Paradoxe: trois polariseurs.

[antoineg]

Bonjour,

Je cherche une explication sur le paradoxe de Dirac: l'expérience des trois polariseurs qui a l'air d'être un classique dans l'introduction de la physique quantique.
(info sur l'expérience: http://www.informationphilosopher.co...c_3-polarizers)

En fait, je ne comprends pas du tout où est le paradoxe... Pour moi le résultat est tout à fait normal:

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http://www.google.fr/imgres?imgurl=h...9QEwBg&dur=350

a-La lumière non polarisée passe dans le premier polariseur est devient verticalement polarisée ({angle0,intensité0}/polarisation linéaire).
b-La lumière passe ensuite dans le deuxième polariseur et aligne sa polarisation avec celui-ci ({angle0,intensité0}-->{angle1,intensité1}), l'intensité est perdue selon la loi de Malus.
c-La lumière passe dans le troisième polariseur et s'aligne à nouveau ({angle1,intensité1}-->{angle2,intensité2}), de l'intensité est à nouveau perdue selon la loi de Malus.

L’intensité finale est la double application de la loi de Malus avec les angles 1 et 2 des polariseurs B et C.

J'espère être assez clair. Je ne comprends pas où est le paradoxe et pourquoi la physique quantique est nécessaire pour expliquer ce phénomène, il me semble que la loi de Malus et le simple concept de polarisation de la lumière (électromagnétisme donc) suffisent ? Quelqu'un pourrait il m'expliquer pourquoi cet effet est si extraordinaire et a mené à tant de débat ? Ou alors n'ai-je pas du tout compris les résultats (très certainement) ?

Merci à vous!
Antoine.
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[coussin]

Oui, y a aucun paradoxe et ça s'explique très facilement en EM classique. Où avez-vous que cet effet était si extraordinaire ?

[LPFR]

Bonjour.
J'imagine que le "paradoxe" provient de ce que certains pensent que si un photon est polarisé verticalement, il ne peut pas passer par un polariseur à 45°. Alors qu'il a 0,707... chances de passer.
Je me souviens qu'il y quelques années j'avais fait une photo pour montrer l'expérience:



Dans cette discussion:
http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post1644870
Au revoir.

[antoineg]

Bonjour et merci de vos réponses!

Oui, y a aucun paradoxe et ça s'explique très facilement en EM classique. Où avez-vous que cet effet était si extraordinaire ?

Il y a quelques mois mon prof. de physique nous a illustré la loi de Malus avec deux polariseurs, puis il en a rajouté un troisième. Ensuite il a laissé sous entendre que c'était proprement extraordinaire et qu’un grand mystère se cachait là avant de passer à autre chose.
Pareil dans cette conférence Google à 16min20 environ: https://www.youtube.com/watch?v=dEaecUuEqfc

Bonjour.
J'imagine que le "paradoxe" provient de ce que certains pensent que si un photon est polarisé verticalement, il ne peut pas passer par un polariseur à 45°. Alors qu'il a 0,707... chances de passer.
Je me souviens qu'il y quelques années j'avais fait une photo pour montrer l'expérience:



Dans cette discussion:
http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post1644870
Au revoir.

Je vois ce que vous voulez dire. Mais je n'imaginais pas vraiment le polariseur comme un filtre mais plutôt comme un objet qui change la polarité de la lumière avec une perte en intensité. Je vais tacher de lire votre ancien topic. Le paradoxe a l'air de venir de l'effet du polariseur tout simplement comme vous le dites.
Ce que je voulais dire: si on admet (et on l'observe bien) que deux polariseurs inclinés de 45° de différence laissent passer de la lumière, alors qu'est ce que ça peut bien changer d'en rajouter un troisième ? Dès lors qu'on admet le phénomène pour deux polariseurs on peut l'admettre pour un troisième, quatrième etc... Je ne comprends pas ce que l'ajout du troisième vient faire dans la description du problème, ça n'apporte aucune information nouvelle. Pourtant quand l'expérience est présentée, il est toujours précisé que c'est l'effet du troisième polariseur qui dévoile quelque chose de nouveau (un effet quantique). Pour moi, deux ou trois c'est la même chose.

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

... Le paradoxe a l'air de venir de l'effet du polariseur tout simplement comme vous le dites.
Ce que je voulais dire: si on admet (et on l'observe bien) que deux polariseurs inclinés de 45° de différence laissent passer de la lumière, alors qu'est ce que ça peut bien changer d'en rajouter un troisième ? Dès lors qu'on admet le phénomène pour deux polariseurs on peut l'admettre pour un troisième, quatrième etc... Je ne comprends pas ce que l'ajout du troisième vient faire dans la description du problème, ça n'apporte aucune information nouvelle. Pourtant quand l'expérience est présentée, il est toujours précisé que c'est l'effet du troisième polariseur qui dévoile quelque chose de nouveau (un effet quantique). Pour moi, deux ou trois c'est la même chose.

Re.
Le troisième polariseur est celui du milieu.
La manip commence avec deux polariseurs à 90°: la lumière ne passe pas.
Puis on ajoute, entre les deux, un troisième à 45° et surprise, la lumière passe.
Ce qui va contre "l'intuition" est qu'un troisième polariseur rende deux polariseurs croisés (partiellement) transparents.
A+

[antoineg]

Oui je vois.
En fait il suffit de faire tourner deux polariseurs l'un par rapport à l'autre pour voir cet effet...

Merci de vos réponses.
Antoine.

[Amanuensis]

J'espère être assez clair. Je ne comprends pas où est le paradoxe et pourquoi la physique quantique est nécessaire pour expliquer ce phénomène, il me semble que la loi de Malus et le simple concept de polarisation de la lumière (électromagnétisme donc) suffisent ? Quelqu'un pourrait il m'expliquer pourquoi cet effet est si extraordinaire et a mené à tant de débat ?

Tant qu'on parle d'intensité il n'y a pas de paradoxe. Mais la loi de malus suppose implicitement qu'on peut diviser l'intensité de la lumière comme on veut, indéfiniment.

Seulement, la mécanique quantique postule que la lumière est transmise par paquets d'énergie non nulle, les photons. Le paradoxe se présente quand on émet les photons 1 à la fois. Clairement la loi de Malus n'est plus valable: soit le photon passe (et la transmission est de 100%), soit il ne passe pas (et la transmission est 0%).

Ce qui amène l'interprétation que la loi de Malus porte sur les probabilités qu'un photon passe ou non. Le modèle classique EM est alors interprété comme une loi macroscopique, une moyenne sur un très grand nombre de photons.

Maintenant, faisons les expériences suivantes, un photon à la fois, en partant d'une lumière "non polarisée":

- Un seul polariseur: 1 photon sur 2 passe

- Deux polariseurs identiques : 1 photon sur 2 passe, ce qui est interprété comme 1 sur 2 passent le premier polariseur, et tous ceux qui sont passé le premier passent le second, ou autrement dit un photon est polarisé par le premier passage

- Deux polariseurs linéaires perpendiculaire : rien ne passe, ce qui est interprété comme le fait qu'un photon polarisé verticalement ne passe pas un polariseur horizontal, et réciproquement.

Jusque là tout baigne.

- Trois polariseurs, obtenus en insérant entre les deux de l'expérience précédente un polariseur à 45°. Et là, surprise, 1 photon sur 8 passe. Ce qui respecte la loi de Malus, mais pose quelques problèmes d'interprétation sur la notion de polarisation pour un seul photon...

La méca quantique permet de retrouver la loi de Malus, mais en partant de l'idée qu'un photon dans un état pur ne peut pas être polarisé partiellement, ni ne pas être polarisé.

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En résumé, la loi de Malus et l'EM classique "expliquent" bien le phénomène, mais ne sont valables que macroscopiquement. C'est avec un seul photon que cela devient non intuitif, et seulement expliqué par la méca quantique.