Comment fonctionne le magnétisme ?

[andretou]

C'est bien la première fois que je lis que l'interprétation en terme de courbure de l'espace-temps est plus compréhensible que celle en terme de champs

J'avais prévu ton objection, c'est pourquoi j'ai mis des guillemets à "compréhensible", héhéhé !...
J'essaye simplement de suggérer que le phénomène de l'attraction gravitationnelle peut se comprendre comme une contraction de l'espace provoquant le rapprochement des corps (même si l'on ignore pourquoi la masse a un tel effet sur l'espace), alors que dans le cas du magnétisme on n'a pas la moindre explication du mécanisme d'attraction (me semble-t-il), même si l'on dispose d'un modèle mathématique parfait, en l'occurrence la théorie des champs...
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[albanxiii]

alors que dans le cas du magnétisme on n'a pas la moindre explication du mécanisme d'attraction (me semble-t-il),

Bin si, mais comme il ne semble pas correspondre à ce que vous fantasmez sur le sujet, vous ne tenez pas compte des réponses qui vous sont faites.

Encore un fil qui illustre ce qui arrive quand on ne veut pas aller plus loin dans la connaissance que la vulgarisation mais qu'on se permet de poser des questions qui la dépassent largement (et donc qu'on na pas les outils pour comprendre les réponses). Vous aller fatiguer tout le monde pour rien, une fois de plus.

[andretou]

Vous aller fatiguer tout le monde pour rien, une fois de plus.

Ah bon, je croyais que c'était déjà le cas. Du coup je suis rassuré, j'ai encore de la marge

[Nicophil]

Bonjour,

même si l'on dispose d'un modèle mathématique parfait, en l'occurrence la théorie des champs...

Le champ est un concept physique qui remonte à près de 200 ans maintenant (Faraday).

Je doute qu'on ait jamais une explication plus fondamentale que ça et je n'en ressens pas le besoin, ce n'est vraiment pas une question qui me taraude. Rien de plus naturel que l'interaction à distance ! ce serait peut-être différent si je n'avais pas vu avant un âge avancé des aimants interagir à distance ?

[increa]

Les caractéristiques et la dynamique de ces champs est bien connu. Ça s'appelle les équations de Maxwell.

bonsoir ,

ainsi autour d'un aimant j'ai des lignes de champs pourquoi la trajectoire naturelle des photons ne les suivent elles pas?

[increa]

bonjour ,
je reprécise ma question car je ne voudrais pas qu'on s'en débarrasse par une pirouette ...
le champ magnétique et le champ gravitationnel sont deux entités mathématiques identiques(champs vectoriels ) comment expliquer la différence de comportement d'un même objet physique vis à vis d'une même entité mathématique ?

[AlephKhobol]

Bonjour,

andretou, je comprends parfaitement ce que vous voulez dire. Un champ c'est un concept... mais on ne sait pas exactement ce que c'est...
On se représente bien effectivement pourquoi la Lune tombe sur la Terre quand on "voit" la déformation de l'espace, comme une sorte de toile avec des masse qui creusent plu sou moins cette toile, et créent ainsi des sorte d'entonnoirs...on visualise alors le concept de champ. Mais si on réfléchit bien cette sorte de toile qu'est-ce que c'est ? On en sait rien... Il faut raisonner de la même façon avec le magnétisme.
Il faut aussi bien voir que le formalisme mathématique n'explique RIEN, F = qV vectoriel B (et pas : (comme écrit par un admin...)) n'explique pas comment la source magnétique influe sur la particule chargée, ce formalisme permet juste de faire des prédictions c'est tout.
Par contre la belle explication de mach3 permet de comprendre pourquoi il se forme des lignes et pas une sorte de tapis continu : les particules alignées se repoussent latéralement mais s'attirent vers l'avant et d'arrière si on veut, donc les lignes vont se repousser. Après si on va plus loin, on peut se dire : mais comment ça se fait que ces lignes se repoussent : il n'y a rien entre elles, chaque particule de limaille n'a pas un bâton de chaque côté pour repousser une éventuelle voisine située sur ses côtés ?

On peut essayer de se rapprocher de l'explication de coussin :
"La nature du magnétisme est, in fine, facile à comprendre. Ce n'est rien d'autre que l'interaction via la force de Lorentz (la partie qv x B de la force de Lorentz) de charges électriques possédant un moment orbital. Ce moment orbital peut être intrinsèque (spin) ou extrinsèque (moment orbital "classique" dû à un mouvement)."
Effectivement le magnétisme c'est une interaction,c'est un type d'interaction : entre deux particules du fait des orbitales, etc... inutile de rentrer dans les détails. Exactement comme la gravité c'est une interaction, c'est un type d'interaction : entre deux particules qui ont une masse.
Après comment se fait exactement cette interaction (dans le vide sans contact...) ? Il n'y a pas d'explication, pas d'équivalent à la "toile" de l'espace déformée par des corps massifs (laquelle "toile" reste une pure représentation de l'esprit... dans ce cas on parle d'échange de gravitons... je ne sais pas du tout, c'est pas mon domaine du tout...).

AK

[mach3]

bonjour ,
je reprécise ma question car je ne voudrais pas qu'on s'en débarrasse par une pirouette ...
le champ magnétique et le champ gravitationnel sont deux entités mathématiques identiques(champs vectoriels ) comment expliquer la différence de comportement d'un même objet physique vis à vis d'une même entité mathématique ?

et non, pas du tout la même entité mathématique. Il se trouve qu'on peut dans certaines conditions, considérer que les champs électrique, magnétique et gravitationnels sont vectoriels, mais c'est une "simplification".
Les champs électrique et magnétique sont en fait mêlés dans un unique tenseur antisymetrique d'ordre 2, lié à un potentiel, vectoriel lui, defini à une jauge près.
Le champ gravitationnelle relève lui d'un tenseur d'ordre 4 (le tenseur de courbure), lié à un tenseur symétrique d'ordre 2 (le tenseur métrique).

m@ch3

[andretou]

Je crois avoir compris que le champ magnétique d'un aimant est produit par un alignement particulier du spin des électrons.
Aussi, savons-nous si :
- un électron isolé produit-il un champ magnétique ?
- des protons ou des neutrons isolés produisent-ils un champ magnétique ?
- des noyaux atomiques isolés produisent-ils un champ magnétique ?

[obi76]

A l'exception du neutron (qui n'a pas de charge), oui s'ils sont accélérés.

[Deedee81]

Salut,

EDIT Croisement, Obi, je crois que andretou parlait du moment magnétique intrinsèque (lié au spin). De plus, distraction ?, une charge électrique en mouvement a un champ magnétique, pas besoin d'une accélération.

- un électron isolé produit-il un champ magnétique ?

Oui. C'est exploité dans une expérience bien connue en mécanique quantique : https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3...ern_et_Gerlach

- des protons ou des neutrons isolés produisent-ils un champ magnétique ?

Idem. Pour les neutrons je ne sais pas si cela a été vérifié (vu qu'ils sont neutres ils ne sont pas facile à manipuler, en plus leur durée de vie est limitée) mais amha oui.

- des noyaux atomiques isolés produisent-ils un champ magnétique ?

Vérifié aussi.
Note que ce champ magnétique peut être éventuellement nul (noyau de spin 0 dans son état de base, carbone 12 ou oxygène 16 par exemple).

[coussin]

Le champ magnétique produit par les noyaux atomiques est à l'origine de la structure fine des états électroniques (c'est assez subtil en fait : le champ magnétique produit par le noyau et vu par l'électron peut s'exprimer en fonction du moment orbital de cet électron. C'est pourquoi le terme de couplage, qui théoriquement est en finit par être en )

[obi76]

EDIT Croisement, Obi, je crois que andretou parlait du moment magnétique intrinsèque (lié au spin). De plus, distraction ?, une charge électrique en mouvement a un champ magnétique, pas besoin d'une accélération.

Ça doit être le froid...

[andretou]

Peut-on donc supposer (voire affirmer) que toute particule de spin non nul produit un champ magnétique ?

[coussin]

Je ne pense pas qu'un électron isolé produit un champ magnétique, si?
Il possède un moment magnétique, c'est pas pareil. S'il bouge, il produit un champ magnétique (puisque une charge électrique en mouvement est un courant).
(Je me place dans le référentiel de l'électron bien sûr)

[mach3]

Je ne pense pas qu'un électron isolé produit un champ magnétique, si?
Il possède un moment magnétique, c'est pas pareil. S'il bouge, il produit un champ magnétique (puisque une charge électrique en mouvement est un courant).
(Je me place dans le référentiel de l'électron bien sûr)

D'après wikipédia : "Tout système possédant un moment magnétique produit un champ magnétique autour de lui"

m@ch3

[andretou]

D'après wikipédia : "Tout système possédant un moment magnétique produit un champ magnétique autour de lui"

m@ch3

Cela signifie-t-il que toute particule dotée d'un spin non nul produit un champ magnétique ?

[coussin]

Cela signifie-t-il que toute particule dotée d'un spin non nul produit un champ magnétique ?

Oui puisque spin et moment magnétique sont juste proportionnels (rapport gyromagnétique).

[coussin]

D'après wikipédia : "Tout système possédant un moment magnétique produit un champ magnétique autour de lui"

Oui, ça a du sens... C'est probablement le dual du champ d'un dipole électrique...

[andretou]

Est-ce que ça change quelque chose au champ magnétique produit par l'électron si son spin est +1/2 ou -1/2 ?

[increa]

et non, pas du tout la même entité mathématique. Il se trouve qu'on peut dans certaines conditions, considérer que les champs électrique, magnétique et gravitationnels sont vectoriels, mais c'est une "simplification".
Les champs électrique et magnétique sont en fait mêlés dans un unique tenseur antisymetrique d'ordre 2, lié à un potentiel, vectoriel lui, defini à une jauge près.
Le champ gravitationnelle relève lui d'un tenseur d'ordre 4 (le tenseur de courbure), lié à un tenseur symétrique d'ordre 2 (le tenseur métrique).

m@ch3

Merci de votre réponse qui déchire le voile angoissant d'une question qui m'énerve depuis près de 30 ans. À savoir, pourquoi un photon de charge nulle n'est pas dévié par un champ magnétique alors que le même photon de masse nulle est dévié par un champ gravitationnel. Vous admettrez comme moi qu'il était évident que les propriétés du vide ou de l'espace qui régissent ces 2 interactions était de nature différentes. Vous venez de répondre magnifiquement à cette interrogation. Je vous en remercie.
Cependant votre réponse est partielle car elle ne m'indique pas les raisons pour lesquelles les simplifications de ces tenseurs pris en compte pour les transformer en champs magnétiques et gravitationnels, conduisait une telle différence de comportement vis-à-vis du photon.
Quoi qu'il en soit soyez tout de même mille fois remercié pour votre réponse.

[Deedee81]

Oui puisque spin et moment magnétique sont juste proportionnels (rapport gyromagnétique).

Oulà, attend, il faut une charge électrique. Le neutron en à.... à l'intérieur (particule composite). Mais le neutrino qui a un spin, n'a pas de champ magnétique.
Bon, si on chipote, on peut dire "ben quoi, le rapport gyromagnétique vaut zéro, c'est tout" (après tout il est différent de 2 pour le proton et le neutron)

[Deedee81]

Est-ce que ça change quelque chose au champ magnétique produit par l'électron si son spin est +1/2 ou -1/2 ?

Oui, son moment magnétique (et donc les lignes de champ) change de sens itou.

[mach3]

Merci de votre réponse qui déchire le voile angoissant d'une question qui m'énerve depuis près de 30 ans. À savoir, pourquoi un photon de charge nulle n'est pas dévié par un champ magnétique alors que le même photon de masse nulle est dévié par un champ gravitationnel. Vous admettrez comme moi qu'il était évident que les propriétés du vide ou de l'espace qui régissent ces 2 interactions était de nature différentes. Vous venez de répondre magnifiquement à cette interrogation. Je vous en remercie.
Cependant votre réponse est partielle car elle ne m'indique pas les raisons pour lesquelles les simplifications de ces tenseurs pris en compte pour les transformer en champs magnétiques et gravitationnels, conduisait une telle différence de comportement vis-à-vis du photon.
Quoi qu'il en soit soyez tout de même mille fois remercié pour votre réponse.

Le champ EM à pour source les charges électriques et leurs mouvements (on parle de "4-courant"), et agit sur les charges électriques en modifiant leurs mouvement. Le photon n'a pas de charge électrique, donc il n'est pas source de champ (il EST le champ d'une certaine manière en cela qu'il est une perturbation de celui-ci) et ne voit pas son mouvement influencé par le champ (après il y a des subtilités d'interaction photon/photon à la marge, c'est de l'électrodynamique quantique).

La courbure de l'espace-temps a pour sources la densité d'énergie (masse y compris) et de quantité de mouvement, la pression, les contraintes, tout cela emballé dans un objet unique appelé tenseur énergie-impulsion (stress-energy tensor en anglais) et la courbure agit sur toute matière. Libre de toutes interactions autres que gravitationnelles, toutes les particules sont censés se déplacer en ligne droite dans l'espace-temps. Comme celui-ci est courbé, ces trajectoires libres (dites de chutes libres) paraissent courbées.

m@ch3

[increa]

Cependant votre réponse est partielle car elle ne m'indique pas les raisons pour lesquelles les simplifications de ces tenseurs prises en compte pour les transformer en champs magnétiques et gravitationnels, conduisaient une telle différence de comportement vis-à-vis du photon.

Le champ EM a pour source les charges électriques et leurs mouvements (on parle de "4-courant"), et agit sur les charges électriques en modifiant leurs mouvements. Le photon n'a pas de charge électrique, donc il n'est pas source de champ (il EST le champ d'une certaine manière en cela qu'il est une perturbation de celui-ci) et ne voit pas son mouvement influencé par le champ (après il y a des subtilités d'interaction photon/photon à la marge, c'est de l'électrodynamique quantique).

La courbure de l'espace-temps a pour sources la densité d'énergie (masse y compris) et de quantité de mouvement, la pression, les contraintes, tout cela emballé dans un objet unique appelé tenseur énergie-impulsion (stress-energy tensor en anglais) et la courbure agit sur toute matière. Libre de toutes interactions autres que gravitationnelles, toutes les particules sont censées se déplacer en ligne droite dans l'espace-temps. Comme celui-ci est courbé, ces trajectoires libres (dites de chutes libres) paraissent courbées.

bonjour ,
je ne vois aucun rapport entre votre première réponse à laquelle j'ai répondu et la suite ci-dessus . (ni aucune simplification )
j'ai l'impression que ma question demande un travail de rédaction beaucoup plus étoffé ...j'en suis désolé , mais peut être que la compréhension de milliers de gens en dépend ...
surtout que les deux phases en gras pourraient encore soulever de nouvelles questions
cordialement

[mach3]

Cependant votre réponse est partielle car elle ne m'indique pas les raisons pour lesquelles les simplifications de ces tenseurs prises en compte pour les transformer en champs magnétiques et gravitationnels, conduisaient une telle différence de comportement vis-à-vis du photon.

je ne vois aucun rapport entre votre première réponse à laquelle j'ai répondu et la suite ci-dessus . (ni aucune simplification )

pour être plus clair, la différence de comportement vis-à-vis du photon n'est pas liée à l'aspect tenseur ou vecteur ou autre des champs, mais au fait que l'un ne concerne que les corps chargés électriquement (donc pas le photon) alors que l'autre concerne tout.

m@ch3

[andretou]

Est-ce que ça change quelque chose au champ magnétique produit par l'électron si son spin est +1/2 ou -1/2 ?

Oui, son moment magnétique (et donc les lignes de champ) change de sens itou.

Peut-on en déduire que l'électron a un pôle nord et un pôle sud ?

[AlephKhobol]

Bonjour Andretout,

Non pas du tout... mais depuis le début on sent que vous chercher à avoir une conception macroscopique de phénomènes quantiques... Un électron ça n'est pas une petite bille qui tourne à toute vitesse sur elle-même.
Ca n'est pas une mini mini mini sphère avec un pôle sud et un pôle nord, avec des ligne de champs comme les ceintures de Van Allen autour de la Terre mais en minuscule...
Vous êtes en peu dans la théorie du paramagnétisme de Paul Langevin formulée en 1905 en utilisant des bases de mécanique classique... et malheureusement ça a planté...

Le magnétisme, dès qu'on veut aller un peu loin c'est très très compliqué : influence de la température, pourquoi y a-t-il des matériaux qui créent un champ magnétique autour d'eux et d'autres non, comment expliquer les phénomènes d'hystérésis, etc. etc. ???
Il faut comprendre ce qu'est un spin, comment on détermine les nombres quantiques, avoir déjà de bonnes notions en mathématiques (matrices, opérateurs différentiels...)... et de toute façon ça ne vous donnera pas vraiment une explication du phénomène en lui-même. Ca vous permettra de comprendre pourquoi la ferraille colle à l'aimant et pas l'alu, pourquoi certains aciers inox s'aimantent et pas d'autres et c'est tout...

AK

[andretou]

Non pas du tout...

Pourtant l'électron produit un champ magnétique de même nature que celui de l'aimant, n'est-ce pas ? De ce fait comment l'électron n'aurait-il pas un pôle Nord et un pôle Sud ?

mais depuis le début on sent que vous chercher à avoir une conception macroscopique de phénomènes quantiques... Un électron ça n'est pas une petite bille qui tourne à toute vitesse sur elle-même.
Ca n'est pas une mini mini mini sphère avec un pôle sud et un pôle nord, avec des ligne de champs comme les ceintures de Van Allen autour de la Terre mais en minuscule...
Vous êtes en peu dans la théorie du paramagnétisme de Paul Langevin formulée en 1905 en utilisant des bases de mécanique classique... et malheureusement ça a planté...

Le magnétisme, dès qu'on veut aller un peu loin c'est très très compliqué : influence de la température, pourquoi y a-t-il des matériaux qui créent un champ magnétique autour d'eux et d'autres non, comment expliquer les phénomènes d'hystérésis, etc. etc. ???
Il faut comprendre ce qu'est un spin, comment on détermine les nombres quantiques, avoir déjà de bonnes notions en mathématiques (matrices, opérateurs différentiels...)... et de toute façon ça ne vous donnera pas vraiment une explication du phénomène en lui-même. Ca vous permettra de comprendre pourquoi la ferraille colle à l'aimant et pas l'alu, pourquoi certains aciers inox s'aimantent et pas d'autres et c'est tout...
AK

Ce que je trouve en effet passionnant, c'est d'explorer les limites de ce qu'il nous est permis de connaître et d'essayer de découvrir à quel moment précis la représentation que notre esprit se fait du Monde n'est plus conforme à la réalité...
Merci en tous cas pour la comparaison avec Monsieur Langevin !

[increa]

pour être plus clair, la différence de comportement vis-à-vis du photon n'est pas liée à l'aspect tenseur ou vecteur ou autre des champs, mais au fait que l'un ne concerne que les corps chargés électriquement (donc pas le photon) alors que l'autre concerne tout.

m@ch3

Peut on résumer, le magnétisme ne déforme pas l'espace temps alors que la gravitation le déforme ...?