Matière et champ

[Seb299792]

Bonjour,
je suis en train de finir en ce moment le livre d'Einstein et Infeld : "L'évolution des idées en physique".

On trouve aux pages 228 et 229, un passage qui nous explique que la matière n'est pas réellement telle que l'on pourrait ce la représenter. On ne peux pas vraiment ce représenter une particule comme une bille par exemple. Je cite le passage pour être plus précis :

Pouvons nous considérer la matière et le champ comme deux réalités différentes et distinctes ? Une petite particule de matière étant donnée, nous pourrions nous figurer naïvement qu'il existe une surface définie de la particule au-delà de laquelle elle cesse d'exister et où il apparaît son champ de gravitation.
(...)
Nous ne pouvons pas ainsi distinguer qualitativement entre la matière et le champ, puisque la distinction entre la masse et l'énergie n'est pas d'ordre qualitatif. La plus grande partie de l'énergie est concentrée en matière, mais le champ qui entoure la particule représente également de l'énergie, bien qu'en quantité incomparablement plus petite. Nous pourrions par concéquent dire : La matière ce trouve là ou la concentration de l'énergie est grande, et le champ là ou la concentration de l'énergie est petite. Mais s'il en est ainsi, la différence entre la matière et le champ est plutôt d'ordre quantitatif que d'ordre qualitatif. Il n'y a pas de sens à regarder la matière et le champ comme deux qualités totalement différentes l'une de l'autre. Nous ne pouvons imaginer une surface définie, qui sépare le champ et la matière.

Ceci, nous montre bien que la notion même de particule physique ayant une frontière net entre elle même et son environnement n'a pas de sens. J'ai quelques questions à ce propos :

1. Ou en est on de ces idées aujourd'hui ?
2. A t on déterminé la concentration suffisante pour que l'on parle de masse ?
3. Pensez vous que les gens, même éclairé dans le domaine, aient bien conscience de cette représentation de la matière ?

Merci d'avance pour vos nombreuses réponses.
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[Rincevent]

bonjour,

1. Ou en est on de ces idées aujourd'hui ?

elles sont restées de premières importances puisque les particules sont toutes associées à des champs qui sont les "objets fondamentaux" de la théorie.

2. A t on déterminé la concentration suffisante pour que l'on parle de masse ?

il n'existe pas une telle concentration. C'est plutôt une échelle : si tu regardes un caillou de loin, tu vois un truc qui semble homogène et continu. Si tu regardes de plus près, tu vois les trous et la constitution interne. Ca marche en gros pareil pour les particules, sauf pour celles qui jusqu'à présent semblent élémentaires (électrons, neutrinos et quarks). Mais cela pourraît n'être une fois encore qu'une histoire de résolution : cf la théorie des cordes et/ou d'autres théories qui supposent une structure interne à ces particules.

3. Pensez vous que les gens, même éclairé dans le domaine, aient bien conscience de cette représentation de la matière ?

les gens qui bossent en physique des hautes énergies sont très conscients de cela (et de plein d'autres trucs plus complexes encore) et je pense que c'est également le cas d'un grand nombre de physiciens, même ne travaillant pas dans ce domaine.

[Seb299792]

il n'existe pas une telle concentration. C'est plutôt une échelle : si tu regardes un caillou de loin, tu vois un truc qui semble homogène et continu. Si tu regardes de plus près, tu vois les trous et la constitution interne. Ca marche en gros pareil pour les particules, sauf pour celles qui jusqu'à présent semblent élémentaires (électrons, neutrinos et quarks). Mais cela pourraît n'être une fois encore qu'une histoire de résolution : cf la théorie des cordes et/ou d'autres théories qui supposent une structure interne à ces particules.

Très bien mais si toute particules n'est en fait qu'une concentration d'énergie, il doit y avoir des seuils de concentration qui détermine la présence ou non d'une masse ?

D'ailleurs n'est ce pas cette différence de concentration qui déterminerai la nature même des particules (les plus élémentaires).
Evidemment ici nous parlons bien de ce qu'il y a de plus élémentaire. Car le seul électron, neutrinos ou quarks ne seraient en fait qu'une concentration d'énergie. Certainement une concentration moindre pour le neutrinos par rapport à l'électron par exemple.

[deep_turtle]

Non, ce n'est pas une question de concentration, comme le précise Rincevent. Un photon, par exemple, peut correspondre à une "densité" d'énergie beaucoup plus importante qu'un électron, et pourtant le premier n'a pas de masse mais le second, si.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Seb299792]

Non, ce n'est pas une question de concentration, comme le précise Rincevent. Un photon, par exemple, peut correspondre à une "densité" d'énergie beaucoup plus importante qu'un électron, et pourtant le premier n'a pas de masse mais le second, si.

Ok, mais si comme le dit Einstein, la matière n'est qu'une certaine quantité d'énergie concentré, existe t il différents types d'énergies ?
Comment distinguer d'un point de vue théorique, qu'une certaine concentration d'énergie serait un photon, un électron, un quark, ... ?

[deep_turtle]

Ok, mais si comme le dit Einstein, la matière n'est qu'une certaine quantité d'énergie concentré, existe t il différents types d'énergies ?

Ce n'est pas ce que dit Einstein. La formule E=mc2, puisque c'est à ça que tu fais allusion je pense, dit que de la matière peut se transformer en énergie, pas que de la matière c'est de l'énergie. Plus exactement, il y a de l'énergie qui n'est pas de la matière...

Comment distinguer d'un point de vue théorique, qu'une certaine concentration d'énergie serait un photon, un électron, un quark, ... ?

Il y a d'autres caractéristiques que l'énergie : certains objets possèdent une charge électrique, d'autres charges reliées aux uytres forces (faible et forte), un spin, etc... La masse est aussi une de ces caractéristiques. Ces caractéristiques déterminent comment chaque particule peut interagir avec les autres, et c'est comme ça qu'on peut, expérimentalement, distinguer les différents types de particules.

Dit autrement, toutes les particules peuvent avoir à peu près n'importe quel énergie, mais seul l'électron a telle masse, telle charge électrique, tel spin, et interagir de telle ou telle façon avec les photons, avec les autres électrons, etc...

[Seb299792]

Ce n'est pas ce que dit Einstein. La formule E=mc2, puisque c'est à ça que tu fais allusion je pense, dit que de la matière peut se transformer en énergie, pas que de la matière c'est de l'énergie. Plus exactement, il y a de l'énergie qui n'est pas de la matière...

Et bien pourtant, je te rappel le passage du livre que j'ai cité :
"La plus grande partie de l'énergie est concentrée en matière, mais le champ qui entoure la particule représente également de l'énergie, bien qu'en quantité incomparablement plus petite. Nous pourrions par concéquent dire : La matière ce trouve là ou la concentration de l'énergie est grande, et le champ là ou la concentration de l'énergie est petite. Mais s'il en est ainsi, la différence entre la matière et le champ est plutôt d'ordre quantitatif que d'ordre qualitatif. Il n'y a pas de sens à regarder la matière et le champ comme deux qualités totalement différentes l'une de l'autre."
Et je ne fais pas allusion à E=mc2, mais juste à ce qu'explique Einstein et Infeld.

Si la distinction entre la matière et le champ n'est que d'ordre quantitatif et qu'on l'on parle bien d'énergie, cela veut dire que la matière elle même est de l'énergie. Il ne parle pas de transformation de matière en énergie, mais il dit que la matière elle même est de l'énergie, ce qui n'est pas pareil du tout.

[deep_turtle]

Et pourtant, la concentration en énergie peut être beaucoup plus grande pour un photon que pour un électron, alors qu'on ne parle pas de matière dans le premier cas.

J'ai l'impression que le passage que tu cites n'oppose pas la matière au champ dans le sens "l'électron est de la matière, les photons sont représentés par un champ" mais les oppose dans le sens "voici l'objet quantique <électron>, dans telle partie de l'espace cet objet se manifeste comme de la matière, dans telle autre comme un champ".

Et de toutes façons, le passage ne dit absolument pas que la nature matérielle se résume à une concentration d'énergie, il dit tout au plus que la concentration d'énergie est une condition nécessaire pour qu'il y ait de la matière.

Bon, je lirai ça dans son contexte ce soir...

[Rincevent]

Si la distinction entre la matière et le champ n'est que d'ordre quantitatif et qu'on l'on parle bien d'énergie, cela veut dire que la matière elle même est de l'énergie.

personne ne niera que la matière est un type particulier d'énergie. Ce qu'il faut retenir de ce passage selon moi, c'est l'histoire de frontière floue entre la matière et le champ (cette séparation devient même encore plus floue dans le cadre quantique). Une particule matérielle chargée dans un champ électromagnétique n'est pas une tite boule rigide placé dans un milieu qui reste imperturbé par sa présence. Un électron isolé, ça n'existe pas. Cependant, comme te l'a dit Deep, la matière est de l'énergie qui est caractérisée par d'autres grandeurs que le champ électromagnétique. On parle de "nombres quantiques" et ce sont des quantités qui, selon notre compréhension actuelle de tout ça, sont conservées. D'une certaine façon ton électron ne se transforme pas en énergie électromagnétique pure car la charge électrique qu'il porte ne peut pas s'évaporer.

plutôt que de faire une séparation entre matière et champ, il vaut mieux voir ça comme deux types de milieu qui baignent mutuellement l'un dans l'autre de telle façon que l'énergie totale se répartie entre les deux, mais pas nécessairement avec une "plus grande concentration dans la matière", en tous cas dans une situation quelconque. Si tu considères une particule matérielle unique accompagnée des divers champs correspondant aux charges qu'elle portent, le tout dans une situation statique, alors oui, la plus grande partie de l'énergie est dans la matière. Mais ce n'est vrai que pour une situation donnée dans laquelle la particule de matière est supposée stable et isolée.

[Seb299792]

Et pourtant, la concentration en énergie peut être beaucoup plus grande pour un photon que pour un électron, alors qu'on ne parle pas de matière dans le premier cas.

Ok, je ne dit pas le contraire.
Mais quand j'ai lu ce passage, il faut dire que ce fut comme une révélation pour moi. Voir la matière comme un ordre quantitatif d'énergie. C'est vrai que cela explique beaucoup de choses.

J'ai l'impression que le passage que tu cites n'oppose pas la matière au champ dans le sens "l'électron est de la matière, les photons sont représentés par un champ" mais les oppose dans le sens "voici l'objet quantique <électron>, dans telle partie de l'espace cet objet se manifeste comme de la matière, dans telle autre comme un champ".

Je pense que ce passage exprime quelques chose d'encore plus fort que cela. C'est qu'il n'y a pas réellement de matière au sens ou les gens peuvent le penser. C'est juste une concentration d'énergie qui décroit pour ne laisser place qu'a ce que l'on appel le champ. Il n'y a pas de réelle frontière entre les deux. Ca peux donc expliquer beaucoup de choses d'un point du vue quantique comme le dit d'ailleur Rincevent.

Et de toutes façons, le passage ne dit absolument pas que la nature matérielle se résume à une concentration d'énergie,

Tout à fait, je suis d'accord. Il y a d'autres forces, ... Mais que sont elle vraiment ? Ne peuvent elles pas ce résumer à la nature, à la forme de l'énergie ?
Je ne sais pas si il existe des pistes dans ce domaine ?
Moi, je ne suis qu'un informaticien. Je vois tout ce que l'on peut faire et pourra faire avec la seul logique du 0 et du 1.
Une physique qui ce résumerai à la simple présence d'énergie me plait bien. Bon là, je sais que je part dans une forme de rêverie, mais la physique ne cherche t elle pas à remonter jusqu'a ou jusqu'aux unités les plus essentielles ?
Pour moi, la théorie des cordes par exemple traite plutot de l'organisation, de la structure. Mais tous nos petits joujoux de la physique des particules ont quel(s) constituant(s) de base ?

[Floris]

Bonjour, sans vouloir perturber la discussion, il me semble qu'en MQ, on utilise une décomposition de fourier pour trouver un pic de dirac non?
merci d'avance.

[Rincevent]

bonjour Floris,

sans vouloir perturber la discussion,

tu ne la perturbes pas puisqu'elle dormait depuis 6 mois

il me semble qu'en MQ, on utilise une décomposition de fourier pour trouver un pic de dirac non?

un pic de Dirac est effectivement la transformée de Fourier d'une fonction monochromatique (une sinusoïdale). [avec quand même la réserve que si le pic est centré en 0, la sinusoïdale a une fréquence nulle et est donc une fonction plate]

mais j'avoue que je vois pas où tu veux en venir avec ça et le débat initial