Electron : onde ou particule ?

[invite64e915d8]

Bonjour,

Dernièrement, je me suis interessé à l'électron car je voulais tenter de comprendre comment se faisait-il qu'il ne perde pas de l'énergie au fil du temps et finisse par se coller au proton (je n'ai toujours pas eu ma réponse d'ailleurs) mais il y a autre chose qui me turlupine :

Je suis tombé sur des discussions où il était fait mension de la physique quantique et de la non position d'un électron. J'ai en fait cru comprendre que l'électron n'était pas un corps géométrique proprement dit mais plutôt une onde que l'on ne pourrait pas localiser.
Mais malgré mes recherches sur plusieurs forums je n'ai trouvé aucune réponse précise et unanime a ce sujet.

L'électron est-il un corps géométrique tel qu'on nous l'enseigne au lycée sous la forme d'une petit bille tournant autour du noyau ou bien une onde donc pas de forme ??
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[invitea774bcd7]

Il est les deux en même temps. C'est la dualité onde-corpuscule
--> http://fr.wikipedia.org/wiki/Dualité_onde-particule

[mach3]

L'électron est-il un corps géométrique tel qu'on nous l'enseigne au lycée sous la forme d'une petit bille tournant autour du noyau ou bien une onde donc pas de forme ??

ce n'est ni une onde ni une particule mais présente les caractéristiques de l'une ou l'autre selon les situations. Comme un cylindre, qui selon l'angle ou on le regarde parait comme un cercle ou comme un rectangle mais n'est ni l'un ni l'autre. Le terme quanton est parfois utilisé pour définir ce type d'objet mi-particule mi-onde.

Tu n'as pas du chercher assez , il y a eu pas mal de discussions la-dessus ici même il n'y a pas longtemps, notamment celle-ci : http://forums.futura-sciences.com/thread163279.html

m@ch3

[invite64e915d8]

Je ne suis pas sur de comprendre

Il est donc desfois une particule puis quelques instant plus tard c'est une onde ??

[A voir en vidéo sur Futura]

[Coincoin]

Salut,
Non, il n'est ni l'un ni l'autre. Tout comme le cylindre ressemble par certains aspects à un rectangle et par d'autres à un cercle mais n'est ni l'un ni l'autre.

Personnellement, je préfère l'ornithorynque comme exemple...

[invitea774bcd7]

Personnellement, je préfère l'ornithorynque comme exemple...

C'est quoi cet exemple ? Connais pas…

[invite64e915d8]

Ah oki merci ^^ Demain je vais me la pétér un peu devant ma prof de physique et devant mes potes

[Coincoin]

C'est quoi cet exemple ? Connais pas…

C'est la même chose en remplaçant "cylindre" par "ornithorynque", "rectangle" par "canard" et "cercle" par "castor". Ça enlève l'aspect magique de la dimension supplémentaire et ça renforce l'aspect bâtard de la bête. Mais c'est assez personnel comme métaphore.

[invitea774bcd7]

Lol

L'ornithorynque, c'est la preuve que Dieu a le sens de l'humour (je sais plus où j'ai entendu ça…)

[inviteea6fd0dc]

Lol

L'ornithorynque, c'est la preuve que Dieu a le sens de l'humour (je sais plus où j'ai entendu ça…)

Va raconter cela à l'ornithorynque

[invitefa5fd80c]

Va raconter cela à l'ornithorynque

Excellente idée

La présence d'un observateur pourrait le transformer soit en canard, soit en castor

[Gwyddon]

Bonsoir,

N'oubliez pas les autruches..

[ketchupi]

Va raconter cela à l'ornithorynque

bah ils ne doivent pas mal le vivre, sinon, y aurait déjà eu une manif !!

rapport aux évènements qui se passent en France actuellement...... bon ok je sors.....

[invite98103e22]

Salut,
Non, il n'est ni l'un ni l'autre. Tout comme le cylindre ressemble par certains aspects à un rectangle et par d'autres à un cercle mais n'est ni l'un ni l'autre.

Personnellement, je préfère l'ornithorynque comme exemple...

Je ne vois pas ce le paralléle avec le cylindre vient faire içi.
s'il est vrai que les choses peuvent apparaitrent sous différents aspects
selon l'angle d'observation ,la réalité existe indépendement de toutes observations!
l'univers n' a pas attendu que l'on vienne l'observer pour exister!
En fait quelque chose doit manquer pour concilier le comportement tantot corpusculaire et tantot ondulatoire
déjà on peut remarquer que le comportement d'un grand nombre de photons est toujours ondulatoire
il est corpusculaire quand on a les photons un par un
Mais que veut dire envoyer des photons un par un ?
Pour prendre l'image d'une vague ,chaque goutte est une particule et l'ensemble des particules en un mouvement est une vague
en quelque sorte la vague est lié au mouvement et ne peut ezxister au repos
et s'il en etait ainsi des particules?
nul n'a jamais obervé de parrticule au repos et on peut penser que le mouvement ferait partie de la particule elle meme ou plutot d'un flot de particules

Dans l'experience des fentes d'YOUNG ,quand on envoit les photons un par un
un grand nombre de photons reconstitue les interférences
Tout se passe comme si ,le phénoméne etait observé au ralentit
et que chaque photon envoyé ne l'etait pas séparement comme on le pense mais comme faisant partie du meme flux lumineux !!
autrement dit vouloir isoler une particule de lumiere n'aurait pas de sens
dans un phénoméne lumineux ,pas plus que d'isoler une goutte d'eau dans une vague pour expliquer le mouvement de la vague!!

[Coincoin]

Je ne vois pas ce le paralléle avec le cylindre vient faire içi.

Toi aussi tu préfères l'analogie avec l'ornithorynque ?

En fait quelque chose doit manquer pour concilier le comportement tantot corpusculaire et tantot ondulatoire

Pas d'un point de vue formel. C'est simplement au niveau de la vulgarisation qu'il est difficile que les objets quantiques ont à la fois des caractéristiques corpusculaires et des caractéristiques ondulatoires.

déjà on peut remarquer que le comportement d'un grand nombre de photons est toujours ondulatoire

Non. Si je t'envoies une palanquée de photons gamma, tu ne verras pas l'aspect ondulatoire.

il est corpusculaire quand on a les photons un par un

Non. L'expérience des fentes d'Young en envoyant les photons un par un montre un caractère ondulatoire.

Pour prendre l'image d'une vague ,chaque goutte est une particule et l'ensemble des particules en un mouvement est une vague

Non. L'image n'est pas suffisante. En effet, chaque électron a un comportement ondulatoire.

Dans l'experience des fentes d'YOUNG ,quand on envoit les photons un par un
un grand nombre de photons reconstitue les interférences

On commence à observer des interférences même pour quelques photons.


Il faut bien se rendre compte que ce que certains considèrent comme paradoxale ne révèle que les difficultés qu'a la vulgarisation à faire passer des concepts bien éloignés des conceptions intuitives. D'un point de vue formel, il n'y a aucun problème : le "quanton" n'est ni une onde ni un corpuscule, même s'ils partagent des caractéristiques.

[curieuxdenature]

Bonjour frje33

En fait quelque chose doit manquer pour concilier le comportement tantot corpusculaire et tantot ondulatoire

Autrement dit, tu ne fais que répéter ce que Coincoin disait : en observant une boite de conserve vue de dessus on voit un cercle, vue de face c'est un rectangle.
Menfin, à ce que j'ai constaté jusqu'à présent, celui qui sait ce qu'est un photon ne prend pas le risque de vendre la mèche.

[chaverondier]

S'il est vrai que les choses peuvent apparaitre sous différents aspects selon l'angle d'observation, la réalité existe indépendemment de toute observation !

Peut-être, mais en est-on vraiment sûr ? Sait-on décliner, sans difficulté d'interprétation, cette affirmation en terme de prédictions réfutables par l'expérimentation. Vu que l'on ne peut pas (que l'on ne sait pas ?) attribuer aux "objets" (1) de propriété indépendante à la fois de l'observateur et des grandeurs qu'il choisit d'observer (2), ça donne à la réalité une interprétation qui l'éloigne du sens commun. Le plus dur, c'est le caractère non commutatif de l'algèbre des observables quantiques, caractère en conflit assez dur avec notre perception intuitive classique du monde qui nous entoure (3). Ca l'éloigne même tellement qu'il y a encore des discussions pour savoir si la localité (largement confirmée expérimentalement) est compatible ou pas avec une interprétation réaliste des entités physiques observées (4).

D'une façon un peu plus large, la levée de problèmes d'interprétation
* de l'irréversibilité (5),
* de l'entropie,
* de la mesure quantique,
* de la non localité quantique,
* de l'indéterminisme de la mesure quantique,
* de l'incompatibilité entre mesure quantique et mécanique quantique unitaire,
* de l'incompatibilité entre espace-temps-matière-gravitation et mécanique quantique...
pose de sérieux problèmes.

Si ça se trouve, dans plusieurs études délicates en physique, nous sommes en partie confrontés à des problèmes de langage et de perception intuitive du monde qui nous entoure, là où nous croyons être confrontés à des problèmes essentiellement mathématiques ou physiques (5).

(1) notion d'ailleurs délicate eu égard à la non séparabilité quantique.

(2) contextualité de la mesure quantique : le résultat de la mesure ne dépend pas seulement des propriétés de l'objet observé. Il dépend aussi de la propriété que l'on décide d'observer.

(3) perception intuitive classique modélisable par l'algèbre commutative des observables de l'état d'un "système classique". De cette algèbre commutative d'observables, on peut faire émerger un espace de phase modélisant l'état du système observé. Cet espace est tel que les observables classiques de l'état du système s'y décrivent par des fonctions continues sur cet espace, cf le théorème de Gelfand.

En mécanique quantique, on a bien une algèbre d'observables, mais cette algèbre n'est plus commutative. On perd la possibilité de décrire simultanément toutes les propriétés physiques que l'on peut extraire de l'observation d'un système. Ces propriétés deviennent une caractéristiques de l'interaction entre l'observateur et le système observé et non une caractéritique objective du système. Heureusement, on conserve l'intersubjectivité. Deux observateurs observant le même système sont d'accord sur ce qu'il observent (à condition toutefois de bien respecter le viel adage de bison futé : boire ou observer, il faut choisir).

(4) et ce malgré le théorème de Bell et la violation des inégalités de Bell. Comme d'habitude, l'attaque se fait traitreusement au niveau des hypothèses du théorème en question.

(5) Déjà, tout notre langage exprime les choses et les actions en les plaçant dans un temps préexistant indépendemment de tout observateur ou de tout acte d'observation (nos phrases s'expriment presque systématiquement au présent, au passé ou au futur). Dès lors, comment être en mesure de concevoir que le temps puisse émerger de phénomènes physiques (ou plutôt d'échanges d'information entre observateur et monde observé) présentant un caractère plus fondamental ?

[livre]

Il est donc des fois une particule puis quelques instant plus tard c'est une onde ??

H.Poirier , Il n'y a plus de paradoxes quantiques, Science et Vie, Nr.1019, pp.58-69 (Août 2002)

[invite6d6bb0c1]

la réalité existe indépendement de toutes observations!
l'univers n' a pas attendu que l'on vienne l'observer pour exister!
En fait quelque chose doit manquer pour concilier le comportement tantot corpusculaire et tantot ondulatoire

Justement non, la mecanique quantique n'a pas pour pretention de decrire formellement la Nature, mais tente de decrire et de facon deterministe, l'interaction entre l'observateur et la Nature. C'est la reduction du paquet d'ondes.
Et ceci prend vraiment un sens lorsque l'on veut mesurer des objets infiniment petits ; Mesurer un photon, revient a le detruire (puisqu'il est capte par l'instrument de mesure), ou au mieux, a transformer ses proprietes. Il convient alors de se poser la question :
Le photon que je viens d'observer est-il le meme que celui qui serait passe sans que je n'interagisse avec lui ?
On convient que cette question n'avait pas lieu d'etre poser lorsque les objets observes etaient macroscopiques (comme une pomme). Le fait de regarder une pomme tomber, n'influe pas (a priori) sur ses proprietes.
On dit d'ailleurs qu'il y a une barriere Quantique/Classique, et qu'au dela de cette barriere les lois la theorie passe de classique a quantique, et inversement. Cependant, on ne connait pas la position exacte de cette barriere.

Enfin, je suis tout a fait d'accord avec Coincoin quand il dit qu'un "quanton" n'est ni une onde ni un corpuscule. Cependant comme le mot fonction d'onde ne parle pas a une representation de l'esprit, il devient confortable de puiser dans des concepts compris, les proprietes appropriees, parfois d'une onde ou d'un corpuscule.

[chaverondier]

La mecanique quantique n'a pas pour pretention de decrire formellement la Nature, mais tente de decrire, et ce de facon deterministe, l'interaction entre l'observateur et la Nature.

A ce jour, on ne cherche plus trop dans cette direction. Certains, comme A. Zeilinger, W. Zurek, M. Bitbol ou C. Rovelli cherchent plutôt, au contraire, à faire émerger naturellement, d'une approche informationnelle de la mécanique quantique, les raisons de l'indéterminisme de la mesure quantique.

On dit d'ailleurs qu'il y a une barriere Quantique/Classique, et qu'au dela de cette barriere la theorie passe de classique a quantique, et inversement. Cependant, on ne connait pas la position exacte de cette barriere.

C'est tout le mystère de la mesure quantique. Un certain nombre de physiciens pensent que cette barrière, c'est tout simplement l'observateur lui-même et que le phénomène observé de réduction du paquet d'onde découlerait de l'interaction de l'observateur avec le système observé (qu'il soit ou pas conscient de cette interaction d'ailleurs).

Enfin, je suis tout a fait d'accord avec Coincoin quand il dit qu'un "quanton" n'est ni une onde ni un corpuscule.

Exprimé autrement, on peut dire que la propriété acquise par l'objet observé à l'issue de l'observation dépend de ce qu'on observe (cad dépend du contexte expérimental de l'observation) et on ne peut pas observer simultanément des observables qui ne commutent pas. Ce que l'on qualifie de dualité onde-corpuscule est, me semble-t-il, la manifestation (appliquée au cas particulier des observables conjuguées d'impulsion et de position) du caractère non commutatif de l'algèbre des observables des systèmes quantiques (cad en fait de tous les systèmes physiques quand on descend à un niveau de description plus fin que celui correspondant à la description classique des systèmes et phénomènes physiques).

[invite6d6bb0c1]

on ne peut pas observer simultanément des observables qui ne commutent pas. Ce que l'on qualifie de dualité onde-corpuscule est, me semble-t-il, la manifestation (appliquée au cas particulier des observables conjuguées d'impulsion et de position) du caractère non commutatif de l'algèbre des observables des systèmes quantiques

Non la dualite onde/corpuscule, ne vient pas de l'algebre lineaire non commutatif. Les inegalites de Heisenberg (en Energie/temps ou impulsion/position) sont elles, une consequence de cet algebre, et predisent une imprecision infranchissable sur la mesure.
La dualite onde/corpuscule est vraiment un moyen d'etre capable de decrire des proprietes de la particule quantique. cependant cela n'a pas vraiment de sens quantique, c'est juste essayer de ramener la particule a des concepts que l'on peut comprendre et interpreter.

(cad en fait de tous les systèmes physiques quand on descend à un niveau de description plus fin que celui correspondant à la description classique des systèmes et phénomènes physiques).

Il n'est pas possible de decrire une balle de tennis, objet macroscopique, avec la theorie quantique. Il n'est pas possible de parler et calculer la longueur d'onde de De Broglie d'un tel objet. Et pas parce que la theorie quantique est trop lourde, mais parce qu'elle ne s'applique pas aux objets macroscopiques.

[bashad]

Salut!

cercle ou rectangle une visualisation:

http://quark.chez-alice.fr/quantic.html

[chaverondier]

Non la dualite onde/corpuscule, ne vient pas de l'algebre lineaire non commutatif. Les inegalites de Heisenberg (en Energie/temps ou impulsion/position) sont elles, une consequence de cet algebre, et predisent une imprecision infranchissable sur la mesure.

Intrinsèquement, les inégalités de Heisenbeg ne prédisent aucune imprécision que se soit. L'inégalité delta x . delta p > hbar/2 est relative au produit de la dispersion de la fonction d'onde exprimée dans la "base" des positions par la dispersion de cette même fonction d'onde exprimée dans la "base" des impulsions. Or l'observable position et l'observable impulsion sont des observables conjugées si bien que le passage d'une représentation à l'autre s'effectue par transformation de Fourier. Cette inégalité découle donc en fait d'une propriété de la transformation de Fourier.

Pour autant, ces inégalités restent vraies sans que cela ne mette en cause, de quelque façon que ce soit, le caractère déterministe des évolutions quantiques (en dehors, bien sûr, du processus de mesure quantique, lequel processus ne respecte pas la dynamique déterministe, réversible et unitaire des évolutions quantiques pour des raisons qui restent encore objet de discussion).

Il n'est pas possible de decrire une balle de tennis, objet macroscopique, avec la theorie quantique et pas parce que la theorie quantique est trop lourde, mais parce qu'elle ne s'applique pas aux objets macroscopiques.

Houla ! Il faut vite publier le papier qui en apporte la preuve. Ca devrait faire un tabac.

[invite6d6bb0c1]

Intrinsèquement, les inégalités de Heisenbeg ne prédisent aucune imprécision que se soit.

Enfin, alors explique moi comment obtenir une valeur de l'impulsion sans imprecision, en meme temps qu'une valeur de la position.
Je suis d'accord avec toi, sur le fait que cela ne remet pas en cause le caractere deterministe de la mecanique quantique (puisque l'on peut parler de superposition d'etats).
Cependant je maintiens que l'algebre non commutatif (matriciel) caracterise l'imprecision sur la mesure par exemple par : [P,R] = ihbar
Ce n'est pas une propriete de la transformee de fourier. Mais c'est mon opinion j'aimerai que tu developpes la tienne.

Houla ! Il faut vite publier le papier qui en apporte la preuve. Ca devrait faire un tabac.

Je parlai de la decoherence quantique (bien connue), par exemple avec l'experience de pensee du paradoxe du chat de Schrodinger..

[chaverondier]

Enfin, alors explique moi comment obtenir une valeur de l'impulsion sans imprecision, en meme temps qu'une valeur de la position.

Pour cela, il faudrait (entre autres) que ces deux observables commutent, ce qui n'est pas le cas.

Cependant je maintiens que l'algebre non commutative caracterise l'imprecision sur la mesure par exemple par : [P,R] = ihbar .

L'imprécision de la mesure quantique se manifeste dès lors que le système observé n'est pas dans un état propre de l'observable mesurée. Dès que deux observables ne commutent pas, il n'est pas possible de les diagonaliser dans une base Hilbertienne commune. De ce fait, si on prend le cas de l'observable spin de l'électron par exemple et les observables conjuguées de spin vertical et de spin horizontal, si j'obtiens une mesure très précise de spin vertical, à l'issue de ma mesure de spin vertical, mon électron est dans un état propre de spin vertical (spin up ou spin down). Je ne peux alors pas avoir, en même temps du moins, une mesure très précise de spin horizontal (car mon électron ne peut pas être, en même temps, dans un état propre de spin horizontal et dans un état propre de spin vertical).

Cela n'a rien avoir avec une quelconque imprécision de mon état de spin. Dès que mon électron est dans un état de spin vertical up par exemple, son état de spin est parfaitement connu. Simplement, l'état de spin vertical up étant un état quantique superposé vis à vis de l'observable de spin horizontal, je ne sais pas le résultat que va me donner une mesure de spin horizontal. C'est donc la mesure quantique (et pas les inégalités de Heisenberg) qui sont la cause de l'incertitude quantique.

Par contre, il s'avère que les produits d'incertitudes de mesure d'observables conjuguées respectent bien les inégalités de Heisenberg. De ce fait, on affuble parfois ces inégalités du qualificatif d'incertitude ou encore d'indétermination de Heisenberg, qualificatifs que j'estime trompeurs, l'un comme l'autre, car ils tendent à attribuer aux inégalités de Heisenberg elles-mêmes une indétermination dont l'origine se situe dans le processus de mesure quantique lui-même et non dans le caractère conjugué des observables concernées par ces inégalités (je mets de côté l'inégalité de Heisenberg temps-énergie puisque le temps n'est pas une observable en MQ).

Ce n'est pas une propriete de la transformee de Fourier.

Si, si. La transformée de Fourier d'une gaussienne est une gaussienne et le produit de leurs dispersions est égal à 1/2. On montre qu'il s'agit là d'un minimum.

Je parlais de la decoherence quantique (bien connue), par exemple avec l'experience de pensee du paradoxe du chat de Schrodinger...

Où mieux encore, avec les expériences bien réelles du laboratoire Kastler Brossel (cf cohérence quantique et dissipation, magistère de physique 2003 de Jean Dalibard http://www.phys.ens.fr/~dalibard/Not...stere_2003.pdf). Cela n'empêche nullement les effets quantiques de se manifester à l'échelle macroscopique à travers des phénomènes tels que les SQIDS, l'hélium superfluide ou encore les condensats de Bose Einstein.

[invite43537534]

merci chaverondier, mais en ce qui me concerne je suis dans ta lecture larguer on boxe pas dans le même niveau... du coup tout m'échappe! plus j'avance moins j'en sais j'en prends un coût sur la tête!

[invite605195d7]

Bonjour,
L'éléctron est à la fois onde et particule(i.e. matière). D'ailleurs il est de mème pour tout "objet" dans la nature. Sa nature corpusculaire n'a pas besoin d'ètre expliquée ( il possède une masse non nulle ). Passons à l'aspect ondulatoire:
La lumière 'dévoile' son aspect ondulatoire en faisant, entre autres, la fameuse expérience de Young( au Lycée). En fait deux sources de lumière s'interfèrent et donnent une image dans laquelle il y a alternance entre des franges lumineuses et sombres. Or, en faisant exactement la mème chose pour des éléctrons ( un faisseau d'éléctrons au lieu de la lumière) on obtient une image similaire( au lieu des franges lumineuses on a des zone denses en éléctrons et au lieu des franges sombres, des zones moin denses)!
Il faut avoir dans l'esprit les lois de la mécanique quantique
sont autres que celles du 'bon sens'.
Je pense enfin que le livre (classique) de R.Feynmann Quantum Mechanics te fera de bien. Bien qu'il est de niveau superieur.

Bonne journée

[invite605195d7]

Bonjour,
L'éléctron est à la fois onde et particule(i.e. matière). D'ailleurs il est de mème pour tout "objet" dans la nature. Sa nature corpusculaire n'a pas besoin d'ètre expliquée ( il possède une masse non nulle ). Passons à l'aspect ondulatoire:
La lumière 'dévoile' son aspect ondulatoire en faisant, entre autres, la fameuse expérience de Young( au Lycée). En fait deux sources de lumière s'interfèrent et donnent une image dans laquelle il y a alternance entre des franges lumineuses et sombres. Or, en faisant exactement la mème chose pour des éléctrons ( un faisseau d'éléctrons au lieu de la lumière) on obtient une image similaire( au lieu des franges lumineuses on a des zone denses en éléctrons et au lieu des franges sombres, des zones moin denses)!
Il faut avoir dans l'esprit les lois de la mécanique quantique
sont autres que celles du 'bon sens'.
Je pense enfin que le livre (classique) de R.Feynmann Quantum Mechanics te fera de bien. Bien qu'il est de niveau superieur.

Bonne journée

[gatsu]

Bonjour,

Ce sujet a déjà été abordé ici

On voit que la réponse n'est pas forcément évidente en fonction du point de vue utilisé.

[job909]

Salut, l'électron est une particule qui possède une masse , elle est chargée négativement et comme pense tout le monde sa géométrie doit être est sphérique . Le photon est une onde électromagnétique , l'électron libre est un type d' ondes radioactives (bêta moins ) , mais ce n'est pas une ondes. pour l'énergie , quand l'électron s'excite ( passant de l'orbital atomique k à L ) il absorbe le photon et donc acquit l'énergie du photon absorbé , quand l'électron est en transition ( passant de l'orbital atomique L à k ) il cède le photon et donc perd l'énergie du photon cédé .