisant cette actualité, je me pose quelques questions fondamentales:
Quel matériel expérimental pour piéger les molécules
Est-ce vraiment tout le molécule qui se comporte ainsi, ou bien juste les électrons qui lui sont associés
Ou s'arrête le monde quantique

[sai]

personellement ca m'etonne pas... les molecules etants des objets quantique comme tout autre, il n'ya pas de raison pour qu'elles ne presentent pas la dualité onde-corpuscule...

En toute logique, une onde de matiere peut etre associée a n'importe quel objet macroscopique. Seulement, a notre echelle, le comportement ondulatoire de la matiere ne se fait pas sentir!

[Inxs]

les molecules etants des objets quantique comme tout autre, il n'ya pas de raison pour qu'elles ne presentent pas la dualité onde-corpuscule

Alors pensez-vous être de nature corpusculaire ou de nature vibratoire ?

[Jackyzgood]

Envoyé par Inxs

Alors pensez-vous être de nature corpusculaire ou de nature vibratoire ?

Les 2 mon général !!

La matiere n'est pas d'aspect corpusculaire OU d'aspect ondulatoire, mais elle est les 2 ! C'est 2 aspect d'une même est unique chose! C'est un seul est même objet mais vu sous 2 facettes differentes

Le probleme c'est que encore aujourd'hui on ignore la réelle nature de la matiere.

[Urian]

Envoyé par Jackyzgood

Les 2 mon général !!

La matiere n'est pas d'aspect corpusculaire OU d'aspect ondulatoire, mais elle est les 2 !

ou ni l'une ni l'autre...

[Karibou Blanc]

Salut,

Ce qui est fascinant, c'est que le comportement du monde macroscopique est inexplicable sans faire appel au caractère quantique des éléments microscopiques qui le constituent !

De ce point de vue, toute la matière est quantique. Mais y a-t-il vraiment un sens à dire que la matière est quantique ou pas ? Les qualificatifs de quantique, classique, relativiste... ne sont que des mots caractérissants les modèles fictifs utilisés pour "comprendre" la matière et ainsi en prévoir le comportement. Il est important de garder toujours à l'esprit qu'il y a une différence souvent négligée entre ce qui existe dans la nature (nos observations du monde) et les objets qu'on utilise pour modéliser la nature et ainsi structurer nos connaissances. Cette différence est fondamentale en science car elle lui permet d'évoluer et de ne pas se réduire au statut de dogme (comme un mythe réligieux immuable). Ainsi, il y un siècle la nature était classique (mécanique), aujourd'hui elle est quantique (onde/particule) mais demain ? Ceci traduit juste l'évolution de nos idées et concepts en science et non le vrai visage de la nature elle même.

[C++]

Envoyé par Karibou Blanc

Cette différence est fondamentale en science car elle lui permet d'évoluer et de ne pas se réduire au statut de dogme (comme un mythe réligieux immuable). Ainsi, il y un siècle la nature était classique (mécanique), aujourd'hui elle est quantique (onde/particule) mais demain ? Ceci traduit juste l'évolution de nos idées et concepts en science et non le vrai visage de la nature elle même.

Eh bien tu dois quand meme remarquer que il y a un siecle et aujourd'hui on n'etudiait pas du tout les memes objets de la nature.La molecule avec ses atomes dont on ne connaisait presque rien etait encore l'objet fondamental dont on pensait que le monde etait fait et il avait fallu les travaux irrefutables de Boltzmann pour que tout le monde fut convaincu de la justesse de la theorie moleculaire et oublie les fausses theories du 19 eme siecle telles que l'"energetisme" qui affirmait que au niveau fondamental l'univers etait composé de diverses sortes de fluides.C'est precisement lorsque au debut du XX eme siecle dans sa premiere decennie on est vraiment "descendu" au niveau atomique et decouvert la structure de l'atome que l'echec des modeles classiques est devenu flagrant et que la quantification des orbitales atomiques est apparue.

Au niveau macroscopique en dehors de phenomenes naturels rares comme la superfluidité ou d'applications directement tirées de la theorique quantique telles que les lasers il n'y a pas beaucoup de phenomenes qui indiquent directement que la nature ne suit pas des lois mecaniques.

[Karibou Blanc]

Au niveau macroscopique en dehors de phenomenes naturels rares comme la superfluidité ou d'applications directement tirées de la theorique quantique telles que les lasers il n'y a pas beaucoup de phenomenes qui indiquent directement que la nature ne suit pas des lois mecaniques.

Désolé mais je ne pas du tout d'accord avec ça. Les 3/4 de la physique des solides n'aurait jamais pu être compris à l'aide de la mécanique de Newton, et ce même dans leurs propriétés les plus simples. Pour ne citer que les plus évidentes : la conductivité électrique des métaux et des semi-conducteurs (qui a conduit à la réalisation de l'appareil que j'utilise en ce moment même), le ferromagnétisme (dont la compréhension requiert la connaissance du spin des électrons), la cohésion des solides...
Les propriétés de la matière à l'échelle macroscopique sont toutes le résultat du comportement collectif de ses constituants à l'échelle microscopique. C'est d'ailleurs un des pilier de la physique soutenu par la théorie statistique.

Sans rancune
Bonne journée !

[C++]

Les propriétés de la matière à l'échelle macroscopique sont toutes le résultat du comportement collectif de ses constituants à l'échelle microscopique. C'est d'ailleurs un des pilier de la physique soutenu par la théorie statistique.

Ca c'est ce qu'on sait aujourd'hui.Il fut un temps ou on ignorait tout ca ce qui n'empechait le devloppement d'aucune des disciplines que tu as cité.

Les 3/4 de la physique des solides n'aurait jamais pu être compris à l'aide de la mécanique de Newton

Il ne faut pas exagerer l'influence de la mecanique de newton et reduire a elle la physique classique.

le ferromagnétisme (dont la compréhension requiert la connaissance du spin des électrons)

Les lois de l'aimantation des materiaux etait connus bien avant qu'on n'attribue des equivalents quantifiés de moments cinetiques aux particules ! On les en a rededuit,mais a posteriori.Ce qui c'est evident,n'enleve rien au merite et a la beauté de la theorie quantique qui a donné les veritables tenants et abouissants.

la cohésion des solides...

Avant c'etait tres tres simple.La matiere avait trois etats.Elle passait des uns aux autres en franchissant des points critiques.A l'etat solide,elle tenait parce qu'elle tenait.Ce n'est certes pas un modele d'explicativité..mais ca fonctionnait.Pendant deux siecles environ on a fait de la mecanique sans pourtant connaitre grand chose de la physique des solides.Et ca marchait.Solides indeformables,chocs,solides deformables,elastiques ,modele de young et j'en passe des meilleures.

Les lois quantiques permettent de connaitre la physique intime de la matiere si on connait la mecanique quantique et d'en deduire les lois classiques(pas toutes) mais AUCUN effet quantique n'apparait "en clair" a notre echelle a l'etat naturel sans intervention humaine.Si ce n'est les desintegrations nucleaires des etoiles,la radioactivité et quelques autres.

[Karibou Blanc]

Ca c'est ce qu'on sait aujourd'hui

C'est vrai mais elles ne seraient pas allées bien loin.

Les lois de l'aimantation des materiaux

Elles étaient effectivement bien connues mais on les expliquait (et explique encore souvent en premier cycle) de façon phénomènologique et non de manière déductive par un raisonnement s'appuyant sur des principes premiers.

mais AUCUN effet quantique n'apparait "en clair" a notre echelle a l'etat naturel sans intervention humaine

Ce n'est pas tout à fait vrai... A ton avis pourquoi ton verre ne passe pas au travers de la table lorsque tu le poses ?
Par ailleurs, comme je l'ai déjà dit, pas mal de propriétés macroscopiques des solides reflettent le comportement quantique des particules qui le composent. Je ne vois pas très bien ce que tu entends par "en clair", c'est peut être là que nos avis divergent

[monnoliv]

Si je puis me permettre, je rejoins l'avis de C++ (Builder?).

Selon mon expérience, 99% des comportements macroscopiques sont décrits correctements par toute la physique non quantique. Ce qui forme la brique de départ de la physique non quantique est expliquée par la physique quantique, qui elle même a ses briques de départ. A la nuance près des 1% non expliqués classiquement.
J'aimerais bien voir un physicien des particules décrire le mouvement: des charges dans un condensateur, d'une bille qui tombe, d'un fluide dans un tuyau, des mouvements d'air dans notre atmosphère, ... -> impuissance totale, trop compliqué pour ces équations.

Bàv,

[Rincevent]

Si je puis me permettre, je rejoins l'avis de Karibou

même si je comprends et suis d'accord avec ce disent les autres... (ça sonne un peu démagogue tout ça )

je m'explique: comme l'a dit Karibou, la physique classique est suffisante pour décrire les choses de manière phénoménologique. Mais si on reste à ce niveau-là, on n'explique pas vraiment: on accumule les modèles. Pour expliquer de manière unifiée et quantitative les choses (et c'est cela que personnellement j'appelle "comprendre"), la physique quantique est inévitable pour énormément de choses.

J'aimerais bien voir un physicien des particules décrire le mouvement: des charges dans un condensateur, d'une bille qui tombe, d'un fluide dans un tuyau, des mouvements d'air dans notre atmosphère, ... -> impuissance totale, trop compliqué pour ces équations.

pas vraiment: il te montre que les équations quantiques redonnent les équations classiques pour ces conditions-là, et il résoud le système qu'il a facilement obtenu avec ses équations de départ...

plus sérieusement, pour les exemples que tu donnes, pas besoin de trucs quantiques pour faire du quantitatif. Mais c'est loin d'être toujours le cas, même pour décrire des phénomènes de la vie de tous les jours. La plupart des gadgets technologiques que l'on utilise quotidiennement n'aurait jamais existé si "le monde était purement non-quantique".

[monnoliv]

comme l'a dit Karibou, la physique classique est suffisante pour décrire les choses de manière phénoménologique.

Idem pour la physique quantique, les briques ont seulement l'avantage (et l'inconvénient) d'être plus petites.

Mais si on reste à ce niveau-là, on n'explique pas vraiment: on accumule les modèles. Pour expliquer de manière unifiée et quantitative les choses (et c'est cela que personnellement j'appelle "comprendre"), la physique quantique est inévitable pour énormément de choses.

Et alors? Quand tu (vous, les physiciens) aura trouvé la formule ultime à partir de laquelle toutes les autres pourront être déduites (unification), tu seras toujours dans le "phénoménologique" dans le sens ou cette ultime formule sera aussi un modèle (personne n'a dit que math = physique, le jour où ça viendra, je me rangerai de ton côté).
Concernant comprendre, on peut très bien comprendre les divers processus, par exemple, de régulation de systèmes ou d'êtres vivants à l'aide de modèles adéquats. La mécanique quantique étant incapable d'en donner la moindre explication (encore une fois, trop compliqué pour ces équations).
En bref: Il est des phénomènes/propriétés macroscopiques indéduisibles à partir des équations quantiques. Les propriétés émergeant seulement pour un grand nombre d'éléments.

pas vraiment: il te montre que les équations quantiques redonnent les équations classiques pour ces conditions-là

Je n'en doute pas. Pourrais-tu me confirmer cela pour les équations de Maxwell (qui sont liées pour rappel à celles de la relativité restreinte)?

La plupart des gadgets technologiques que l'on utilise quotidiennement n'aurait jamais existé si "le monde était purement non-quantique".

Ha, là tu parles de monde tel qu'il existe, pas de modèle. Concernant les gadgets (ou non) électroniques, je ne travaille pas dans le domaine mais cela m'étonnerait que pour faire le design d'un uP ou un ASIC, les designers s'escriment avec l'équation de Shrödinger, les problèmes sont autres et ils utilisent une brique de départ un peu plus grosse.

Bàt,

[Karibou Blanc]

Salut,


Phénoménologique ne signifie pas seulement décrire des phénomènes. Ce terme est utilisé pour préciser que le modèle n'est pas déduit de principes premiers, fondamentaux en physique. Et très souvent, il n'explique rien d'autre, en dehors du phénomène particulier pour lequel on l'a développé. Il est certain que ces principes fondamentaux sur lesquels on cherche à se baser sont également des modèles de la nature.
Comprendre un phénomène ne signifie pas seulement le modéliser mais surtout essayer de l'expliquer à l'aide de déductions faites à partir de principes fondamentaux que l'on suppose vrais (jusqu'à preuve par l'expérience du contraire). Si on peut réaliser cette explication, on permet en fait deux choses : tout d'abord on a modéliser le phénomène, c'est ce qu'on cherchait à faire au début. Ensuite on a justifié la validité des principes premiers sur lesquels un grand nombre de choses reposent. On consolide en quelque sorte notre vision de la nature.

Et c'est d'ailleurs de cette façon que les idées évoluent en physique. Le jour où un phénomène nouveau est observé, et qu'aucune explication ne peut en être déduite à partir de principes premiers, alors il faut les réviser et changer notre façon de voir le monde. Cette progression est impossible par des descriptions phénomènologiques, puisqu'à chaque phénomène nouveau on construit un modèle différent des autres. On se retrouve avec une multitude de modèles incohérent entre eux, qu'il nous est impossible de relier, en ce sens il ne nous permette pas de comprendre la nature mais seulement d'en reproduire les comportements en laboratoire.

Pour résumer, je dirais que ce qui différencie une théorie physique d'un simple modèle phénoménologique est le fait qu'une théorie est productive. J'entends par là qu'elle permet de rendre compte d'autres phénomènes que ceux pour lesquels elle a été mise au point.

Bonne journée !

[Rincevent]

Idem pour la physique quantique, les briques ont seulement l'avantage (et l'inconvénient) d'être plus petites.

elles ont pour moi surtout l'avantage d'être moins nombreuses et de reposer sur moins de paramètres ad hoc (note que je ne dis pas que tout est expliqué). En ce sens elles sont moins phénoménologiques et moins "fausses". Evidemment, la physique quantique ne décrit qu'un modèle du monde, je n'ai jamais dit le contraire, loin de là (relis divers messages que j'ai écrits si tu n'es pas convaincu). Mais ce modèle est moins faux que celui que décrit la physique non-quantique car il permet l'existence de beaucoup de choses dont l'existence reste paradoxale en physique purement Newtonienne.

Quand (les physiciens) auront trouvé la formule ultime à partir de laquelle toutes les autres pourront être déduites (unification), tu seras toujours dans le "phénoménologique" dans le sens ou cette ultime formule sera aussi un modèle

déjà, tout le monde ne croit pas à l'existence de cette chose. Et note bien que j'emploie le mot "croire": pour moi c'est un acte de foi assez fort de croire en l'intelligibilité totale des choses. Même si je ne vais pas répondre plus à cette remarque car il y a de trop nombreuses façons de l'imaginer, une seule remarque: certaines personnes qui ont pour hobby de réfléchir à la possibilité de l'existence d'une telle formule ont bien fait remarquer que pour être réellement auto-consistante, elle devrait également expliquer pourquoi elle est comme cela et pas autrement. Donc dans cette hypothèse, on sortirait de la phénoménologie...

personne n'a dit que math = physique, le jour où ça viendra, je me rangerai de ton côté

à mon avis, cela ne viendra jamais pour diverses raisons. Et pour ne t'en donner qu'une je te dirai que je vois les maths comme une sorte de langage, et la physique n'est pour moi qu'un discours (prononcé dans cette langue) dont le but est de décrire le monde. En conséquence la physique a les contraintes de la nature à suivre alors qu'un mathématicien est beaucoup plus libre dans ses inventions, mais un langage ne saurait être parfait.

Concernant comprendre, on peut très bien comprendre les divers processus, par exemple, de régulation de systèmes ou d'êtres vivants à l'aide de modèles adéquats. La mécanique quantique étant incapable d'en donner la moindre explication (encore une fois, trop compliqué pour ces équations).

je n'ai pas dit que la physique quantique est nécessaire pour tout. Ce que j'ai juste dit c'est qu'il est faux de dire que la physique newtonienne est suffisante pour décrire le monde dans lequel on vit. Et en ce qui concerne les processus de régulations, je dirais que leur compréhénsion ne passe pas plus par la mécanique newtonienne qu'elle ne passe par la physique quantique...

En bref: Il est des phénomènes/propriétés macroscopiques indéduisibles à partir des équations quantiques. Les propriétés émergeant seulement pour un grand nombre d'éléments.

je n'ai jamais dit le contraire. Je dis juste que parmi ce qui n'est pas déduisible par la physique newtonienne, il existe pas mal de choses qui le sont par la physique quantique. Et ce, même aux échelles dans lesquelles on évolue quotidiennement.

Et pour ce qui est des choses émergeant uniquement pour des grands nombres d'éléments,cela n'est pas un argument pour prohiber une description quantique ou la nécessité de passer par elle: comme l'a dit Karibou, beaucoup de choses en physique des solides ne se comprennent que si on utilise une description quantique des atomes: le passage à une mécanique statistique est indépendant de l'utilisation de physique newtonienne ou quantique pour décrire les "briques".

Je n'en doute pas. Pourrais-tu me confirmer cela pour les équations de Maxwell (qui sont liées pour rappel à celles de la relativité restreinte)?

en fait, le cas le plus "subtil" est celui où l'on cherche à obtenir le principe fondamental de la dynamique newtonienne (pour une particule) à partir de l'équation de Schroedinger. Pour les équations de Maxwell, le problème est même presque trivial car il s'agit de champs fondamentaux (choses délocalisées) et non de particules isolés ou de choses composites. Pour être un peu plus précis, je dirai que pour regarder un problème de manière quantique ou non, il "suffit juste" (c'est un peu plus fin quand même) de changer la nature des objets mathématiques mis dans le lagrangien (opérateurs ou fonctions usuelles). Tu vois donc que si tu as un "objet" pas localisé, la modification est très faible, alors que si tu veux passer d'une particule quantique (délocalisée) à une particule newtonienne (localisée) il faut être un peu plus soigneux.

Ha, là tu parles de monde tel qu'il existe, pas de modèle.

depuis le début, je parle de la capacité des modèles classiques et quantiques à décrire le monde. Donc les 3 interviennent.

Concernant les gadgets (ou non) électroniques, je ne travaille pas dans le domaine mais cela m'étonnerait que pour faire le design d'un uP ou un ASIC, les designers s'escriment avec l'équation de Shrödinger, les problèmes sont autres et ils utilisent une brique de départ un peu plus grosse.

je parlais de la conception des puces électroniques et autres choses du genre. Tous ces p'tits trucs ne peuvent exister (fonctionner) que parce que la nature suit des lois qui sont plus proches des lois quantiques que des lois newtoniennes.

[monnoliv]

Phénoménologique ne signifie pas seulement décrire des phénomènes. Ce terme est utilisé pour préciser que le modèle n'est pas déduit de principes premiers, fondamentaux en physique.

Qu'était un principe premier fin 19ème siècle ? Un machin qu'on appelle phénoménologique aujourd'hui. Qu'est un principe premier aujourd'hui ? Notre compréhension fondamentale de la matière (énergie?) qu'on appellera peut-être phénoménologique demain à la lumière d'autres découvertes.

Cette progression est impossible par des descriptions phénomènologiques, puisqu'à chaque phénomène nouveau on construit un modèle différent des autres.

Un modèle, c'est pas formule mathématique toute faite qu'on balance parce qu'elle "marche" bien. On y arrive en faisant des hypothèses, ces hypothèses constituent le point de départ pour la construction du modèle qui, par la suite, est soumis à l'expérience. Les hypothèses de départ sont les fondements qui permettent de bien cerner le champ d'application (pertinence) du modèle. Il ne faut pas confondre avec l'empirisme. Quand Black et Schole ont trouvé l'équation de la formation d'un prix d'une option (en économie, équation banale pour un scientifique) il ne faut pas regarder la formule finale mais toute la mécanique qui s'y cache derrière.

je dirais que leur compréhénsion ne passe pas plus par la mécanique newtonienne qu'elle ne passe par la physique quantique...

Bien sûr que oui (dans le champ d'application considéré).

en fait, le cas le plus "subtil" est celui où l'on cherche à obtenir le principe fondamental de la dynamique newtonienne (pour une particule) à partir de l'équation de Schroedinger. Pour les équations de Maxwell, le problème est même presque trivial car il s'agit de champs fondamentaux (choses délocalisées) et non de particules isolés ou de choses composites. Pour être un peu plus précis, je dirai que pour regarder un problème de manière quantique ou non, il "suffit juste" (c'est un peu plus fin quand même) de changer la nature des objets mathématiques mis dans le lagrangien (opérateurs ou fonctions usuelles). Tu vois donc que si tu as un "objet" pas localisé, la modification est très faible, alors que si tu veux passer d'une particule quantique (délocalisée) à une particule newtonienne (localisée) il faut être un peu plus soigneux.

Si c'est pour dire qu'à partir d'un objet mathématique (un Lagrangien), tu tombes sur les équations quantiques en y posant un objet dedans, puis sur les équations de Maxwell en y injectant un autre objet (désolé, je n'ai pas la culture mathématique adéquate), je ne suis pas convaincu, je ne vois pas comment les équantions quantiques entraînent les équations de Maxwell. Je vois juste un objet mathématique plus général. M'enfin, je te crois volontier, je ne suis pas spécialiste.

Bon, je serai absent une bonne semaine, donc bonnes vacances si vous en prennez.
A bientôt,

[Rincevent]

Qu'était un principe premier fin 19ème siècle ? Un machin qu'on appelle phénoménologique aujourd'hui. Qu'est un principe premier aujourd'hui ? Notre compréhension fondamentale de la matière (énergie?) qu'on appellera peut-être phénoménologique demain à la lumière d'autres découvertes.

oui et non

certains principes premiers sont résistants: la conservation de l'énergie par exemple.

mais en ce sens, tu sembles d'accord pour dire que la mécanique newtonienne est moins fondamentale que la physique quantique. Par ailleurs, comme tu le disais toi-même: certains phénomènes ne nécessitent pas de description quantique, une classique suffit. Pour les trucs que décrira le futur cadre de pensée qui renversera le cadre quantique, ça sera pareil: la pensée quantique sera suffisante pour bien des choses. Reste qu'on en est pas encore là: la physique newtonienne était devenue une vraie collection hétérogène de recettes qui a été remplacée par un condensé bien plus fin (que ce soit dans la quantité que dans la qualité) grâce à la description quantique. Or, la physique quantique ne semble pas avoir atteint le moment où elle deviendra uniquement un gros livre de recettes, ce qui fait qu'elle garde pour le moment une étiquette plus "fondamentale".

Un modèle, c'est pas une formule mathématique toute faite qu'on balance parce qu'elle "marche" bien. On y arrive en faisant des hypothèses, ces hypothèses constituent le point de départ pour la construction du modèle qui, par la suite, est soumis à l'expérience.

oui, mais souvent la physique quantique a remplacé ce qui était un grand nombre d'"hypothèses ad hoc" (dont on ne comprenait pas toujours le sens) par un nombre moins important de choses qui ne sont plus les hypothèses de base mais reposent sur la théorie.

grossièrement, ce que je veux dire, c'est que pour faire des modèles newtoniens comme on le faisait autrefois (avant la théorie quantique) on avait besoin à la fois des postulats de base de la mécanique newtonienne, de postulats sur la structure du système et de postulats ad hoc sur son comportement. Avec la description quantique, tu n'as souvent plus besoin que des hypothèses de base de la théorie et des hypothèses sur la constitution. Tous les modèles ne sont pas équivalents.

par ailleurs, la physique quantique et la physique newtonienne portent le nom de théories plutôt que de modèles: ce sont des cadres de pensées dans lesquels on écrit des modèles pour décrire un système donné.

Si c'est pour dire qu'à partir d'un objet mathématique (un Lagrangien), tu tombes sur les équations quantiques en y posant un objet dedans, puis sur les équations de Maxwell en y injectant un autre objet (désolé, je n'ai pas la culture mathématique adéquate), je ne suis pas convaincu, je ne vois pas comment les équantions quantiques entraînent les équations de Maxwell. Je vois juste un objet mathématique plus général.

ok, je vais essayer de penser à une reformulation de ça... mais comme tu pars en vacances, je vais prendre mon temps: c'est un truc très simple pour qui connais le cadre mathématique, mais à décrire avec mots non-techniques, ça ne paraît pas super évident...

bonnes vacances donc.

[monnoliv]

Merci ! A dans une semaine.