Comportement quantique de la lumière à l’échelle macroscopique

[invitedbbf840a]

Bonjour,

Quelques questions à propos de la lumière :
Peut-on dire que, contrairement à la matière, le comportement quantique de la lumière arrive à “survivre” lors de la transition microscopique-macroscopique ?
Peut-on parler d’une fonction d’onde globale et macroscopique d’un phénomène lumineux résultant de la superposition des fonctions d’onde des photons ?
Est-ce qu’on peut dire que derrière une onde électromagnétique se “cache” une fonction d’onde fournissant une probabilité globale de trouver des particules ?
Je suppose que les photons sont autant sujets à la décohérence que les électrons par exemple.
Qu’est ce qui permet à la lumière d’échapper à la décohérence lors de la transition échelle microscopique- échelle macroscopique ?
Ca fait beaucoup de questions tout ça…

Merci
Nico
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[Coincoin]

Salut,
La lumière n'échappe pas à la décohérence.
A l'échelle macroscopique, elle a des propriétés ondulatoires ou corpusculaires, mais plus quantique.

[invitedbbf840a]

Salut,

Mais "l'électrodynamique quantique" est bien une discipline qui associe électromagnétisme et physique quantique ?
Je pensais que le phénomène de réflexion partielle par exemple était la conséquence de l'aspect probabiliste quantique.

Nico

[Coincoin]

Salut,
La réflexion partielle s'explique très bien d'un point de vue ondulatoire classique.

Après, c'est comme la physique classique, ça marche bien dans son domaine de validité, mais si tu veux rentrer au coeur des détails, il faut appeler la physique quantique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitedbbf840a]

Oui Coincoin, le point de vue ondulatoire classique marche très bien mais elle reste un outil simplificateur qui n’explique pas pourquoi il y a réflexion partielle.
A un niveau fondamental pour expliquer ce genre de phénomène macroscopique il faut faire appel à l’électrodynamique quantique.
Mais alors, la lumière se comporte bien de manière quantique à l’échelle macroscopique ! Ou alors il y a quelque chose qui m’échappe.

Nico

[invitefa5fd80c]

Bonjour,

Quelques questions à propos de la lumière :
Peut-on dire que, contrairement à la matière, le comportement quantique de la lumière arrive à “survivre” lors de la transition microscopique-macroscopique ?
Peut-on parler d’une fonction d’onde globale et macroscopique d’un phénomène lumineux résultant de la superposition des fonctions d’onde des photons ?
Est-ce qu’on peut dire que derrière une onde électromagnétique se “cache” une fonction d’onde fournissant une probabilité globale de trouver des particules ?

Salut,

En autant que je sache, les ondes de l'électromagnétisme classique sont essentiellement des ondes quantiques.

Je suppose que les photons sont autant sujets à la décohérence que les électrons par exemple.
Qu’est ce qui permet à la lumière d’échapper à la décohérence lors de la transition échelle microscopique- échelle macroscopique ?

Excellente question ! À première vue, la seule différence entre les photons et la matière qui puisse expliquer cela est le fait que les particules de matière peuvent s'agglomérer et former un système lié.

Mais alors, la lumière se comporte bien de manière quantique à l’échelle macroscopique ! Ou alors il y a quelque chose qui m’échappe.

Non non...rien ne t'a échappé. Du moins à mon humble avis

[invitec429429b]

Peut-être faut-il considérer que particule et lumière sont composés de "la même chose". ..et que, "cette chose", en fonction de son type d'agrégat, prend des formes différentes dont lunmière et particules sont deux exemples.

[invite455504f8]

il n'y a pas d'aspects quantiques de la lumière qui survivent plus que pour la matière (pour le dire rapidement dès lors que la constante de Planck est absente on est dans le cadre de la physique classique). Cela n'empêche pas qu'il y ait (heureusement!) des liens directs entre le microscopique et le macroscopique. Par exemple, pour ce qui concerne la réflexion partielle, on l'obtient à partir des équations de Maxwell en insérant dedans un modèle de la matière: la permittivité (par exemple). La permittivité d'un matériau peut se calculer de façon classique (via par exemple la théorie de Clausius-Mossotti ou celle d'Onsager) ou de façon quantique. Si on la calcule par le biais de la mécanique quantique (en faisant un calcul semi-classique), on va obtenir une grandeur macroscopique "classique", ce n'est pas pour autant que des propriétés quantiques ont survécu...

[invitedbbf840a]

Merci pour vos réponses !

Par exemple, pour ce qui concerne la réflexion partielle, on l'obtient à partir des équations de Maxwell en insérant dedans un modèle de la matière: la permittivité

D'accord mais là tu étudies le phénomène avec les équations de maxwell, c'est à dire la théorie classique de l'électromagnétisme. Ok, Il n'y a là rien de quantique.
Mais si on passe à un niveau explicatif supérieur alors on range au placard les équations de maxwell et on utilise l'électrodynamique quantique qui est bien une théorie quantique qui s'applique aux phénomènes lumineux macroscopique.

[Gwyddon]

utilise l'électrodynamique quantique qui est bien une théorie quantique qui s'applique aux phénomènes lumineux macroscopique.

Qui redonne exactement les mêmes résultats qu'une théorie classique pour ces phénomènes...

C'est comme pour la relativité restreinte : c'est une théorie qui s'applique en référentiel inertiel pour toute vitesse inférieure à c, donc aussi pour les vitesses négligeables devant c, mais dans ce dernier cas les résultats sont identiquesaux résultats classiques, on dit bien que les effets relativistes sont négligeables, ie que le phénomène étudié est classique.

Bah là c'est pareil en remplaçant relativité restreinte par mécanique quantique

[invite455504f8]

tout à fait d'accord avec Gwyddon...
si on veut absolument tout traîter au niveau quantique, il faut l'électrodynamique ET une théorie quantique de la matière (encore que l'on puisse prendre des champs quantiques et de la matière classique...)
En revanche, on ne met PAS les équations de Maxwell au placard...on remplace les champs par des opérateurs mais les équations de Maxwell ne sont pas changées.
c'est un peu différent de la mécanique quantique où schrödinger sort un peu du chapeau (même si Dirac a montré qu'on pouvait la faire sortir "naturellement")
On dit parfois que la théorie de Maxwell est déjà quantifiée une fois...mais il faut prendre garde aussi que les champs ne s'interprètent pas naturellement comme la fonction d'onde d'un photon (en particulier on ne peut pas définir d'opérateur position pour le photon, pas mal de gens préfèrent ne pas en parler comme de particules...mais comme des excitations élémentaires de champ...même si ce sont surtout des mots)

[invitedbbf840a]

En électrodynamique quantique on modélise un phénomène grâce à des flèches « probabilisées » représentant des fonctions d’onde, puis on fait leur somme. Quoi de plus quantique que cela ?

Qui redonne exactement les mêmes résultats qu'une théorie classique pour ces phénomènes...

Les même résultas qu’avec maxwell d’accord mais ça ne met pas en cause le fait que l'electromagnétisme meme à l'echelle macrosocpique relève d’une nature quantique.

[Floris]

On dit parfois que la théorie de Maxwell est déjà quantifiée une fois...mais il faut prendre garde aussi que les champs ne s'interprètent pas naturellement comme la fonction d'onde d'un photon (en particulier on ne peut pas définir d'opérateur position pour le photon, pas mal de gens préfèrent ne pas en parler comme de particules...mais comme des excitations élémentaires de champ...même si ce sont surtout des mots)

Bonjour
Cela répond à ma question sur un autre fil à savoir pourquoi on ne peut définir de fonction d'onde pour le photon? Si je comprend bien la réponse vien du fait que l'on ne peut définir 'opérateur position pour le photon, mais pourquoi? Cela viens t'il dut fait qu'il s'agit d'une particule relativiste et que l'on ne peut la prendre comme repère?

Merci encore
flo

[invite455504f8]

En électrodynamique quantique on modélise un phénomène grâce à des flèches « probabilisées » représentant des fonctions d’onde, puis on fait leur somme. Quoi de plus quantique que cela ?



Les même résultas qu’avec maxwell d’accord mais ça ne met pas en cause le fait que l'electromagnétisme meme à l'echelle macrosocpique relève d’une nature quantique.

on tourne un peu en rond là...la nature intrinsèque de la lumière ET de la matière est quantique, donc on peut dire si on veut que tout est quantique au niveau macroscopique. Il se trouve que si on travaille avec un grand nombre de photons les champs quantiques se comportent de façon classique. Au passage, ce que l'on calcule avec des champs quantiques se sont des amplitudes de transition, mais les champs quantiques eux-mêmes résultent d'une opération de seconde quantification des champs classiques. donc dans un problème donné, par exemple en électrodynamique quantique en cavité, en calcule les modes classiques de la cavité via Maxwell PUIS on les transforme en champs quantiques, c'est-à-dire que l'on introduit des opérateurs de création-annihilation qui vont conduire à interpréter les modes comme associés à des entités discrètes (les photons).

[invite455504f8]

Bonjour
Cela répond à ma question sur un autre fil à savoir pourquoi on ne peut définir de fonction d'onde pour le photon? Si je comprend bien la réponse vien du fait que l'on ne peut définir 'opérateur position pour le photon, mais pourquoi? Cela viens t'il dut fait qu'il s'agit d'une particule relativiste et que l'on ne peut la prendre comme repère?

Merci encore
flo

pour ces questions et bien d'autre je recommande le remarquable cours d'A. Laverne (rayonnement quantique) sur http://www.lpthe.jussieu.fr/DEA/ en particulier pages 82 et suivantes

[invitefa5fd80c]

...Il se trouve que si on travaille avec un grand nombre de photons les champs quantiques se comportent de façon classique...

Oui, mais moins que pour la matière: on pourrait en fait dire que l'EM dit classique est une description semi-quantique.

En effet, dans la description classique d'une particule de matière passant par un système de fentes, l'équation du mouvement est écrite en termes de trajectoire de la particule.

Alors que pour la lumière, même si l'on sait que l'on a aussi des particules au moment de la détection, la description du "mouvement" du photon est effectué en termes d'ondes (c-a-d un champ).

[invite455504f8]

Oui, mais moins que pour la matière: on pourrait en fait dire que l'EM dit classique est une description semi-quantique.

En effet, dans la description classique d'une particule de matière passant par un système de fentes, l'équation du mouvement est écrite en termes de trajectoire de la particule.

Alors que pour la lumière, même si l'on sait que l'on a aussi des particules au moment de la détection, la description du "mouvement" du photon est effectué en termes d'ondes (c-a-d un champ).

oui pour l'électron on a le schéma:
point matériel -> fonction d'onde -> champ quantique
et pour l'électromagnétisme
onde (mais PAS fonction d'onde) -> champ quantique

mais il faut être prudent: d'abord il n'y a nulle part la constante de Planck dans Maxwell (on la rajoute en QED dans les relations de commutation) et les ondes EM ne sont PAS des ondes de probabilité quantique: la densité d'énergie EM n'est pas une probabilité....
Evidemment, bien malin qui élucidera la nature ultime du champ...
Einstein disait: " 50 ans de réflexion consciente ne m'ont pas amené plus prêt de la compréhension de ce qu'est un photon...Il est vrai que maintenant n'importe quel abruti croît le savoir....mais il se trompe"

Pas mieux....

[Gwyddon]

Dans ce fil j'ai l'impression que certains font une confusion assez importante entre champs ondulatoires et mécanique quantique... L'électromagnétisme classique n'est pas du tout semi-quantique, il ne le devient qu'à partir du moment où l'on quantifie l'atome mais si on ne le fait pas on reste dans un domaine tout ce qu'il y a de plus classique.

[bruno569]

BONJOUR, il est possible qu 1 dimension spatiale est disparue a l echelle microscopique et que nous ne la percevons pas.

[Deedee81]

Bonjour Bruno,

Bienvenue sur Futura.

Attention, tu as répondu a une discussion vieille de 9 ans !!! Il y a fort à parier qu'une grande partie des participants ne soient plus présents.
Gwyddon, en particulier, il y a un sacré bout de temps que je ne l'ai plus vu (si je me souviens bien il passait à l'époque son doctorat en physique).

[bruno569]

ok merci je suis en retard d une bataille lol