notion d'onde

[giwot]

Bonjour,
On parle pour la particule de la dualité onde particule.
Je voudrais comprendre cette notion d’onde.
Comment décrire cette onde ?
Merci.
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[ThM55]

Bonjour. La notion d'onde n'a rien de mystérieux, elle fait partie de notre vie quotidienne.

Il s'agit de la propagation de phénomènes oscillants dans un milieu. Normalement nous avons tous été témoins du phénomène, simplement en jetant un caillou dans un plan d'eau: le caillou crée un mouvement local de l'eau à l'endroit où il la percute, mais ce mouvement crée des vagues qui se propagent à la surface de l'eau, loin du point d'impact. C'est un exemple d'onde. Autres exemples: on fait osciller la corde d'une guitare, cela produit un son qui se propage jusqu'à l'autre bout d'une salle, au moyen d'une onde sonore. Dans une antenne, on fait osciller des électrons: il se produit une onde électromagnétique qui se propage, parfois à des kilomètres. La lumière visible est une onde électromagnétique dont la longueur d'onde est dans un intervalle limité (de 380 à 750 nm).

[ThM55]

Mais la lumière montre aussi des propriétés corpusculaires. Le plus clair est la collision Compton avec un électron. De même les électrons, qui ont une nature corpusculaire mis en évidence par le fait qu'on peut les compter (on mesure toujours un multiple de la charge élémentaire), a aussi un comportement d'onde dans certaines expériences: ils présentent des phénomènes d'interférence lors de leur diffraction par un réseau cristallin, comme pour les rayons X.

Tout cela est archi connu et décrit mieux que je ne pourrais le faire dans d'innombrables textes de vulgarisation ou sur Wikipedia.

[titijoy3]

ce qui nous fait définir une particule comme telle est la manifestation des forces d'interactions entre cette particule et le milieu environnant, ça n'empêche pas la "particule" de se conduire en tant qu'onde ou paquet d'ondes..

à confirmer par les participants plus calés que moi

[A voir en vidéo sur Futura]

[ThM55]

C'est vrai. Il y a aussi le fait qu'on peut les compter (expérience des gouttes d'huile de Millikan, ou traces dans les chambres à brouillard ou les chambres à bulles). (désolé, je me répète, j'avais oublié que j'avais déjà écrit ça)

[stefjm]

@ giwot

Onde sans milieu matériel de propagation et particules sans masse sont bien décrites par une onde à valeur complexe.

[giwot]

Merci pour toutes ces réponses.
la question que je me pose concerne uniquement la particule considérée aussi comme une onde.
imaginer une particule est plus facile que d'imaginer une onde.
les questions que je me pose, sont :
si la particule se trouve à un point donné de l'espace, l'onde qu'est cette particule:
va-t-elle dans tous les sens comme l'onde du caillou dans l'eau?
où se trouve le point de départ de cette onde?
Est-ce qu'elle part de la particule comme le caillou ou est-ce que la particule émet sans arrêt une onde?
lorsque la particule se déplace est-ce que l'onde le fait aussi ou est-ce que la particule ne peut être que sur le trajet de cette onde qui serait en sorte le support de toute trajectoire de cette particule?
Merci encore de vos réponses.

[titijoy3]

l'onde (ou le paquet d'ondes) et la particule sont la même chose

ce qui nous ramène à la question: qu'est ce que la matière ?

la matière est énergie électromagnétique

[gts2]

si la particule se trouve à un point donné de l'espace

C'est bien là qu'est le problème de représentation en particule, en quantique, cette question n'a pas de sens (sauf cas très particulier)

si la particule se trouve à un point donné de l'espace, l'onde qu'est cette particule.

Cas particulier : on a un paquet d'onde, et la particule "se trouve" là où est le paquet d'onde. Le problème est qu'il va y avoir dispersion (cf principe d'indétermination de Heisenberg).

Est-ce qu'elle part de la particule comme le caillou ou est-ce que la particule émet sans arrêt une onde?

Il n'y a pas une particule qui émet une onde mais un seul objet (disons un quanton) qui nécessite lors d'interprétation d'expériences de considérer que c'est une particule (on a un impact sur un écran) et/ou une onde (pour trouver la position de l'impact, on doit raisonner en terme d'ondes)

[giwot]

C'est bien là qu'est le problème de représentation en particule, en quantique, cette question n'a pas de sens (sauf cas très particulier)

Merci d'avoir accepté de me suivre dans mon questionnement.
la notion de paquet d'énergie qui est lié au corps noir, m'échappe.
Est-ce que lorsque l'on parle de paquet d'ondes, cela est une image?
Où est-ce que ce sont des ondes en paquet et de là la question : que sont ces ondes?
Pour ma part je visualise une onde comme quelque chose qui s'étend jusqu'à épuisement, mais lorsque le photon parcours des années lumière, il ne s'épuise pas.
Alors cela voudrait dire que ces ondes sont circonscrite à une bulle qu'elles ne peuvent dépasser (pourquoi?).
Où alors, il y a une notion qui m'échappe comme la température qui ne peut descendre en dessous de -273 tout simplement parce que le mot température n'est qu'un repère qui désigne en réalité l'agitation des atomes ou molécule et qu'à - 273, ils sont immobile. sans cette notion le température est incompréhensible.
Alors quelle est la notion (autre que mathématique) qui permettrait de comprendre cette notion d'onde ou de paquet d'onde?
Encore merci.

[titijoy3]

personnellement je vois ça comme des ondes relativement localisées qui ne se manifestent que par leurs interactions avec les ondes localisées adjacentes, mais ce n'est qu'une vision personnelle, j'ai surement tout faux et je ne suis pas sur que quelqu'un ait la réponse,

l'impact du photon sur l'écran à la sortie des fentes nous dit qu'il s'agit d'une particule, la répartition des impacts nous dit que ce sont des ondes, j'en suis là..

[gts2]

Paquet d'onde est une notion "technique" lié à la décomposition d'une onde en sinusoïde y(x,t)=A sin(ωt - kx) onde idéale s'étendant de -infini à +infini.
Une onde localisée :
peut être considéré comme une somme (le "paquet") d'onde avec des k variant autour d'un k0.

Pour la température, ne pas oublier que les Celsius sont des résidus historiques (très utiles dans la vie courante !), mais que la seule température qui est un sens clair en physique est la température en Kelvin.
Pour la température T en Kelvin, pour faire simple, l'agitation est proportionnelle à T, autrement dit la température T représente bien l'agitation et comme -273°C = 0K...

[bb98]

Bonjour

Peut-être un peu compliqué, mais pas inintéressant, ce papier récent :

https://arxiv.org/html/2404.05699v1

Bonne lecture ... et commentaires attendus

[stefjm]

L'art du paquet d'onde :
https://www.wolframalpha.com/input?i...%29%2Cp%2Ct%5D

Un double pôle en +-i, avec le retard qui va bien.

[stefjm]

La même en version factorisée, plus compact, mais moins compréhensive :

https://www.wolframalpha.com/input?i...5E2%2Cp%2Ct%5D

[giwot]

Si je comprends bien, l’onde qu’est la particule serait une onde localisée qui a un début et une fin, et cela en répétition infini ??
Un peut comme un électrocardiogramme (pour un cœur éternel).
Dans ce schéma l’onde commence avec une faible amplitude puis augmente et enfin diminue jusqu’à zéro.
La représentation de la composante ondulatoire de la particule serait donc sur ce modèle ?
Une onde qui commence et fini et cela en boucle ?
Ce que je conceptualise mal c’est pourquoi un début et une fin, qu’est-ce qui permet d’affirmer ce schéma ?
Si j’osais je dirais qu’est-ce qui fait qu’elle commence et qu’elle finit ?
Est-ce l’équation (y(x,t)=A sin(ωt - kx) ) qui permet d’aboutir à cette conclusion ?
Comment sait-on que : « k variant autour d'un k0 » ? a-t-on fait des mesures ? et sur quoi portent ces mesures ?
Est-ce un modèle unique pour toutes les particules ?
On parle de paquet d’ondes comme si cela était évident, n’y a-t-il pas un doute par rapport à cette affirmation ?
Merci encore.

[gts2]

Si je comprends bien, l’onde qu’est la particule serait une onde localisée qui a un début et une fin, et cela en répétition infini ?

Si vous faites référence à l'image du message #12, c'était la réponse non pas à une particule au sens général mais à "si la particule se trouve à un point donné de l'espace", et là la réponse est la figure du message #12, mais sans répétition : à droite et à gauche de la figure l'onde est à 0.

qu’est-ce qui permet d’affirmer ce schéma ?

C'est "la particule se trouve à un point donné de l'espace", encore une fois un cas très particulier.

Comment sait-on que : « k variant autour d'un k0 » ? a-t-on fait des mesures ? et sur quoi portent ces mesures ?

C'est la réponse à votre question "particule à un point donné de l'espace", si on connait ce point à t et t+dt, on peut en déduire la vitesse donc w et k0.

Si j'ai compris le contexte de votre question, ma réponse ne concerne qu'un cas très particulier, et qui me semble peu illustratif.
Les fentes d'Young me paraissent un meilleur point de départ : https://toutestquantique.fr/dualite/, regarder la video en haut à gauche.

[bb98]

Bonjour

Un nouveau "Science étonnante" pas inintéressant :

https://www.youtube.com/watch?v=mfhfSRjzlvc

Le concept de "photon" y est questionné.

Bonne écoute

[ThM55]

Une petite remarque: si une particule de masse non nulle est localisée dans un paquet d'onde, disons par exemple une enveloppe gaussienne de dispersion assez petite, on montre à partir de l'équation de Schrödinger qu'elle a tendance à de disperser, autrement dit le augmente avec le temps. C'est à mettre en relation avec les incertitudes d'Heisenberg: plus l'incertitude sur la position est petite, plus celle sur l'impulsion (donc sur la vitesse) est grande.

Un autre remarque: quand on a plusieurs particules identiques, soit N particules, la notion d'onde pour les décrire doit se définir dans un espace à 3N dimensions et non plus sur notre espace usuel. De plus, encore plus contre-intuitif, la fonction d'onde est soit complètement symétrique (bosons) soit complètement antisymétrique (fermions) sous la permutation des particules. On est donc dans ces cas là assez loin de la notion intuitive d'onde et aussi de celle de particule.

Et enfin, pour montrer que tout cela est vraiment loin de nos intuitions, on peut définir, via une transformée de Fourier, la fonction d'onde sur l'espace des impulsions au lieu de notre espace usuel. Il y a une équation d'onde sur cet espace, des paquets d'onde qui, quand ils sont localisés dans cet espace, sont délocalisés dans notre espace usuel.

Avec ces remarques, je ne veux pas ajouter à la confusion mais donner une idée de la profondeur conceptuelle de la physique quantique, qui est beaucoup plus riche et subtile que nos conceptions intuitives héritées de la physique classique.

[ThM55]

Bonjour

Un nouveau "Science étonnante" pas inintéressant :

https://www.youtube.com/watch?v=mfhfSRjzlvc

Le concept de "photon" y est questionné.

Bonne écoute

Ces précisions sont utiles mais je dirais que pour le physicien formé à la théorie des champs, c'est de l'enfoncement de portes ouvertes, y compris l'article de Lamb. On sait très bien que ce qu'on appelle le photon est un excitation quantifiée d'un mode du champ électromagnétique et pas une petite boule d'énergie. A mon avis cela ne justifie pas le désir de censure du terme de photon exprimé par Lamb dans son article. Evidemment on ne peut pas demander à tout le monde de comprendre la TQC; cependant Anthony Zee a essayé de l'expliquer pratiquement sans math avec ce livre: https://www.amazon.fr/Quantum-Field-...s%2C202&sr=8-1

En fait il répond à toutes les questions de ce fil mais c'est en anglais, langue de la physique depuis 1945.

[stefjm]

Cette "excitation quantifiée d'un mode du champ électromagnétique" se déplace-t-elle dans l'espace?

[ThM55]

Oui, évidemment. Toutefois dans une cavité, cela peut correspondre à une onde stationnaire.

[stefjm]

A la vitesse c, comme l'onde électromagnétique?