cohésion de la matière

[deep_turtle]

Citation:
Posté par amazon02
La stabilité des atomes repose sur une incertitude sur la position des électrons

En quoi l'incertitude permet-elle cette stabilité?

En effet, je trouve aussi cette formulation assez ambigüe. Je trouve très bonne l'explication d'Amazon02 de la stabilité, décrivant l'état fondamental comme l'état dans lequel le système ne peut céder de quantum d'énergie électromagnétique à l'extérieur. Mais sur la relation entre stabilité et incertitude, je ne vois pas trop non plus le rapport (les états excités de l'atome d'hydrogène, instables, font aussi intervenir une incertitude sur la position des électrons, non ?).

Considérez-vous l'électron de même composition que le photon (je veux seulement dire que c'est une onde et une particule)?

L'électron est en effet décrit, comme le photon, par un champ quantique qui n'est ni une onde ni une particule...

Et le noyau, c'est pareil, il est alors quantique...

En effet ! Seulement, en général les objets ne manifestent vraiment leurs propriétés quantiques qu'en dessous d'une certaine échelle de taille et il se trouve que quand on étudie un atome, on peut considérer que le noyau est classique en assez bonne approximation (mais les gens qui font ça bien ne font pas cette hypothèse trop simple...).

[scientist]

En effet, je trouve aussi cette formulation assez ambigüe.

Ok, je suis pas le seul raleur (ça rassure).

L'électron est en effet décrit, comme le photon, par un champ quantique qui n'est ni une onde ni une particule...

Une onde n'est donc qu'une conséquence de phénomène (choc, ...) et les propriétés de particule sont dus à de la "matière", enfin une énergie assez localisée (imprécisions?)

en général les objets ne manifestent vraiment leurs propriétés quantiques qu'en dessous d'une certaine échelle de taille et il se trouve que quand on étudie un atome, on peut considérer que le noyau est classique en assez bonne approximation (mais les gens qui font ça bien ne font pas cette hypothèse trop simple...).

Ouais mais on arrive à observer des phénomènes quantiques pour des objets de 109 atomes !!!! Et c'est pas que de l'hydrogène, alors...

Enfin voilà de quoi toujours douter de notre vision des choses. (Mais on est doué pour s'adapter)

[doryphore]

OK. Prenons un exemple très simple de système qui présente une certaine stabilité de structure : l'ion H₂ ⁺, constitué de 2 protons et 1 électron. Au niveau classique, on pourrait penser que la stabilité est due au fait que l'électron, subissant l'attraction des deux noyaux, se balade entre eux et du fait de sa présence attire les deux noyaux, de manière à compenser leur propre répulsion...
Ben ça marche pas. Le système à trois corps proton+proton+électron est dynamiquement instable (chaotique, en fait) et ce ménage à trois se termine vite très mal, un proton s'en va avec l'électron et le deuxième proton s'en va tout seul dans son coin... (non c'est pas du Feydeau, c'est bien de la physique...)

Par contre, si on fait de la mécanique quantique ça marche beaucoup mieux, la fonction d'onde totale peut en excellente approximation se factoriser en deux parties, une pour l'électron et une pour les noyaux, et l'application de l'équation de Schrodinger montre que la densité de probabilité de présence de l'électron est importante entre les deux noyaux, ce qui donne une densité de charge négative qui agit comme un ciment électrostatique entre les deux noyaux, et assure la stabilité de la molécule.

Je voulais faire un commentaire mais je me suis rendu compte trop tard que j'avais tort.

[deep_turtle]

Une onde n'est donc qu'une conséquence de phénomène (choc, ...) et les propriétés de particule sont dus à de la "matière", enfin une énergie assez localisée (imprécisions?)

Heu... Désolé scientist mais je ne comprends pas ce que tu veux dire dans cette phrase...

[deep_turtle]

Je pensais plus simplement ci-dessus, à propos de la stabilité d'un atome simple comme celui de l'hydrogène

Pour compléter ce point, il y a effectivement deux causes potentielles d'instabilité qui n'on rien à voir l'une avec l'autre. Le fait qu'une charge accélérée rayonne de l'énergie électromagnétique et qui fait qu'aucun système lié par des électrons ne devrait durer bien longtemps, et le fait qu'un ensemble de charges ne peut garder bien longtemps une configuration stable comme une molécule ou un solide (sans parler de pertes par rayonnement).

Si ça t'intéresse on peut discuter de quel aspect exactement de la mécanique quantique rend le solide stable

Bien sûr, je prends tout.

C'est toujours un peu artificiel d'isoler un aspect de la physique quantique et de dire "c'est celui-ci qui est responsable de ceci", mais essayons. Dans notre cas je dirais que c'est le principe de superposition, le fait que la superposition de deux états possibles soit encore un état possible :

- dans le cas classique, si je reprends mon exemple de molécule H₂ + précédent, ce qui la rend instable c'est le fait que fatalement, au cours de son parcours compliqué, l'électron va finir par passer très près d'un des noyaux et donc exercer sur lui une force énorme dans une direction donnée. Résultat : pouf, le noyau est parti refaire sa vie ailleurs.

- dans le cas quantique, on peut voir la fonction d'onde comme représentant une superposition de toutes les trajectoires possibles, et donc tirant le noyau dans toutes les directions à la fois, c'est-à-dire ne donnant au final aucune force. Plus précisément, ça se traduit par une fonction d'onde de l'électron localement symétrique autour des noyaux, et donc classiquement une absence de force (attention, je ne dis pas que l'ensemble de la distribution électronique n'exerce aucune force sur les noyaux ! Ici je m'intéresse uniquement à l'entourage immédiat des noyaux, l'influence des rase-mottes...).

[scientist]

Citation:
Posté par scientist
Une onde n'est donc qu'une conséquence de phénomène (choc, ...) et les propriétés de particule sont dus à de la "matière", enfin une énergie assez localisée (imprécisions?)


Heu... Désolé scientist mais je ne comprends pas ce que tu veux dire dans cette phrase...

Et bien il semblerait que tout ce que l'on considère comme matière, corps, corpuscule (e-, proton, quark sans doute, ...) soit représenté en quantique par un fonction d'onde et une particule (comme le photon et sa lumière, quoi).
D'où une vision (encore) matérialiste : les ondes seules sont les conséquences d'un objet (général) et les propriétés de corpuscule marquent leur localité. D'où l'onde est le résultat d'un phénomène entre particule (type séisme, etc.) ou dans le cas Mathématiques (une onde de "présence", pas réelle), le résultat de l'indétermination.

Mais je sais déjà qu'on va me reprocher ce matérialisme.

dans le cas classique, si je reprends mon exemple de molécule H₂ + précédent, ce qui la rend instable c'est le fait que fatalement, au cours de son parcours compliqué, l'électron va finir par passer très près d'un des noyaux et donc exercer sur lui une force énorme dans une direction donnée. Résultat : pouf, le noyau est parti refaire sa vie ailleurs.

Effectivment, le problème classique existe.

dans le cas quantique, on peut voir la fonction d'onde comme représentant une superposition de toutes les trajectoires possibles, et donc tirant le noyau dans toutes les directions à la fois, c'est-à-dire ne donnant au final aucune force. Plus précisément, ça se traduit par une fonction d'onde de l'électron localement symétrique autour des noyaux, et donc classiquement une absence de force (attention, je ne dis pas que l'ensemble de la distribution électronique n'exerce aucune force sur les noyaux ! Ici je m'intéresse uniquement à l'entourage immédiat des noyaux, l'influence des rase-mottes...).

Le résultat fait qu'on existe. Mais ça paraît assez délirant (si on est matérialiste).

Bon alors je propose des idées ou des questions :
le temps n'existe pas au niveau photon (logique, il ne se déplace que dans l'espace). Mais un atome, "il voit le temps passer"!?

Qu'est-ce qui fait en MQ que deux protons peuvent se lier en H₂? (par ex).

L'atome ne devrait pas exister classiquement, parce qu'il n'est pas stable. Alors comment peut-on être sûr qu'il s'agisse du même (atome)?

Ce pourrait-il que les particules (et nous avec en gros) soyons en permanence désintégré et recréé? Pas à l'identique mais très proche.


...Comme une succession d'étape dans un programme...

[deep_turtle]

Ben dis donc scientist, quand tu te poses des questions tu fais pas les choses à moitié...

Bon alors je propose des idées ou des questions :
le temps n'existe pas au niveau photon (logique, il ne se déplace que dans l'espace). Mais un atome, "il voit le temps passer"!?

Oui, et la meilleure preuve qu'on en ait c'est que les noyaux instables ont un temps de demi-vie bien défini. Pour eux aussi, le temps passe. Quant à ta phrase "logique, il ne se déplace que dans l'espace", sa logique est douteuse, un déplacement, pour moi, c'est une succession de positions différentes au cours du temps... Difficile de nier le temps en parlant de déplacement !

Qu'est-ce qui fait en MQ que deux protons peuvent se lier en H2? (par ex).

Ils sont tous deux attirés par la charge négative des électrons liés à la molécule.

L'atome ne devrait pas exister classiquement, parce qu'il n'est pas stable.

Là c'est un peu tordu comme raisonnement... Moi je dirais "l'atome ne devrait pas exister classiquement, donc la nature n'est pas classique" !

[scientist]

Quant à ta phrase "logique, il ne se déplace que dans l'espace", sa logique est douteuse, un déplacement, pour moi, c'est une succession de positions différentes au cours du temps... Difficile de nier le temps en parlant de déplacement !

.
En gros voilà le raisonnement :
un objet qui est fixe dans l'espace (v=0 ou pas de vitesse) se déplace dans le temps.
Un objet "moyen" se déplace dans l'espace et le temps.
Un objet se déplaçant à vitesse "infinie" se déplace dans l'espace mais pas dans le temps. Sauf que l'infini en fait c'est c. (infini c'est pour dire excessivement grand).

Pour le coup des protons (H), je comprends pas pourquoi les deux charges négatives s'attirent! Et aussi, c'est sensé être neutre un atome.

Quel est le rôle des neutrons dans un atome en MQ? (pour la stabilité)

Là c'est un peu tordu comme raisonnement... Moi je dirais "l'atome ne devrait pas exister classiquement, donc la nature n'est pas classique" !

C'est ton raisonnement qui est tordu, il est logique mathématiquement mais a-t-on toutes les infos pour dire que l'atome n'existe pas classiquement. Mais je comprends que c'est une des solutions.

[deep_turtle]

Pour le coup des protons (H), je comprends pas pourquoi les deux charges négatives s'attirent! Et aussi, c'est sensé être neutre un atome.

OK j'ai voulu aller trop vite. Dans la molécule H₂ ⁺ (si c'est bien de ça qu'on parle), il y a deux protons chargés positivement, bien séparés l'un de l'autre (2.5 fois le rayon de Bohr si ma mémoire est bonne), donc pas du tout liés comme dans un noyau, plus un électron chargé négativement.

L'électron est attiré par les deux noyaux, il est lié.
Les deux noyaux se repoussent entre eux, mais sont attirés par l'électron. Il existe une distance entre les deux protons pour laquelle ces deux actions se compensent exactement... C'est plus clair ?

Pour une molécule d'hydrogène (avec DEUX électrons) c'est pareil, la répulsion mutuelle des deux électrons n'est pas suffisante pour changer la donne.

Quek est le rôle des neutrons dans un atome en MQ? (pour la stabilité)

Dans un atome, à ma connaissance aucun rôle.

Là c'est un peu tordu comme raisonnement... Moi je dirais "l'atome ne devrait pas exister classiquement, donc la nature n'est pas classique" !

C'est ton raisonnement qui est tordu, il est logique mathématiquement mais a-t-on toutes les infos pour dire que l'atome n'existe pas classiquement.

Il y a plusieurs questions ici.
1/ L'atome peut-il être stable classiquement ? Réponse : non car l'électron rayonne et paf vient se crasher sur le noyau en une fraction de seconde.
2/ L'atome existe-t-il ? Réponse : oui.
3/ La nature suit-elle les lois de la physique classique ? Réponse : non.
On est d'accord ou tu voulais dire quelque chose de différent ?

[scientist]

Dans la molécule H₂ ⁺ (si c'est bien de ça qu'on parle), il y a deux protons chargés positivement, bien séparés l'un de l'autre, donc pas du tout liés comme dans un noyau, plus un électron chargé négativement.

L'électron est attiré par les deux noyaux, il est lié.
Les deux noyaux se repoussent entre eux, mais sont attirés par l'électron. Il existe une distance entre les deux protons pour laquelle ces deux actions se compensent exactement... C'est plus clair ?

.
Non pas clair, je croyais qu'on étais en MQ donc pas de position.
Ensuite comment passes-tu la "phase d'approche"?
ET si t'es en classique, ça serait stable or c'est pas ce qui se passe (et t'es d'accord avec ça si j'ai bien compris...)

Pour une molécule d'hydrogène (avec DEUX électrons) c'est pareil, la répulsion mutuelle des deux électrons n'est pas suffisante pour changer la donne.

LA répulsion?
masses >> charges, c'est ça?


Pour les neutrons, ta réponse me surprend énormément!!! D'une part ils ajoutent une masse non négligeable, ensuite je vois pas pourquoi la quasi totalité des atomes stables possèdent autant de neutrons que de protons si ça ne jouent pas un rôle dans leur stabilité.

Il y a plusieurs questions ici.
1/ L'atome peut-il être stable classiquement ? Réponse : non car l'électron rayonne et paf vient se crasher sur le noyau en une fraction de seconde.

Il rayonne dans le sens où il émet de l'NRJ? Dans ce cas en quoi il se crash? (ça doit pas être ça alors).

2/ L'atome existe-t-il ? Réponse : oui.

Il existe parce qu'on l'a créé ; c'est sûr. Mais existe-t-il vraiment comme on l'a décrit? (avec ses protons, ses neutrons, ses e-). A priori tout seul, isolé, ça marche. Mais avec des intéractions, le modèle a du mal à suivre : différents niveaux d'énergie stables, des ajouts et des pertes d'électrons sans problèmes, des fusions et des fissions, ...
Sauf semble-t-il en Mq où on dit que ça marche parce qu'on sait pas trop où est l'électron par exemple ; ou bien parce que l'atome, c'est la superposition de tous les états possibles et inimaginables. Dans ce dernier cas, l'atome n'est plus un noyau et des e-, mais un transformiste, un change-forme qui prend la forme qui convient. On sait pas comment mais il le fait. Alors je demande le COMMENT.

3/ La nature suit-elle les lois de la physique classique ? Réponse : non.

Jusqu'à une certaine échelle oui. En dessous, on a du mal à maîtriser, on fait des MAths (dont les solutions ne sont pas toujours des vérités physiques) pour trouver les solutions. Mais pour vérifier les solutions, on s'appuie sur des méthodes quantiques. Alors la relativité ça va mais le quantique .
A vous de me convaincre du contraire.

[Rincevent]

.Pour les neutrons, ta réponse me surprend énormément!!! D'une part ils ajoutent une masse non négligeable, ensuite je vois pas pourquoi la quasi totalité des atomes stables possèdent autant de neutrons que de protons si ça ne jouent pas un rôle dans leur stabilité.

les neutrons jouent un rôle pour stabiliser les noyaux (dans ceux comportant beaucoup de protons on a besoin de neutrons pour "diluer la charge électrique" et rendre la répulsion entre les protons plus faibles) mais ce rôle s'explique très bien dans un cadre classique et n'a rien à voir avec des effets quantiques. C'est probablement pour ça que deepturtle te disait "aucun", ta question portant sur des trucs quantiques.

Jusqu'à une certaine échelle oui. En dessous, on a du mal à maîtriser, on fait des MAths

on ne fait ni plus ni moins de math en physique quantique qu'en physique classique. Simplement tu es habitué au discours classique et peux plus facilement le visualiser. Mais cela n'a aucun sens de dire que la description quantique est "plus mathématique".

Mais pour vérifier les solutions, on s'appuie sur des méthodes quantiques.

et pour vérifier les solutions classiques on se place dans un cadre classique. Il faut inévitablement être cohérent dans ta démarche si tu veux qu'elle reste scientifique.

[deep_turtle]

Et pour rajouter un petit quelque chose à la réponse de Rincevent :

1/ On a un problème de vocabulaire ici. Quand je parle d'atomes et de sa stabilité, je parle d'un système noyau + électron, pas de la stabilité du noyau en tant que tel ni de l'électron en tant que tel ! En ce sens, le fait que le noyau comporte des neutrons n'apporte rien à la stabilité de l'atome. Si maintenant on parle de la stabilité des noyaux là oui, les neutrons jouent un rôle important !

2/ la molécule H₂ ⁺

Non pas clair, je croyais qu'on étais en MQ donc pas de position.

Si si, on peut parler de position en MQ. On ne peut pas la mesurer avec une précision infinie si on ne dispose que d'une énergie finie, mais on peut tout à fait parler de la position d'un objet. La fonction d'onde donne la probabilité de trouver l'objet à une position donnée.

Ensuite comment passes-tu la "phase d'approche"?

La question de la formation des molécule est vaste. En gros, quand un atome d'hydrogène (neutre) s'approche d'un noyau d'hydrogène (chargé), il y a une première phase où ils s'attirent (forces de Van der Waals). Quand ils sont suffisamment proches, la fonction d'onde de l'électron commence à recouvrir les deux noyaux et à jouer son rôle de liant. Ca continue jusqu'à ce que la répulsion électrostatique des noyaux devienne trop forte. Là le système se met à l'équilibre, en se débarrassant éventuellement de son énergie de vibration en émettant de la radiation électromagnétique.

ET si t'es en classique, ça serait stable or c'est pas ce qui se passe (et t'es d'accord avec ça si j'ai bien compris...)

Non justement, en classique ça n'est pas stable (voir plus haut dans le fil).

3/ la stabilité

1/ L'atome peut-il être stable classiquement ? Réponse : non car l'électron rayonne et paf vient se crasher sur le noyau en une fraction de seconde.

Il rayonne dans le sens où il émet de l'NRJ? Dans ce cas en quoi il se crash? (ça doit pas être ça alors).

oui il émet de l'énergie et ce faisant, il vient orbiter de plus en plus près du noyau, dans une spirale rapide qui se termine sur le noyau. Il se crashe sur le noyau.

on ne fait ni plus ni moins de math en physique quantique qu'en physique classique. Simplement tu es habitué au discours classique et peux plus facilement le visualiser. Mais cela n'a aucun sens de dire que la description quantique est "plus mathématique".

D'accord à 100 %.

[scientist]

on ne fait ni plus ni moins de math en physique quantique qu'en physique classique. Simplement tu es habitué au discours classique et peux plus facilement le visualiser. Mais cela n'a aucun sens de dire que la description quantique est "plus mathématique".

Disons que ce qui est classique, on peut généralement l'observer. Alors que lorsqu'on travaille sur du quantique, il faut des lasers, des .... et on n'observe que des résultats sur des écrans (en chiffre généralement).

et pour vérifier les solutions classiques on se place dans un cadre classique. Il faut inévitablement être cohérent dans ta démarche si tu veux qu'elle reste scientifique.

Même réponse.

[deep_turtle]

Disons que ce qui est classique, on peut généralement l'observer. Alors que lorsqu'on travaille sur du quantique, il faut des lasers, des .... et on n'observe que des résultats sur des écrans

Je ne dirais pas ça. Les observations n'ont rien de classique ou quantique a priori. Si un voltmètre m'indique une tension de 3.5 V aux bornes d'une résistance, c'est classique ou quantique pour toi ? Pour moi je ne comprends même pas cette question.
Les théories qui permettent de comprendre, d'interpréter ces observations, elles, sont l'une ou l'autre et dans mon exemple, le classique dira "le voltmètre est indique 3.5 V", le quantique dira "le voltmètre est dans un état dans lequel si je fais une mesure de son indication, je trouverai 3.5 V".

C'est vrai que l'intuition, le bon sens, sont profondément classiques en général. Il faut bien voir que la situation n'est pas vraiment symétrique entre classique et quantique. La physique quantique permet de comprendre les phénomènes purement quantiques, certes, mais aussi pourquoi dans la vie de tous les jours les aspects quantiques ne sont pas très visibles. Si on avait découvert la physique quantique avant la physique classique, on pourrait comprendre l'ensemble des phénomènes qu'on observe sans avoir à inventer une physique classique. Par contre, le contraire n'est pas vrai et la physique classique ne permet pas de comprendre les phénomènes classiques !!

[scientist]

L'émission de l'énergie, elle vient d'où (en classique si possible... m^me si je sais que ça va avoir du mal à collé)