Dualité onde corpuscule de la lumière

[Quantiquelife]

Bien le bonjour, ce sujet me trotte un peu à vrai dire, je ne suis ni physicien ni chimiste au jour d'aujourd'hui (désolé du pléonasme) mais cette dualité m'intrigue, comment a-t-on prouvé ces 2 nature? Bien sur je sais que c'est Huygens qui a prouvé que la lumière se comporte comme une onde selon certaines mesures et qu'Einstein a prouvé qu'elle se comportait comme un corpuscule (j'ai écrit "se comporte comme" et non "est" volontairement pour ne pas faire l'erreur classique ). Merci à vous tous j'espère que quelqu'un relancera ce débat pourtant prisé des scientifiques qui aime les casse-têtes !
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[lou_ibmix_xi]

Merci à vous tous j'espère que quelqu'un relancera ce débat

Le débat est clôt jusqu'à nouvel ordre... La lumière et tout le reste (electrons, quarks etc...) sont à la fois onde _ET_ corpuscule. A notre échelle la matière semble plutôt corpusculaire et la lumière ondulatoire mais aux échelles microscopiques ça n'est plus vrai.

Historiquement, c'était déjà la guerre onde-corpuscule entre Huygens et Newton, mais comme ce dernier était la super-star, c'est sont interprétation corpusculaire qui faisait foi jusqu'aux expériences de diffractions (Young et / ou Fresnel ?) qui a remis l'interprétation ondulatoire sur le devant de la scène. Puis Einstein et son effet photo-électrique a re-remis l'interprétation corpusculaire jusqu'à De Broglie qui a dit "c'est les deux"

Comme souvent sur les articles de vulgarisation, je trouve la page wikipedia bien faite.

[Quantiquelife]

Merci de ta réponse, mais la meilleure réponse lorsque l'on veut définir la lumière ne serais pas, aucun des deux? A mon avis, elle est une forme qui ne répond tout simplement à aucun mot créer par l'Homme. Un peu de corpuscule et un peu d'onde et encore autre chose qui la rend ainsi, et c'est selon la mesure qu'elle se penche plus ou moins d'une des deux natures qu'on lui a attribuée, merci!

[pm42]

A mon avis, elle est une forme qui ne répond tout simplement à aucun mot créer par l'Homme.

Les théories personnelles ne sont pas vraiment bien vues sur FS.
On peut aussi remarquer que vu que comme tu le dis, tu n'es pas physicien, ton "avis" n'est pas réellement informé et pertinent.

Sinon, justement, la réponse est que ce n'est pas "aucun des 2" mais bien "les 2". Dans certaines expériences, la lumière se comporte exactement comme une onde et a toutes les caractéristiques.
Dans d'autres, elle se comporte comme si elle était composée de particules.

Pour prendre un exemple c'est un peu comme les voitures avec un toit en dur qui rentre dans le coffre : on les appelle "coupé-cabriolet" parce qu'elles ont les caractéristiques des 2. On ne dit pas "elles ne sont rien de tout ça".

[A voir en vidéo sur Futura]

[Quantiquelife]

Merci d'avoir pris le temps de répondre, à vrai dire où aller pour parler de sciences sans ce faire incendier à la moindre erreur? merci de ta future réponse

[Deedee81]

Salut,

erreur

Suffit de le dire, comme ici, et c'est bon

[invite06459106]

Bah, perso, je trouve que Quantiquelife ne fais pas d'erreur, la lumière (et tout le reste...), n'est ni onde ni corpuscule. C'est autre chose, qui est décrit par la PhysQ. Cela n'empêche que l'on a deux modèles (ondulatoire et corpusculaire) avec lesquels, suivant les expériences, on peut faire des descriptions répondant aux résultats des expériences, mais fondamentalement, il est assez dans le bon concept (pour le peu que je comprenne).

Donc pas de dualité onde-corpuscule, ce n'est ni onde, ni corpuscule ( et dire que c'est l'un et l'autre, est, àmha, une erreur), mais bien autre chose, et si quelqu'un connaît un mot qui formalise cet autre chose, je suis preneur.

Et Physique Quantique, c'est déjà deux mots.

[Deedee81]

si quelqu'un connaît un mot qui formalise cet autre chose, je suis preneur.

Il y en a qui ont déjà essayé d'introduire d'autres mots, comme "ondicule". Mais ça n'a pas vraiment pris.

Et pour cause, c'est jamais qu'un jeu de vocabulaire et ce n'est pas très intéressant. Même Bohr, pour qui cette distinction entrait dans un cadre philosophique, a changé d'attitude pour parler ensuite d'une dualité dynamique - cinématique. Mais pour une raison que j'ignore c'est sa première idée qui a fait recette.

D'une part, d'un point de vue purement scientifique, on n'a pas besoin de faire une telle distinction et la dualité est sans intérêt. L'important est qu'on a un formalisme mathématique rigoureux (opérateurs, vecteurs d'états d'un espace de Hilbert et touti quanti...que) et dès règles permettant de faire le lien avec les données expérimentales (valeurs propres, règle de Born). Et c'est suffisant.

D'autre part, d'un point de vue vulgarisation, je trouve (à la première personne car là c'est mon opinion) qu'il est plus intéressant de dire que les particules quantiques sont des ondes, et rien que des ondes, mais.... pas classiques. C'est-à-dire que ce qui se rapproche le plus de leur nature c'est les ondes mais avec quelques aspects qui les différencient des ondes classiques :
- l'interaction est toujours ponctuelle (mais en réalité ça dépend de l'interprétation de la MQ !)
- l'intrication (en fait, c'est plus général que ça : la fonction d'onde de deux particules est une fonction qui dépend de six paramètres plus le temps, six coordonnées spatiales et elle ne peut généralement pas se mettre sous la forme de par exemple une somme de deux ondes à trois paramètres. Une telle "onde" n'a pas d'équivalent classique)
- et enfin le fait que certaines grandeurs sont quantifiées.

Si je préfère cela c'est :
- parce que les ondes est ce qui se rapproche le plus des propriétés de particules (le caractère corpusculaire c'est uniquement les interactions ponctuelles).
- parce que les ondes, au moins, c'est facile à comprendre pour un profane. Même si un monde entièrement fait d'ondes peut sembler quelque peu déroutant

[invite06459106]

Le problème, c'est que parler d'onde sans préciser que cela n'a rien à voir avec le concept d'onde "commun" n'est pas une "bonne" vulgarisation, et c'est rarement explicité (d'ailleurs personne ne l'a fait en répondant au primo-posteur...).

Alors ça peut permettre de se raccrocher à un vocabulaire connu, mais (à titre perso), je préfère que l'on me dise tout de suite comment la science s'occupe du truc, la PhysQ et son formalisme (les concepts mathématiques), j'aurais plus de chance de me rendre compte que cela n'a rien à voir avec les concepts de corpuscule ni d'onde.

Cela n'aidera pas plus à comprendre, mais déjà (peut-être) ne pas se méprendre. (encore une fois, ce n'est que mon avis de ce que peut-être une "bonne vulgarisation".

[pm42]

Merci d'avoir pris le temps de répondre, à vrai dire où aller pour parler de sciences sans ce faire incendier à la moindre erreur? merci de ta future réponse

J'ai du mal à voir où tu t'ai fait incendier. Tu veux parler de science, nous sommes plusieurs à te répondre.
Ma remarque est simplement de dire que pour apprendre, il vaut mieux poser des questions qu'avoir un avis sur un sujet qu'on n'a fait qu'effleurer.

D'autre part, d'un point de vue vulgarisation, je trouve (à la première personne car là c'est mon opinion) qu'il est plus intéressant de dire que les particules quantiques sont des ondes, et rien que des ondes, mais.... pas classiques. C'est-à-dire que ce qui se rapproche le plus de leur nature c'est les ondes mais avec quelques aspects qui les différencient des ondes classiques :

Je comprend le point de vue mais je trouve qu'il a ses limites. Si tu veux expliquer ce qui se passe au LHC et des collisions de protons avec émissions de particules nouvelles, passer par la vision ondulatoire risque de compliquer la dite vulgarisation.

[saint.112]

[…] je ne suis ni physicien ni chimiste au jour d'aujourd'hui […]
Bien sur je sais que c'est Huygens qui a prouvé que la lumière se comporte comme une onde selon certaines mesures et qu'Einstein a prouvé qu'elle se comportait comme un corpuscule (j'ai écrit "se comporte comme" et non "est" volontairement pour ne pas faire l'erreur classique ).

Non seulement, comme tu le dis, tu n'as guère de connaissance en sciences mais tu montres que tu n'en as guère en histoire des sciences non plus. Comme l'a déjà rapidement résumé lou_ibmix_xi, et en schématisant aussi très fortement, il y a eu pendant plusieurs siècles un débat animé entre les tenants de la nature corpusculaire de la lumière et ceux de la nature ondulatoire, chaque camp gagnant une bataille au gré des expériences et des découvertes prouvant l'une ou l'autre. Ceci jusqu'à ce que le deuxième camp semble gagner la guerre avec Maxwell. Il restait juste deux ou trois petits faits gênants mais, tout le monde en était persuadé, qu'on allait forcément résoudre… et qu'on a effectivement résolu en démontrant que la lumière est bien les deux à la fois.
Le débat est clos à ce jour et ce depuis plus d'un siècle.

à vrai dire où aller pour parler de sciences sans ce faire incendier à la moindre erreur?

Tu t'es en effet trompé de porte en venant présenter ici ton sujet : bien des intervenants sur ce forum ne sont pas tendres avec ceux qui viennent régulièrement, en toute ignorance de cause, remettre en question les théories les mieux établies et croient pouvoir remettre sur le tapis un débat qui n'a plus aucune raison d'être.

Relis bien la Charte du forum et sache que tu es le bienvenu ici pour poser toutes les questions que tu voudras sur les points que tu n'as pas compris. Il n'y a pas de questions idiotes ou erronées, seules les réponses pouvant l'être. Mais attends-toi à des réactions parfois un peu vives si ces “questions“ sont en fait une remise en question.
Il même conseillé de commencer par essayer de creuser un peu son sujet, en consultant Wikipédia par exemple, avant de poser des questions de cours élémentaires.

Nico

[invite06459106]

Les théories personnelles ne sont pas vraiment bien vues sur FS.
On peut aussi remarquer que vu que comme tu le dis, tu n'es pas physicien, ton "avis" n'est pas réellement informé et pertinent.

Bah ça, c'est pas un incendiaire, mais peu rebuter, et je ne vois pas où est l'erreur dans ce qu'il a exposé dans sa compréhension de la "dualité".
Et le comportement de celle-ci n'est pas les deux, mais aucun des deux.

[invite06459106]

@ Saint.112 et Pm42:
ET bé...je vous trouve bien durs!! d'autant plus qu'il n'a pas fait d'erreur (et je suis que néophyte)!!
Ou alors expliquez moi où elle est, car je fais la même, ce n'est ni l'un ni l'autre ni les deux à la fois mais autre chose, même si il peut y avoir description "comportemental" par l'un ou l'autre.

[pm42]

ce n'est ni l'un ni l'autre ni les deux à la fois mais autre chose

Tu peux mettre en gras des affirmations personnelles, cela ne le rend pas plus vraies.
Voilà un petit lien récent sur des gens qui disent observer les 2 justement (pas ni l'un ni l'autre mais les 2) : http://www.nature.com/ncomms/2015/15...comms7407.html

[invite06459106]

Tu peux mettre en gras des affirmations personnelles, cela ne le rend pas plus vraies.

Exact, Mais ce ne sont pas des affirmations personelles mais celles de pros (même si mes capacités de compréhension sont limitées, je ne pense pas être à côté de la plaque, et j'irai lire ton lien, là ce que j'ai vu vite fait c'est :

In analogy to photons, they exhibit wave–particle duality

.
Donc, j'espère que tu as aussi lu, pour me dire où s'arrête l'analogie et pourquoi/comment l'analogie ne peut aller trop loin.
Sinon, ce que j' ai pu lire sur le formalisme de la lumière et/ou photon(s)....bah pas d'onde ni corpuscule en PhysQ.
Je cite Deedee:

D'une part, d'un point de vue purement scientifique, on n'a pas besoin de faire une telle distinction et la dualité est sans intérêt.

J'ai souligné pour changer du gras.

A ce soir (peut-être, et si d'ici là tu peux me répondre).

[invite06459106]

Trop tard pour l'edit:

Sinon, justement, la réponse est que ce n'est pas "aucun des 2" mais bien "les 2".

Voilà une affirmation qui me semble bien personnelle, même si pas en gras, pourrais-tu l'étayer au niveau du formalisme (je suppose puisque c'est "la réponse")?

PS: Le but est que je rectifies ce que je suis en train de regarder, pas d'entrer dans un guéguerre.

[mach3]

Moi je vais dans le sens de Deedee, c'est des ondes, mais pas classiques.
Ca recouvre tous les aspects, avec en premier le principe d'incertitude, qui nous vient directement de l'optique ondulatoire : si une onde est très étalée dans l'espace par rapport à sa longueur d'onde, elle n'a pas de position précise mais une longueur d'onde précise (et c'est l'aspect ondulatoire le plus courant), si elle est très localisée, elle a une position précise mais sa longueur d'onde n'est plus du tout précise (et c'est l'aspect corpusulaire, "le paquet d'onde").
Quand la longueur d'onde est très petite (nanomètre ou moins, c'est à dire énergie très grande), si l'onde n'est étendue que sur une dizaine de longueurs d'ondes, sa longueur d'onde est assez précise (on connait bien sa vitesse) et on a néanmoins une position relativement précise (<10nm), de l'ordre de la taille des molécules, voire d'atomes, ce qui donne un aspect corpusculaire très marqué (la notion de trajectoire est valide), comme c'est le cas pour les rayons X ou les faisceaux de proton du LHC. Cela explique qu'un modèle purement corpusculaire décrit les collisions de particules avec succès.

Il y en a qui ont déjà essayé d'introduire d'autres mots, comme "ondicule". Mais ça n'a pas vraiment pris.

on trouve aussi "quanton", mais pareil, ça n'a pas vraiment pris.

m@ch3

[Deedee81]

Le problème, c'est que parler d'onde sans préciser que cela n'a rien à voir avec le concept d'onde "commun" n'est pas une "bonne" vulgarisation, et c'est rarement explicité (d'ailleurs personne ne l'a fait en répondant au primo-posteur...).

Tu as raison sur la vulgarisation en général, mais cela ne concerne pas que le concept d'onde. Ca m'énerve souvent de voir de la vulgarisation "pas assez précise". Et ici j'ai bien expliqué (dans mon message précédent)

Je comprend le point de vue mais je trouve qu'il a ses limites. Si tu veux expliquer ce qui se passe au LHC et des collisions de protons avec émissions de particules nouvelles, passer par la vision ondulatoire risque de compliquer la dite vulgarisation.

En fait, pas tant que ça. Car si on veut parler des propriétés quantiques des particules, ce n'est pas trop un problème (excitations du champs et tout ça) et si on veut parler des trajectoires et des collisions, on n'est pas obligé d'aborder ce point d'un point de vue quantique (ça évite l'explication un peu délicate pour laquelle même avec des ondes planes le concept de trajectoire rectiligne dans un détecteur marche aussi, techniquement c'est bien expliqué dans le livre de L.L. Schiff, mais ça alourdirait forcément une explication vulgarisée).

Par contre, quand on veut faire des dessins, par exemple du noyau (avec des électrons autour éventuellement) vouloir le faire uniquement avec des ondes, autant se tirer une balle dans la caboche.

[Deedee81]

on trouve aussi "quanton", mais pareil, ça n'a pas vraiment pris.

Ah oui, je l'avais oublié celui-là. Merci,

Il y en a aussi qui emploient quantum et quanta. Un peu improprement d'ailleurs je trouve.

[invite06459106]

Moi je vais dans le sens de Deedee, c'est des ondes, mais pas classiques.

Je ne suis pas contre puisque ai écrit:

Le problème, c'est que parler d'onde sans préciser que cela n'a rien à voir avec le concept d'onde "commun"[...]

Cependant, dans tout le formalisme (que j'effleure de loin et dans le brouillard) il en ressort (pour moi) que il fait apparaître des notions qui sont plus en rapport avec les probabilités de densités que d'onde, est-ce une erreur de mettre à la poubelle cette notion d'onde? En tout cas au sens classique je pense que l'on peut être d'accord. D'ailleurs, si on pouvait rattacher tout ça à un formalisme existant (onde/corpuscule->classique), on aurait pas la PhysQ.

Et Deedee est "ondiste", que dit-on à un gars qui pense que tout est champs?
Plus sérieusement, je ne vois pas d'erreur dans le raisonnement du primo-posteur (hormis de penser que cela fait encore débat), alors si il y en a une, j'aimerais bien la connaître.

[mach3]

Et Deedee est "ondiste", que dit-on à un gars qui pense que tout est champs?

je ne vois pas d'incompatibilité, bien au contraire! la particule est une excitation élémentaire d'un champ, et cette excitation se propage dans le champ de façon similaire à une onde classique dans un milieu matériel.

m@ch3

[PIXEL]

un "ondiste" pour moi , c'est un musicien ...

https://fr.wikipedia.org/wiki/Ondes_Martenot

[illusionoflogic]

Et pour moi, un "ondiste" c'est un opérateur qui colle-porte des buzz car onnondistetout ou rien d'ailleurs (pas mal hein ? Avouez ?). D'ailleurs il se recopie car ils MQ

Desolé, dans cette triste journée mort née, j'avais envie d'une ligne d'humour

[invite06459106]

je ne vois pas d'incompatibilité, bien au contraire!

Bon, ben c'est tombé à plat.

[Paradigm]

Bonjour Didier, Bonjour à tous

Donc pas de dualité onde-corpuscule, ce n'est ni onde, ni corpuscule.

Cette réponse est convaincante https://www.physicsforums.com/thread...rticle.511178/

Cordialement,

[mmanu_F]

Salut,

pour ceux que ça intéresse, voici une discussion très générale de Daniel Bennequin (en français !) sur le concept de dualité en physique (avec un peu des maths qui vont bien, c'est quand même basé sur un séminaire Bourbaki). L'intro part doucement et donne un peu de prespective et en s'accrochant un peu on peut, à partir de ce concept de dualité, se laisser guider vers les sommets de la physique moderne.

[mmanu_F]

... une discussion très générale de Daniel Bennequin (en français !) ...

juste un petit détail qui vient de me sauter aux yeux, pour ceux qui iraient jusqu'à la page 24. Il parle du théorème de projection GSO qu'il attribue à Goddard, Sent (qui est complétement inconnu au bataillon) et Olive, alors qu'il est dû à Gliozzi, Scherk (mon héros de la physique française) et Olive (celui-là était bon), et quelques maigres détails sur la wiki française.

[invite06459106]

Merci pour le lien.
Par contre les sommets vont demander des mollets en béton.
Pour ceux que ça intéresse, pour la dualité quantique, à partir de la page 9, comme quoi, les mots pour les pros ont une signification qui n'ont plus rien à voir avec le sens commun...comme souvent.

[mmanu_F]

Merci pour le lien.
Par contre les sommets vont demander des mollets en béton.
Pour ceux que ça intéresse, pour la dualité quantique, à partir de la page 9, comme quoi, les mots pour les pros ont une signification qui n'ont plus rien à voir avec le sens commun...comme souvent.

La dualité quantique dont il est question dans cette partie (celle de la page 9) n'est pas liée directement à la dualité onde-particule dont il est question dans ce fil, mais plutôt à la dualité apperçue classiquement entre champ électrique et champ magnétique (évoquée page 3) à la sauce de la théorie quantique des champs. On peut y voir apparaître (page 16) le terme topologique responsable de la brisure de symétrie CP pour l'interaction forte (qui avait été évoquée il y a quelques temps lors d'une discussion avec deedee), dont la généralisation a permis de comprendre plus en profondeur le phénomène de confinement des quarks (par condensation de monopôles) en le liant (par dualité) au mécanisme de Higgs (page 18).

Pour en revenir à la dualité onde-particule, on peut voir un lien formel entre tout ceci est cette dernière, dans la définition de Bennequin de ces dualités quantiques (fin de la page 13 et page 14) où il dit :

Une dualité est un changement de coordonnées ; le plus proche analogue en Analyse classique est la transformée de Fourier.

Ce qui peut être mis en parallèle avec la description de la perception visuelle et de la dualité onde-particule dont il parle brièvement en introduction (page 2) en terme de "changement de repère" encodé mathématiquement par la transformation de Fourier. Il y précise justement que le principe d'incertitude quantique "limite la compatibilité des points de vue mis en dualité."

Pour continuer mon analyse complétement non-linéaire de son texte (désolé, mais il y a tellement de sagesse concentrée dans son texte que je ne peux pas m'empêcher de commenter), je reviens vite fait à la page 14 et à l'intérêt des dualités quantiques (de la théorie des champs et de la théorie des cordes) :

Les exemples les plus intéressants échangent une théorie descriptible en UV avec une théorie descriptible en IR.

Les principales dualités sont des "dualités faible/fort", c'est-à-dire qu'elles échangent les couplagent faibles avec les couplages forts.

Ce qui est la clé pour comprendre le confinement des quarks (§ au milieu de la page 13 et dernier paragraphe de la page 18) mais aussi pour comprendre la correspondence AdS/CFT (dont j'ai pas mal parlé par mel avec un collègue, qui ne veut pas se décider à poster ses questions sur futura, j'éspère pouvoir synthétiser tout ça un jour pour le poster ici ...)

Enfin, il y a encore une remarque de Bennequin à la fin de la page 3 que je veux redonner ici :

La dualité se révèle être un principe fondamental en théorie quantique des champs. Elle transforme le principe de correspondance de Bohr : une théorie quantique est associée à une théorie de champ classique, mais, une fois la théorie quantique développée, il apparaît d'autres théories classiques représentant certaines limites, certains points de vue différents, sur la même théorie quantique.

J'ai même rencontré des théories quantiques qui fascinent les physiciens parce qu'elles n'ont pas de limite classique...

[mmanu_F]

Décidément, je vais avoir du mal à m'arrêter (et je n'ai pas encore relu les 15 dernières pages) ! Il y a encore une reflexion intéressante page 19, qui se lie à d'autres discussions concernant la "réalité" des particules (par exemple ici) :

Les nombres quantiques de Noether (électriques) et topologiques (magnétiques) s'échangeraient.

La réponse de Lubos est toujours bonne à lire sur la question (On voit d'ailleurs apparaitre la dualité onde-particule dans la question et au début dfe la réponse de Lubos, mais ce n'est ici encore qu'une mise en bouche.) : une particule peut très bien être vue comme un défaut topologique dans une description duale ! C'est d'ailleurs une question que j'ai déjà vue posée concernant la correspondence AdS/CFT, à savoir qu'elle est la description la plus "réelle" ? La réponse étant bien enendu que les deux descriptions sont tout aussi réelles l'une que l'autre, elles décrivent la même physique dans des régimes différents, elles sont deux points de vues différents sur la même réalité, même si le nombre de dimensions est différents dans les deux théories duales, même si l'une contient des phénomènes gravitationnels et l'autre n'a même pas de particules mais plutôt des unparticules (les particules dans une théorie conforme, c'est-à-dire en gros invariante d'échelle). C'est l'idée aussi derrière la conjecture ER=EPR (dont ça a discuté pas loin d'ici et qui me turlupine beaucoup) qui lie les phénomènes d'intrication quantique aux trous de ver non-traversables.

Enfin, le reste de la page 19 parle du programme de Langland qui dévoile les lien entre la théorie des nombres et la géométrie et qui est un terrain fécond d'interaction entre mathématiciens et physiciens. Et comme je viens de lire un excellent article sur le sujet et sur un jeune mathématicien allemand comme on les aime, je balance le lien ici pour les intéressés (c'est en anglais, sur le très bon quantamagazine, par la talentueuse Erica Klarreich dont je recommande la plupart des articles, en particulier sur le sujet, voir "related" à la fin de son article.)