Heisenberg est-il la limite de l'absolu ?

[invite6e237638]

Bonjour,

Nouveau sur ce forum que je trouve excellent, je vous propose une petite question dont il n'existe pour l'instant aucune réponse, d'après mes maigres connaissances.
Ainsi, je vous invite à y réfléchir ensemble.

Par ailleurs, si ce sujet a déjà été traité, je m'en excuse par avance ( j'ai effectué une recherche, mais on ne sait jamais).

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Nous savons que la relation d'Heisenberg nous interdit d'avoir une précision infine sur certains couples de valeurs. Nous savons également que sa relation n'est pas lié à la mesure (à la précision des instruments) mais qu'elle est due à la nature même des éléments mesurés.

Pourtant existe t il un absolu? Un éléctron a t il une quantité de mouvement et une position donnés mais qui ne nous sont pas accessibles?
La majorité des bouquins disent qu'on ne peut pas parler de trajectoire pour un éléctron ; j'ai oujours compris cette phrase de la manière suivante : comme on ne peut pas définir exactement la position et la vitesse, donc on n'aura jamais accès à la trajectoire.
Mais cette trajectoire existe t elle ou pas?
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[invite06fcc10b]

Pourtant existe t il un absolu? Un électron a t il une quantité de mouvement et une position donnés mais qui ne nous sont pas accessibles?

Si j'ai bien compris les bouquins ... ça dépend !
A priori, si on considère le déplacement de l'électron, il y a propagation d'une onde et comme chacun sait, une onde n'est pas localisée. C'est comme si on disait : "quelle est la position de la vague ?" et comme une vague n'est pas localisée, la question n'a pas de sens.
Et cependant, si l'électron interagit avec quelque chose, c'est l'aspect corpusculaire qui se manifeste. Dans ce cas, la position semble pouvoir être mesurée avec précision mais c'est là me semble t-il qu'on peut utiliser Heisenberg. Donc, toujours si j'ai bien compris (un physicien viendra je l'espère à la rescousse), la position ne doit pas avoir vraiment de sens pour une particule, car il doit rester une partie ondulatoire qui n'est pas localisée.
Ce ne serait donc pas un problème d'accessibilité, mais un problème de représentation. Une particule n'est décidément pas une petite boule !

[moijdikssékool]

pourtant le courant électrique a une direction connue (celle du câble électrique, aussi tordu puisse-t-il être) et est le résultat d'un mouvement d'électrons. Si ce mouvement pouvait être représenté par une onde, pourrait-on parler de direction?

[inviteda5dc487]

pourtant le courant électrique a une direction connue (celle du câble électrique, aussi tordu puisse-t-il être) et est le résultat d'un mouvement d'électrons. Si ce mouvement pouvait être représenté par une onde, pourrait-on parler de direction?

Ton électron est représenté en tant qu'onde comme un paquet d'onde et il a une direction de propagation.
Maintenant dans un câble électrique, il peut peut-être y avoir tant d'électrons que les paquets d'onde se superposent mais là encore tu dois pouvoir définir une direction de propagation.
La définition précise c'est que ton éléctron se déplace à la vitesse de groupe de l'onde. Elle s'écrit . Donc quand tu as défini la fonction de ton onde, tu dois avoir la vitesse de ton électron. Mais je crois que c'est seulement valable pour un paquet d'onde. Après quand tu as un truc difforme je sais pas trop comment ça marche...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

C'est un peu plus compliqué que cela. On peut très bien mesurer avec une grande précision la position du centre de gravité de la vague, ou la position du milieu du train d'onde.
En mécanique quantique, pas vraiment. Enfin... on peut toujours, mais cela a beaucoup moins de sens qu'un centre de gravité, ou que le milieu d'une onde.

Le principe de superposition quantique fait toute la différence. Si une particule peut être dans deux états, même mutuellement exclusifs, alors elle peut passer aussi dans une superposition de ces deux états, comme un chat de Schrödinger qui est à la fois mort et vivant.

Par exemple, si elle peut se comporter comme une onde ou comme une particule, elle peut aussi passer dans un état qui est la combinaison des deux.

Ces états ne sont pas observés en pratique, mais leur existence est nécessaire pour expliquer le résultat des éxpériences.

Lorsque la position d'une particule est indéterminée au sens de Heisenberg, cela signifie qu'elle est dans une superposition d'états où sa position est différente.
Si on mesure sa position, elle n'est plus dans une superposition d'états de position, mais elle passe dans une superposition d'états où sa quantité de mouvement (donc vitesse) est différente.

D'un point de vue fondamental, on ne peut pas dire qu'il existe une position et une vitesse déterminée sans qu'on puisse le savoir. Cela conduirait à des paradoxes. Un peu comme si on voulait dépasser la vitesse de la lumière.

Il faut juste imaginer la particule comme un objet d'une nature que l'on ne conaissait pas avant, et qui par définition, se comporte en obéissant au principe d'indétermination de Heisenberg, contrairement à la matière ordinaire. C'est juste un objet un peu spécial. Le fait de ne pas avoir de vitesse et de position déterminées est sa nature propre, comme une pièce de monnaie ne peut pas indiquer à la fois pile et face.

[Pio2001]

Remarque : une particule peut être dans une superposition de l'état où sa vitesse est déterminée donc pas sa position, et de l'état où sa position est déterminée, donc pas sa vitesse.
Cet état est donc le même que celui où sa position est indéterminée et sa vitesse est indéterminée.

[moijdikssékool]

après tout, dans une fibre optique, on peut arriver à donner une direction à une onde

Mais cette trajectoire existe t elle ou pas?

moijdiraik oui
si je ne mabuse, on parle de Heisenberge de part son principe d'incertitude, et l'on parle d'incertitude lorsque l'on peut mesurer ou quantifier l'erreur d'un résultat ou d'une mesure. Si je me souviens, l'électron se balade à une vitesse proche de celle de la lumière, alors que les distances parcourues lors d'une révolution par un électron sont ridiculement petites. Alors que l'on pourra quantifier de manière raisonnable la distance d'un astre que l'on regarde dans le ciel ou mesurer la distance terre lune grâce à l'impulsion d'un faisceau lazer, quantifier la position de ton électron serait vraiment hasardeux (d'autant que la géométrie d'un atome est symétrique. A moins que ta question est de connaître le mouvement d'un électron dans une molécule?). Alors peut-être se comporte-t-il comme une onde (il est partout à la fois autour de son atome, un peu comme si l'atome émettait une onde 'discrète') mais dire que c'est une onde...

[invite88ef51f0]

Salut,
Na3im, tu peux chercher du côté des inégalités de Bell. Ce sont des inégalités qu'on doit avoir si on suppose que la théorie est locale et à variables cachées (dans le cas qui t'intéresse, s'il existe une position et une vitesse réelles). La violation de ces inégalités par l'expérience (expérience d'Alain Aspect) montre que ce n'est pas le cas.
Maintenant, il existe plusieurs interprétations équivalentes de la mécanique quantique. Par exemple, l'interprétation la plus courante ("interprétation de Copenhague") dit que la physique quantique n'est ni locale ni à variables cachées. Mais il y en a d'autres : par exemple, il me semble que l'interprétation de Bohm est à variables cachées (mais non locale pour respecter l'expérience). Pour l'instant, rien ne permet de trancher entre les différentes interprétations.

[moijdikssékool]

Na3im, tu peux chercher du côté des inégalités de Bell. Ce sont des inégalités qu'on doit avoir si on suppose que la théorie est locale et à variables cachées (dans le cas qui t'intéresse, s'il existe une position et une vitesse réelles). La violation de ces inégalités par l'expérience (expérience d'Alain Aspect) montre que ce n'est pas le cas

quel est le rapport avec sa question? que l'électron a un comportement quantique 'il est là mais il est pas là'?

il me semble que l'on trouver faire facilement l'équation d'équilibre de l'électron en faisant intervenir les efforts dûs à l'attraction électrique et la force centrifuge. On connaît alors son équation de mouvement mais il faut les conditions à l'origine. Comme on ne connaît pas sa position initiale (vu la remarque de mon dernier message, on ne peut la connaître qu'avec une incertitude de plusieurs révolutions, ce qui signifie une incertitude totale), on ne peut connaître sa position à un instant t
bref, ca revient à connaître la vitesse et la position d'une formule 1 à un instant t avec une caméra qui fait une capture d'image toutes les heures avec un temps de pose d'1 heure. Tu verras (pour peu que la course se fasse la nuit, la F1 ayant des phares et des feux allumés) une sorte d'onde

[invite6e237638]

Coincoin :

Oui, effectivement l'expérience d'Alain Aspect viole les inégalités de Bell et par voie de conséquence, invalide la théorie à variables cachées. Pourtant, on ne peut pas conclure à l'inexistence d'une vitesse absolue. Ou alors je me trompe?

D'un point de vue fondamental, on ne peut pas dire qu'il existe une position et une vitesse déterminée sans qu'on puisse le savoir. Cela conduirait à des paradoxes. Un peu comme si on voulait dépasser la vitesse de la lumière.

Je crois que tu touches là un point important, c'est tout l'objet de ma question. Car peut être qu'il existe une position et une vitesse determinées mais qu'on ne peut pas le savoir.

En fait, comme je l'ai dit, il semble qu'il n'y ai pour l'instant pas d'avis définitif sur la question.
Quand j'ai posée cette question à mon professeur de physique quantique ( un professeur russe étonnant! )
il a commencé par me donner un autre exemple où le principe d'incertitude d'Heisenberg s'applique, loin de la mécanique quantique :l'effet doppler. Plus précisemment lorsqu'on tente de déterminer la vitesse et la dimension d'un "élément" dans le sang. On utilise pour cela l'effet Doppler. Il se trouve, pour résumer, qu'on doit faire un choix entre :
- avoir une bonne précision de la dimension
- avoir une bonne précision de la vitesse.
Si on augmente la fréquence, on accroit la précision de la vitesse mais on perd de l'information sur sa dimension et inversement. On aboutit alors à une relation type Heisenberg. Ceci m'a beaucoup étonné et comme vous pouvez le voir, on aura beau augmenter la précision des appareils, ça ne changera rien...
Cela dit, on sait que cet "élément" a bien une vitesse et une position donné mais on n'y a pas accès.
Maintenant, la grande différence avec les particules quantiques, selon mon ancien Prof, est qu'on est trop ignorant de leur nature. Du coup, on est obligé, comme l'a dit Pio2001, d'accepter certaines propriétés comme étant des définitions de leur nature...

Qu'en pensez vous?

[invite06fcc10b]

Si une particule peut être dans deux états, même mutuellement exclusifs, alors elle peut passer aussi dans une superposition de ces deux états, comme un chat de Schrödinger qui est à la fois mort et vivant.

Il me semble qu'il y a là un problème de vocabulaire, car si c'est mutuellement exclusif, de façon logique il ne peut y avoir les 2 à la fois. Ne pourrait-on pas dire plutôt que la particule est dans un état composé de 2 (ou plus) aspects qui ne peuvent être observés de façon simultanée. Ce serait comme un visage humain qui comporte une face et un profil et qui ne peut montrer à un observateur les 2 à la fois. Mais il n'y a pas d'exclusion mutuelle au niveau de la représentation du visage, nous avons bien à la fois 1 face et 1 profil.

Lorsque la position d'une particule est indéterminée au sens de Heisenberg, cela signifie qu'elle est dans une superposition d'états où sa position est différente.

Là encore, il me semble qu'il y a le même problème de vocabulaire, non ? On a l'impression qu'il existe bien une caractéristique de position attachée à la particule et que la particule aurait plusieurs positions à la fois. Est-ce que ça ne heurte pas un peu le bon sens ?
Ne devrait-on pas dire plutôt (à confirmer) que la particule a plusieurs aspects (face ou profil pour reprendre l'analogie des visages) et que chaque aspect a une position différente. Et là, le sens commun reprend le dessus me semble t-il, il n'y a plus de paradoxe.
Tout le problème provient du fait qu'on cherche à tout prix à attacher une position à la particule indépendamment de son "aspect". C'est en réalité le concept d'"état" de la particule qui me semble inadéquat pour décrire un "aspect" d'une particule car dans le sens commun de notre monde déterministe, l'état d'une chose est unique.

Je crois que tu touches là un point important, c'est tout l'objet de ma question. Car peut être qu'il existe une position et une vitesse determinées mais qu'on ne peut pas le savoir.

Donc a priori, si j'ai bien compris Pio2001, avec la superposition d'états (que je suggère d'appeler "aspect" pour notre sens commun) la question n'a pas de sens, il n'y a pas de position et de vitesse déterminées, tout comme il n'y a pas de position du barycentre d'un visage tant qu'on ne sait pas si on parle uniquement d'un profil ou uniquement de la face.
(et on peut généraliser à tous les aspects d'un visage, de sorte qu'il existe une infinité de barycentres possibles, selon l'aspect qui est présenté).
Il me semble qu'on peut dire en fin de compte que dans le cas général, la position n'est pas une variable indépendante d'une particule (indépendante par rapport à ses autres propriétés), contrairement à la position des objets qui nous entourent, et c'est pour ça que ça heurte le sens commun.

[Pio2001]

Si tu veux, mais ta description ne rend pas compte du principe de superposition quantique.
Une particule peut présenter un seul aspect, mais aussi plusieurs aspects à la fois, selon son état quantique.
Ce dernier cas n'est pas observable, mais existe nécessairement pour rendre compte du comportement de la particule.

Il faut pouvoir décrire les deux cas, qui sont différents :
La particule a plusieurs aspects à la fois, mais n'en montre qu'un seul
La particule n'a qu'un seul aspect et le montre
Il s'agit de deux états possibles d'une même particule.

[moijdikssékool]

et si on fabrique un 'appareil photo' plus rapide qu'un électron, on doit bien pouvoir le voir l'électron, non? Ou alors on le voit pas parceque l'appareil photo utilise des électrons pour fonctionner et c'est pour ça qu'il ne peut être plus rapide qu'un électron?
parceque c'est sûr, pour connaître la vitesse d'une formule 1, une seule photo ne suffit pas. Il en faut une deuxième, c'est la plus compliqué à faire car il faut que le temps entre les 2 photos soit le plus court possible. Mais bon, c'est une difficulté technique rien de plus
qu'est-ce-que c'est que cette histoire d'état de l'électron?

[inviteba0a4d6e]

et si on fabrique un 'appareil photo' plus rapide qu'un électron, on doit bien pouvoir le voir l'électron, non? Ou alors on le voit pas parceque l'appareil photo utilise des électrons pour fonctionner et c'est pour ça qu'il ne peut être plus rapide qu'un électron?

Qu'est-ce qu'on photographie finalement avec un appareil photo ? Des photons... lesquels ont des longueurs d'onde bien spécifiques... Comment photographier une particule qui n'émet pas les photons adéquats à l'appareil photo ?

[moijdikssékool]

Qu'est-ce qu'on photographie finalement avec un appareil photo ? Des photons... lesquels ont des longueurs d'onde bien spécifiques... Comment photographier une particule qui n'émet pas les photons adéquats à l'appareil photo ?

et comment fait-on pour voir un trou noir? on attend qu'il passe devant une source lumineuse. J'ai parlé d'appareil photo, mais on peut l'imaginer d'une autre manière qu'un piège à photon. Parmi tout ce qui est bon pour détecter un mouvement (émission énergie, interaction avec extérieur, interférence...), on doit pouvoir imaginer un 'appareil photo à électron'. Enfin bref, il s'agit là d'un problème technique, pas d'une erreur de principe

[invite5eaacd48]

Je n'ai aucune idée car je ne connais pas cette théorie mais si la trajectoire n'existe pas nous retournons alors à la théorie de thomson et son pain au raisin.

[invitea29d1598]

Je n'ai aucune idée car je ne connais pas cette théorie mais si la trajectoire n'existe pas nous retournons alors à la théorie de thomson et son pain au raisin.

bah non, on ira vers une théorie quantique...

d'ailleurs, c'est pas "on ira", c'est "nos lointains ancètres sont allés"...