Il n'y pas que la tempête qui décoiffe ! R. Feynman aussi !

[Christian Arnaud]

Bonjour,

Connaissant ma curiosité pour la physique, mon entourage m'a offert pour Noël "Lumière et matière" de R. Feynman, en poche

Je suis presque à la fin d'une première lecture, en n'ayant pas cessé de perdre pied ! Par rapport à mes souvenirs d'il y a une quarantaine d'années, ça décoiffe
- réflexion de la lumière par toutes les parties d'un miroir,
- photons qui vont plus ou moins vite que la lumière,
- lumière qui ne va pas forcément en ligne droite,
- noyau et électron captif qui échangent en permanence des photons,
- électrons qui remontent le cours du temps

Quelques questions de fond tout d'abord, sur cette electrodynamique quantique (ou QED) :
- est-ce que la QED fait l'unanimité ?
- a quel niveau est-elle enseignée ?
- quelle différence avec la mécanique quantique ?

Merci

Papy Dirac
-----

[obi76]

- photons qui vont plus ou moins vite que la lumière,

Sûrement pas plus

[invite69d38f86]

Sûrement pas plus

Relis lumiere et matière!
(le propagateur)

[invite58a61433]

Bonjour,

Alors l'électrodynamique quantique (ou quantum electrodynamics soit QED) est à l'heure actuelle une des théories les mieux vérifiées expérimentalement (on cite souvent l'exemple du moment magnétique anormal de l'électron et de l'explication de la QED comme un de ses grands succès), c'est une théorie quantique des champs comme la QCD.

Elle s'occupe de décrire l'interaction entre les particules chargées, ce qui n'est pas le cas de la MQ qui certes peut traiter des particules chargées mais n'explique pas le mécanisme physique "fondamentale" de leurs interactions. De plus la MQ n'est valable qu'à des basses énergies.

Enfin elle est enseignée au niveau M1 M2 soit 4-5 années après le bac.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite88ef51f0]

- est-ce que la QED fait l'unanimité ?

Oui. C'est la théorie vérifiée avec le plus de précision. Elle donne des prévisions en accord avec l'expérience à plus de 10 chiffres significatifs (ce qui revient à mesurer la distance Paris-New York au millimètre près...)

- a quel niveau est-elle enseignée ?

Niveau bac+5 généralement.

- quelle différence avec la mécanique quantique ?

La QED est quantique, c'est d'ailleurs ce que veut dire le Q. La mécanique quantique est juste un cadre générale dans lequel on peut faire différentes théories. La QED, comme son nom l'indique, s'occupe de décrire l'électromagnétisme, dans un cadre quantique et en utilisant la relativité restreinte.

[Christian Arnaud]

Bonjour,

Merci pour vos précisions

Continuons un peu : RF répète plusieurs fois que presque toute la physique (sauf la gravitation et les comportements à l'intérieur du noyau) peut s'expliquer à partir de 3 lois très "basiques" :
- le déplacement d'un photon d'un endroit à un autre,
- le déplacement d'un électron d'un endroit à un autre,
- l'absorption ou l'émission d'un photon par un électron.

Est-ce véritablement aussi "simple" ?

@+

[invite7ce6aa19]

Bonjour,

Merci pour vos précisions

Continuons un peu : RF répète plusieurs fois que presque toute la physique (sauf la gravitation et les comportements à l'intérieur du noyau) peut s'expliquer à partir de 3 lois très "basiques" :
- le déplacement d'un photon d'un endroit à un autre,
- le déplacement d'un électron d'un endroit à un autre,
- l'absorption ou l'émission d'un photon par un électron.

Est-ce véritablement aussi "simple" ?

@+

Non malheureusement ce n'est pas aussi simple.

Ce que tu décris là sont les diagrammes de Feymann qui sont des dessins suggestifs qui representent des expressions mathématiques et qui au bilan décrit des phénomènes complexes de la QED.

Pour vraiment comprendre de quoi il en retourne c'est au minum du BAC +5.

Nota:

Les diagrammes de Feymann representent en quelque sorte une forme de développement limité d'une fonction autour d'un point.

J'espère ne pas te décourager quand même.

[invitea46d7942]

Bonjour,

Merci pour vos précisions

Continuons un peu : RF répète plusieurs fois que presque toute la physique (sauf la gravitation et les comportements à l'intérieur du noyau) peut s'expliquer à partir de 3 lois très "basiques" :
- le déplacement d'un photon d'un endroit à un autre,
- le déplacement d'un électron d'un endroit à un autre,
- l'absorption ou l'émission d'un photon par un électron.

Est-ce véritablement aussi "simple" ?

@+

Cela revele un point de vue réductionniste que certains détestent mais qui ne me déplait personnellement pas tant que ça ! En gros, ce sont les 3 processus de base de tout phénomène physique ne faisaint intervenir que l'interaction électromagnétique. Cette interaction domine clairement à notre échelle : elle décrit la lumière, les propriétés et la cohésion de la matière, le fait qu'on ne passe pas à travers le plancher, la foudre, enfin bref toutes les choses que l'on voit tout les jours (même le choc mécanique entre deux objets résultent en fin de compte de l'interaction électromagnétique).
Cependant, comme tu l'a surement lu, des amplitudes (des petites fleches) sont associées à ces processus de bases : le fait de déterminer ces amplitudes, puis les techniques mathématiques pour les additionner (car il y en a à chaque fois une infinité) sont loin d'être si simple que ça.

[invitea46d7942]

Non malheureusement ce n'est pas aussi simple.

Ce que tu décris là sont les diagrammes de Feymann qui sont des dessins suggestifs qui representent des expressions mathématiques et qui au bilan décrit des phénomènes complexes de la QED.

Pour vraiment comprendre de quoi il en retourne c'est au minum du BAC +5.

:

Salut,
juste pour avoir une précision : pour moi, les diagrammes de Feynman sont des graphes qui représentent des amplitudes d'un processus ayant lieu dans l'espace des impulsions-énergie. Dans "lumière et matière", me semble-t-il, Feynman reste dans l'espace-temps, et je considère les dessins qu'il fait dans ce livre plus comme des diagrammes d'espace-temps que des "diagrammes de Feynman". Alors, on ne peut pas non plus dire que ces dessins représentent fidelement ce qu'il se passe, car on serait alors obligé de dire qu'il se passe une infinité de chose en même temps, mais il me semble que les diagrammes d'espace-temps sont un petit-peu moins symbolique que les diagrammes de Feynman et ont un role un petit plus représentatif. Ai-je tord ?
(Cela meriterait que je précise par ce que j'entend par un petit peu moins symbolique, mais je n'ai pas trop le temps. )

[invite7ce6aa19]

Salut,
juste pour avoir une précision : pour moi, les diagrammes de Feynman sont des graphes qui représentent des amplitudes d'un processus ayant lieu dans l'espace des impulsions-énergie. Dans "lumière et matière", me semble-t-il, Feynman reste dans l'espace-temps, et je considère les dessins qu'il fait dans ce livre plus comme des diagrammes d'espace-temps que des "diagrammes de Feynman". Alors, on ne peut pas non plus dire que ces dessins représentent fidelement ce qu'il se passe, car on serait alors obligé de dire qu'il se passe une infinité de chose en même temps, mais il me semble que les diagrammes d'espace-temps sont un petit-peu moins symbolique que les diagrammes de Feynman et ont un role un petit plus représentatif. Ai-je tord ?
(Cela meriterait que je précise par ce que j'entend par un petit peu moins symbolique, mais je n'ai pas trop le temps. )

Bonjour

il y a 2 choses différentes que cherche Feymann à "pédagogiser". Dans les 2 cas il s'agit de déterminer une amplitude de transition.

1- L'intégrale de chemins.

Il prend l'exemple de la lumière pour expliquer comment se comprend l'amplitude de transition de la lumière pour aller d'un point A à un autre B. Il montre que c'est la superposition (addition vectorielle) de tous les chemins possibles pour aller de A à B. Tous les chemins ont même amplitude mais avec une phase différente (qui se calcul à partir de l'action classique). a noter que ce n'est pas un calcul perturbatif.

2-Les diagrammes de Feymann

Il s'agit là d'un calcul perturbatif.

dans le cas de la physique des particules élémentaires les états non perturbés sont les ondes planes associées aux particules mais en representation d'occupation (seconde quantification).

Quand on fait un calcul de perturbation on a un développement en série ou chaque terme de la série est constitué a partir des éléments de matrices de l'opérateur de perturbation dans la base dans la base des états perturbés.

Par exemple en MQ classique on aura des éléments de matrices de la forme:

<a|Hp|b>

|a> et |b> sont des solutions de H°

Par exemple si |a> et |b> sont des états atomiques et Hp l'opérateur perturbation électromagnétique r.E on décrit l'amplitude de transition au premier ordre de perturbation

Comme on le voit il y a trois morceaux: |a> et |b> et Hp

Comment cela va s'écrire dans le contexte de la QED en seconde quantification?

On a dans cette representation un opérateur A(x).Fi*(x) Fi(x) qui agit sur l'état vide |0>.Donc toutes les amplitudes sont des transitions vide-vide.

A est l'opérateur de perturbation.

x represente (r,t)

Cet opérateur est comme en MQ standard composé de 3 morceaux qui peut être representé par un sommet auquel on joint les états de départ et d'arrivée lignes pleines) et le champ d'interaction (ligne ondulée).

Bref Feymann, l'artiste, se débrouille pour expliquer les choses sans faire référence explicitement au langage de la MQ.

[invitea46d7942]

Merci,
j'ai déjà une fois réussi à suivre à peu prêt tout le raisonnement qui mène de la procédure de quantification canonique jusqu'aux règles de Feynman. On voit alors que ces règles dérivent de la théorie des perturbations : on exprime la matrice S en série de Dyson, puis selon la précision que l'on veut atteindre, on se limite à un cetain ordre de e. Tout d'abord une question : en principe, ne peut on pas atteindre une précision infini si on va jusqu'à un ordre infini ?(je sais également qu'il y a ensuite la procédure de renormalisation qui va entrer en jeu, car sinon, certains diagrammes corresponderont à des integrales qui divergent, mais j'ignore encore à peu prêt tout de la renormalisation)

Ensuite, concernant l'integrale de chemin, je crois avoir à peu prêt parfaitement compris les integrales de chemins en mécanique quantique non relativiste. Maintenant, j'ai également lu que les integrales de chemins fournissaient une approche alternative à la quantification canonique en TQC. Quand Feynman parle de l'amplitude
du processus selon lequel un électron déambule avant d'émettre un photon à tel endroit et à tel moment, puis en absorbe un autre etc..., n'est-il pas dans le cadre de l'integrale des chemins ?

[inviteca4b3353]

Tout d'abord une question : en principe, ne peut on pas atteindre une précision infini si on va jusqu'à un ordre infini ?

Oui, en principe. La renormalisation ne change rien à cela, tu peux itérer cette procédure ordre par ordre en perturbation.

Quand Feynman parle de l'amplitude
du processus selon lequel un électron déambule avant d'émettre un photon à tel endroit et à tel moment, puis en absorbe un autre etc..., n'est-il pas dans le cadre de l'integrale des chemins ?

Il calcule juste l'amplitude de probabilité, apres tu peux l'exprimer comme une integrale de chemin (via le propagateur) ou un opérateur d'évolution agissant sur un espace de Hilbert.

pour moi, les diagrammes de Feynman sont des graphes qui représentent des amplitudes d'un processus ayant lieu dans l'espace des impulsions-énergie. Dans "lumière et matière", me semble-t-il, Feynman reste dans l'espace-temps, et je considère les dessins qu'il fait dans ce livre plus comme des diagrammes d'espace-temps que des "diagrammes de Feynman".

Tu peux définir des diagrammes de Feynman dans l'espace de configuration (l'espace-temps) aussi bien que dans l'espace des impulsions. Tout comme tu peux te placer dans une base |x> ou |p> pour étudier une fonction d'onde en MQ, c'est la meme chose.

[Christian Arnaud]

Bonsoir ,

Après une courte absence, je reviens vers vous :

Dans ses diagrammes, RF introduit très souvent, lorsqu'il envisage des chemins d'ordre 3 ou +, la "transformation" d'un photon en une paire électron-positon, rapidement annihilée pour redonner un photon.

J'avais cru comprendre que cette possibilité était réservée aux photons de haute énergie ( gamma ). Mais ce n'est jamais précisé

D'où la question : est-ce que cette "transformation" éphémère est possible quelle que soit l'énergie du photon, ou bien réservée aux "gamma" et + ?

@+

[mach3]

Dans ses diagrammes, RF introduit très souvent, lorsqu'il envisage des chemins d'ordre 3 ou +, la "transformation" d'un photon en une paire électron-positon, rapidement annihilée pour redonner un photon.

J'avais cru comprendre que cette possibilité était réservée aux photons de haute énergie ( gamma ). Mais ce n'est jamais précisé

D'où la question : est-ce que cette "transformation" éphémère est possible quelle que soit l'énergie du photon, ou bien réservée aux "gamma" et + ?

je dirais a priori, en m'avançant en terrain glissant (car pas du tout spécialiste), qu'elle peut se produire pour n'importe quel photon, c'est juste la probabilité d'occurence qui change. Il suffit d'imaginer un photon observé par deux observateur de vitesses différentes (colinéaires à celle du photon), pour l'un le photon sera gamma et pour l'autre il sera radio (si on choisi convenablement les vitesses) et la dilatation des durées doit établir un nombre plus grand de transformation éphémères par unité de temps propre de l'observateur qui voit le photon comme étant gamma que pour celui qui le voit comme radio

m@ch3

[invite88ef51f0]

Il y a quand même quelque chose qui me gêne.
Si on prend un électron qui se trimballe tout seul dans l'univers, on peut avoir différents diagramme de Feynman : il ne se passe rien de particulier ou bien l'électron émet un photon et le récupère, ou encore l'électron émet un photon qui forme une paire électron-positron qui s'annihile en un photon qui revient sur l'électron, etc.
Mais ça me semble faux de dire que tout se passe successivement et de compter le nombre de fois où ça arrive.
Les diagrammes de Feynman ne sont qu'un outil pour calculer des séries de perturbation. En réalité, un "vrai électron" est une somme de tous ces diagrammes en même temps.

[Christian Arnaud]

Bonjour,

Mach3 : merci de ta proposition

Coincoin : peut-être, mais ma question porte sur l'énergie nécessaire du photon : haute énergie nécessaire ou pas ?

@+

[invitedbd9bdc3]

Bonjour,

Mach3 : merci de ta proposition

Coincoin : peut-être, mais ma question porte sur l'énergie nécessaire du photon : haute énergie nécessaire ou pas ?

@+

Ces corrections (car il y en a a tous les ordres, cad qu'il y a une infinité de diagramme qui contribue) se produisent pour tous les photons, peu importe leur impulsion.

Par contre, dans le cas d'une creation reelle d'une paire, il faut que les photons aient une energie superieure à 2mc².

[mach3]

Par contre, dans le cas d'une creation reelle d'une paire, il faut que les photons aient une energie superieure à 2mc².

De plus pour former une paire réelle il faut deux photons et pas un seul

m@ch3

[invitedbd9bdc3]

heu, je vois pas pourquoi...
il faut un autre objet pour que la formation se fasse, mais pas un photon. Par exemple il faut un atome car sinon il n'y a pas conservation de l'energie-impulsion, mais l'atome ne joue pas en soit un role dans la creation.
mais un autre photon...

[mach3]

bon alors je corrige, il faut un photon + un autre truc, qui peut entre autre être un photon (la réaction inverse -l'annihilation électron positron- produit bien deux photons et la physique étant réversible par rapport au temps...)

m@ch3