Dualité onde corpuscule

[Paulana]

Bonsoir,

Il y a quelque chose que j'essaye de comprendre entre la notion de photon et d'onde lumineuse. Si un photon est aussi une onde, l'onde devrait se propager dans toutes les directions et son énergie devrait se répartir sur toute la surface de l'onde.
Or, l'energie d'un photon est constante (E=h.nu), donc son énergie reste "localisée" et ne se propage pas, donc ce n'est pas une onde ??? .

Ou alors c'est l'inverse, c'est l'onde qui est constituée d'une multitude de photons qui se déplacent et consituent la "surface" de l'onde lumineuse ????

Merci pour vos éclaircissements.

Bonne soirée,

Yann
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[interferences]

Bonsoir,

Ce n'est pas parce qu'un photon a une énergie finie que sa densité d'énergie est localisée dans l'espace.
C'est l'histoire de la goute d'huile qui s'étend.

Le photon est représenté par une fonction d'onde et pas une onde attention.
Cette fonction c'est ta tache d'huile.
Bon généralement une tache d'huile a des bords, mais on peut très bien imaginer une tache d'huile qui s'étend à l'infini...

[LPFR]

Bonjour.

Un photon n’est pas une onde et une onde n’est pas un photon.
Les deux sont des modèles utilisés pour étudier la lumière.
Je vous recopie une explication que j’avais donné il y a un certain temps :

Un photon c'est une des formes sous lesquelles on a à faire à la lumière ou à d'autres rayonnements électromagnétiques.
On le définit parfois comme "un quantum (petit bout) d'énergie électromagnétique".
En effet, la lumière (et les autres rayonnements électromagnétiques) peut se comporter de deux façons totalement différentes suivant les phénomènes.
Une des façons est le comportement ondulatoire: des ondes électromagnétiques, de la même nature que les ondes radio mais de fréquences beaucoup plus élevées. On utilise ce modèle pour expliquer des phénomènes d'interférence comme l'irisation des bulles de savon ou des couches de gaz-oil, la réflexion colorée sur des CD, le fonctionnement des lentilles, ou celui des antennes radio ou TV.
Mais d'autres phénomènes ne peuvent pas s'expliquer avec ce modèle ondulatoire. Notamment, l'effet photoélectrique: la lumière peut "arracher" des électrons à la matière, ou ioniser des atomes ou molécules dans un gaz. Pour ces phénomènes il faut utiliser le modèle corpusculaire: le photon. La lumière se comporte comme une particule. Avec ce modèle on ne peut pas expliquer les interférences ni d'autres comportements ondulatoires.

Ce qui est difficile à faire comprendre est que les deux modèles sont distincts: soit la lumière se comporte comme une particule, soit elle se comporte comme une onde. Mais n'acceptez pas des phrases comme "les ondes électromagnétiques sont constituées de photons" ou "un photon est porté par des ondes", "la longueur d'onde du photon", etc. Ce sont des conneries à éviter. Soit on parle de particules, soit on parle d'ondes. Mais on ne le mélange pas.

Pour être honnête, il y a des manips dans lesquelles la lumière se comporte à la fois comme une onde et comme une particule. Mais vous verrez ça bien plus tard. En réalité, la physique à un troisième modèle, qui remplace les deux précédents, et qui explique les deux comportements. Le problème est que ce modèle est tellement compliqué qu'on ne peut pas l'utiliser "dans la vie de tous les jours (d'un physicien)".

Pour compliquer (ou simplifier) les choses, toutes les particules ont aussi un comportement ondulatoire: les électrons, les atomes, et même les tables et les chaises. Mais, en réalité, on ne peut observer ce comportement ondulatoire que pour les particules très légères, (électrons, neutrons et atomes), et dans des expériences de laboratoire assez compliquées.

Au revoir.

[Amanuensis]

Un photon c'est une des approches utilisées en physique quand on a à faire à la lumière ou à d'autres rayonnements électromagnétiques.

On le définit comme "un quantum (petit bout) de champ électromagnétique", un photon a une énergie, une quantité de mouvement (propagation), et une hélicité (polarisation).

En effet, la lumière (et les autres rayonnements électromagnétiques) peut se modéliser de deux façons totalement différentes suivant les phénomènes.

Une des façons est un modèle ondulatoire: des ondes électromagnétiques (ce qui inclut des notions d'énergie, de propagation et de polarisation), de la même nature que les ondes radio mais de fréquences beaucoup plus élevées. On utilise ce modèle pour expliquer des phénomènes d'interférence comme l'irisation des bulles de savon ou des couches de gaz-oil, la réflexion colorée sur des CD, le fonctionnement des lentilles, ou celui des antennes radio ou TV.

Mais d'autres phénomènes ne peuvent pas s'expliquer avec ce modèle ondulatoire. Notamment, l'effet photoélectrique: la lumière peut "arracher" des électrons à la matière, ou ioniser des atomes ou molécules dans un gaz. Pour ces phénomènes on utilise un modèle corpusculaire: le photon. La lumière se modélise comme un ensemble de particules ponctuelles. Avec ce modèle on ne peut pas expliquer les interférences ni d'autres phénomènes ondulatoires.

Ce qui est difficile à faire comprendre est que les deux modèles sont distincts: quand on utilise l'un, l'autre n'est pas utilisable. Mais n'acceptez pas des phrases comme "les ondes électromagnétiques sont constituées de photons" ou "un photon est porté par des ondes", etc. Ce sont des conneries à éviter. Soit on parle de particules, soit on parle d'ondes. Mais on ne mélange pas.

Pour être honnête, il y a des phénomènes impliquant la lumière qu'on ne peut modéliser ni par des particules, ni par des ondes. Mais vous verrez ça bien plus tard. En réalité, la physique à un troisième modèle (modèle quantique), qui remplace les deux précédents, et qui explique tous les phénomènes. Le problème est que ce modèle est tellement compliqué qu'on ne peut pas l'utiliser "dans la vie de tous les jours (d'un physicien)".

Pour compliquer (ou simplifier) les choses, tout ce qui est modélisé comme particules présente aussi des phénomènes qu'on modélise par un modèle ondulatoire ou un modèle quantique: les électrons, les atomes, et même les tables et les chaises. Mais, en réalité, on ne peut observer de tels phénomènes que pour les particules très légères, (électrons, neutrons et atomes), et dans des expériences de laboratoire assez compliquées.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Nicophil]

Bonjour,

Pour compliquer (ou simplifier) les choses, toutes les particules ont aussi un comportement ondulatoire: les électrons, les atomes,

Oui mais... : parler de comportement ondulatoire d'un quantum de matière n'est pas moins merdique que de parler de comportement ondulatoire d'un quantum de lumière, dont vous venez très justement de dénoncer toute la perfidie.

Tout ça c'est de la faute à de Broglie (ou plutôt à son prestige)...

[coussin]

C'est tout bête...
Si ça peut aider, c'est exactement la même chose avec le courant électrique qui est peut-être plus familier : vous prenez un fil de cuivre et appliquez une différence de potentiel entre les deux bouts. Ce fil est maintenant percouru par un courant électrique. C'est une véritable onde électronique qui se propage dans le fil. Les caractéristiques de cette onde, on les connaît et on peut les mesurer. Ce sont par exemple l'intensité ou la tension.
Maintenant, diminuez la différence de potentiel. Vous diminuerez le courant. Et ce que mesurerez comme intensité ou comme tension deviendra "bruitée". Pourquoi ? Parce que maintenant vous "mesurez" les électrons individuels qui arrive sur votre détecteur. Ce bruit, on l'apelle le bruit de grenaille.
Avant, avec une grande différence de potentiel, ce bruit était là également. Mais trop petit pour être détecté pa r rapport au courant moyen.
C'est ça en fait : il y a un courant moyen et une fluctuation autour de cette moyenne. Les courants électriques de la vie de tout les jours, cette moyenne est tellement énorme par rapport au bruit que l'on ne voit absolument pas ce dernier. Mais il est là et témoigne de la nature quantique du courant électrique : un courant électrique est un nombre entier de charge élémentaire qui circule. Travailler dans le régime quantique du courant électrique est le domaine de la cQED, la "circuit Quantum ElectroDynamic".

Bah ça y est, c'est fini : les différentes perspectives onde-corpuscule ne sont que deux facettes d'un même phénomène dépendant de "l'amplitude" de ce phénomène.
Et n'en déplaise à certains, tous les phénomènes ondulatoires peuvent être décrits via un modèle de photons moyennant une couche de statistique et de "loi des grands nombres". Il est intéressant de noter que l'inverse est probablement faux : on ne peut pas décrire des phénomènes purement quantiques avec une approche ondulatoire. Il y a une irréversabilité dans la transition quantique classique.

Si vous avez compris ce que j'ai expliqué pour le courant électrique, vous devez comprendre pour la lumière car c'est exactement pareil. Les électrons sont remplacés par les photons, y a un bruit de grenaille pour la lumière, avec les flux lumineux de tous les jours on ne voit absolulent pas la nature quantique (les photons individuels) et le domaine où l'on voit et travaille avec des photons individuels est l'Optique Quantique ou la CQED "cavity Quantum ElectroDynamic".

[Nicophil]

moyennant une couche de statistique et de "loi des grands nombres".

Oui, c'est là toute la différence entre la mécanique ondulatoire de de Broglie-Schrödinger et la MQ de Born-Heisenberg-Bohr.

[LPFR]

Re.
Non. Il y a une grosse différence.
Les photons « grand public », même quand ils sont en nombre ils ne diffractent ni interfèrent, car ils n’ont pas de phase. Il faut utiliser soit des ondes ou les « photons » de la QED qui, eux, ont une phase.
A+

[Nicophil]

Après, il y a le problème boson réel / boson virtuel...
Qui ne se pose pas avec les fermions.

[coussin]

Re.
Non. Il y a une grosse différence.
Les photons « grand public », même quand ils sont en nombre ils ne diffractent ni interfèrent, car ils n’ont pas de phase. Il faut utiliser soit des ondes ou les « photons » de la QED qui, eux, ont une phase.
A+

Je n'ai jamais compris cette histoire de photons "grand public" sans phase...
Je ne connais qu'un type de photons, ceux manipulés en Optique Quantique. Et bien sûr ils ont une phase (nombre de photons et phase sont deux quantités conjuguées que l'on manipule en préparant des états "squeezés").

[azizovsky]

Il suffit d'utiliser le postulat de réduction d'onde pour avoir ton onde focaliser (localiser) en un photon .....:.

ps: il y'a l'équivalent de ce postulat en électromagnétisme classique pour calculer l'énergie d'un photon...

[azizovsky]

la meilleure façon de voir la chose, est d'utiliser la méthode de Feynman (chemins), ou principe de Huygens-Fresnel, le photon passe par tous les chemins entre deux point A et B, avec certaines probabilités, à la fin en point d'arrivé B, de détection, la probabilité est 1. (''réduction des chemins'').

voir : https://www.youtube.com/watch?v=ptkt_3TOWpo (à la fin)

[coussin]

Pas sûr que ce soit la meilleure façon de voir les choses... Ça introduit justement cette confusion, inutile ici, entre photons réels et virtuels...
Concentrons-nous plutôt sur les "vrais photons" qui sont justes de la lumière très très peu intense

[azizovsky]

Pas sûr que ce soit la meilleure façon de voir les choses... Ça introduit justement cette confusion, inutile ici, entre photons réels et virtuels...
Concentrons-nous plutôt sur les "vrais photons" qui sont justes de la lumière très très peu intense

le modèle a utilisé dépend de ce qu'on veut faire, c'est déjà bien expliquer par LPFR et Amanuensis, ça sert à rien de couper un morceau de beurre avec une disqueuse .

[azizovsky]

Ça introduit justement cette confusion, inutile ici, entre photons réels et virtuels...

c'est la même chose avec la décomposition de la fonction d'onde sur un espace d'état (p(1),...,p(n)), la mesure donne toujours un seul état réel, les autres, c'est des états virtuels....

[coussin]

D'accord, alors allons-y franchement.
Disons alors pour répondre à la question du primo posteur que certains photons émis par sa lampe vont faire un tour proche de Jupiter avant de revenir s'écraser sur sa rétine. Parce que c'est ça quand même hein
Ça a le mérite de ne pas introduire de confusion et de démystifier ce qu'est un photon...

[azizovsky]

D'accord, alors allons-y franchement.
Disons alors pour répondre à la question du primo posteur que certains photons émis par sa lampe vont faire un tour proche de Jupiter avant de revenir s'écraser sur sa rétine. Parce que c'est ça quand même hein
Ça a le mérite de ne pas introduire de confusion et de démystifier ce qu'est un photon...

il faut poser la question à Feynman (principe de moindre action, dans ton cas: la distance/t~10^(-8)>>c ).

[azizovsky]

une réponse claire, si Feynman a été obligé de mettre un obstacle entre la source et l'observateur (réflexion) pour qu'il exclu la réponse de son étudient qui est que le chemin le plus court entre eux est le chemin droit qui les rejoignent, dans ton cas, on ai obligé d'éliminer tous l'univers, il ne reste que la source et l'observateur (pas de réflexion ).

[coussin]

Pourquoi mentionner tous ces chemins multiples alors ?
Ça n'a pas sa place dans une réponse de vulgarisation sur ce qu'est un photon, c'est évident...

[LPFR]

Bonjour.
Je recommande ce petit livre :
http://www.amazon.fr/Lumière-matière...matère+Feynman

C’est l’explication grand (très grand) public des « photons » de la QED.
Au revoir.

[stefjm]

D'accord, alors allons-y franchement.
Disons alors pour répondre à la question du primo posteur que certains photons émis par sa lampe vont faire un tour proche de Jupiter avant de revenir s'écraser sur sa rétine. Parce que c'est ça quand même hein
Ça a le mérite de ne pas introduire de confusion et de démystifier ce qu'est un photon...

Et encore... Jupiter, c'est la proche banlieue de la terre.
Tous les chemins dans l'univers observables 10^26 mètres laissent un "peu" plus de champ libre...

[bachir1994]

Bonjour,
je me permet d'intervenir,
Dualité onde corpuscule : la définition du mot dual est le caractère de quelque chose qui est double en soit, c'est à dire que la lumière apparait à la fois sous forme corpusculaire et ondulatoire.
est ce vraiment cela, ou ce n'est pas la lumière elle même qui représente une dualité, mais en faite c'est le modèle expliquant la lumière qui représente une dualité.
D'ailleurs le grand Newton disait que la lumière se manifeste sous forme de corpuscule, ensuite y'a Huygens qui le contredit en modélisant la lumière sous forme d'onde, ensuite il y'a la mécanique quantique qui donne raison à Newton et enfin Huygens ressurgit avec l'expérience de la fente de Young....décidément la lumière est et restera un mystère pour très très longtemps .
https://fr.wikipedia.org/wiki/Dualit...nde-corpuscule
Et Merci.

[stefjm]

Le message #4 d'Amanuensis ne vous parait-il pas suffisamment clair?
http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post5482363

La physique est affaire de modèles, de propriétés.

"La lumière est vraiment une onde (resp un corpuscule)" signifie que le modèle onde (resp corpuscule) donne des résultats dans l'incertitude de mesure tolérée.

Le mieux serait d'éviter les termes réalité, être, vraiment, qui selon un célèbre principe d'Amanuensis conduise les fils dans le mur...

[Paradigm]

Bonsoir stefjm, bonsoir à tous

La physique est affaire de modèles, de propriétés.

PF a en fait une FAQ

Cordialement,

[Nicophil]

Un peu d'histoire : http://acces.ens-lyon.fr/clea/archiv...aut_071_02.pdf

[bachir1994]

Merci à tous pour ces éléments de réponse,
le fichier PDF de Nicophil est intéressant,
le site PF de Paradigm est intéressant, domage que ca soit en anglais qui n'est pas mon fort.
A+

[Murmure-du-vent]

Il ne me semble pas que la question de Paulana aie reçu une réponse. En effet si l'on prend un modele ondulatoire,
on respecte la symétrie spherique pour la propagation mais il faut avoir recours à un mystérieux collapse pour expliquer la détection en un point precis de la sphere ou l'on a les écrans. Si l'on a un modele corpusculaire on n'est pas étonné de detecter un photon mais le coté symétrie sphérique passe un peu à la trappe.
Personnellement j'aime bien l'interprétation en terme d'information. Une Particule est porteuse de certaines informations et si on lui pose une question sur leurs valeurs elle y répond de bonne grace. On notera qu'une particule de saurait etre porteuse d'information corresopndant à des observables incompatibles du type impulsion et position.
Ici toute particule émise en O avec une energie E porte on ne s'en étonnera pas ces deux informations. Point barre.
Si sur la sphere éclairée on mesure l'énergie du photon, la particule bonne fille répond E.
Si on lui pose une question (par une mesure) sur un autre truc du genre quelle est son impulsion? ou bien ou est elle sur la sphere ou sont les détecteurs, Elle va répondre mon énergie est E et je viens de O! comment et bien en produisant des reponses qui semblent aléatoires et mal adaptées à la question posée mais qui fournissent finalement au fur et a mesure que les impacts s'accumulent la réponse précise et correcte à la question (non posée ici) pour laquelle elle avait une réponse.
C'est ma facon de voir cela, sans collapse et sans trop de paradoxes.

[coussin]

Le collapse n'est pas mystérieux...
Qu'est-ce que la détection ? C'est le photon qui est absorbé par un des atomes formant l'écran. Car oui, l'écran est formé d'atomes et n'importe quel processus de détection fait intervenir ces atomes.
À partir de là, le "collapse" est carrément naturel. Faut bien que le photon intéragisse avec un atome. Peut pas être "absorbé un peu par tous les atomes de l'écran à la fois"

[azizovsky]

Bonjour, il y'a un truc qui n'est pas claire dans cette histoire d'onde-corpuscule, l'entité ne manifeste l'un de ses deux visages jusqu'à son arrivé, car il doit savoir d'abord qu'il est l'outil expérimental dont 'elle se trouve .

[azizovsky]

Bonjour, il y'a un truc qui n'est pas claire dans cette histoire d'onde-corpuscule, l'entité ne manifeste l'un de ses deux visages jusqu'à son arrivé, car il doit savoir d'abord qu'il est l'outil expérimental dont 'elle se trouve .

ou dans le sens de Wheeler, la particule ne décide de prendre un chemin (aspect corpusculaire) ou deux (aspect ondulatoire) jusqu'à son arrivé..