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Principe de Mach et fluctuations ?



  1. #1
    Lambda0

    Principe de Mach et fluctuations ?


    ------

    Bonjour

    Une petite question, sur la nature des fluctuations du vide :

    - considère-t-on que les propriétés du vide électromagnétique sont une conséquence de la distribution des charges électriques dans l'ensemble de l'univers ?
    - un lointain équivalent électromagnétique du principe de Mach ?

    A+

    -----

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  4. #2
    mariposa

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Lambda0
    Bonjour

    Une petite question, sur la nature des fluctuations du vide :

    - considère-t-on que les propriétés du vide électromagnétique sont une conséquence de la distribution des charges électriques dans l'ensemble de l'univers ?
    - un lointain équivalent électromagnétique du principe de Mach ?

    A+
    non je ne pense pas qu'il y ait un quelconque rapport avec le principe de Mach.

    les fluctuations d'un vide sont directement incluses dans la MQ. Le vide étant l'état fondamental du système.

  5. #3
    deep_turtle

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Pour compléter la réponse de Mariposa, il y a une différence importante entre les forces gravitationnelles et électromagnétiques : les secondes s'écrantent les unes les autres car il y a DEUX types de charges, potitives et négatives. Par contre les premières se cumulent toujours, il n'y a que des charges positives. C'est une manière de comprendre le fait que l'ensemble des charges électriques de l'Univers ne jouent pas un grand rôle localement, mais les masses si...

  6. #4
    Lambda0

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    rebonjour

    Oui, bien sûr. Je ne disais pas que c'était lié, juste qu'il pouvait y avoir une analogie.
    Ensuite, les charges électriques s'annulent globalement, mais peut-être pas les moments dipolaires.
    Et le fait de dire que les fluctuations du vide sont incluses dans la MQ ne dit rien sur leur origine, non ?

    A+

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  8. #5
    Lambda0

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Je reformule ma question.
    Dans l'état fondamental, c'est à dire 0 photons dans tous les modes, la valeur moyenne de l'opérateur "champ électrique" est nulle. Par contre, sa moyenne quadratique ne l'est pas.
    Aucun problème pour faire les calculs, on les trouve dans n'importe quel cours de MQ élémentaire, comme conséquence des postulats, qui portent sur des probabilités.
    Indirectement, la question porte donc sur l'origine du fait que ces postulats portent sur des probabilités, en me limitant ici à l'électromagnétisme.

    Expérience de pensée :
    On considère un univers ne contenant qu'un atome d'hydrogène dont l'électron est placé dans un état excité. L'atome est donc parfaitement isolé, par définition.
    L'atome revient-il à son état fondamental par émission spontanée d'un photon ?
    La mécanique quantique est-elle la même dans cet univers ?

    A+

  9. #6
    mariposa

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Lambda0
    Expérience de pensée :
    On considère un univers ne contenant qu'un atome d'hydrogène dont l'électron est placé dans un état excité. L'atome est donc parfaitement isolé, par définition.
    L'atome revient-il à son état fondamental par émission spontanée d'un photon ?
    La mécanique quantique est-elle la même dans cet univers ?

    A+
    Lorsque tu mets un seul atome d'hydrogène dans un état excité dans un univers "vide" tu as dis implicitement qu'il y a un vide électromagnétique. Par conséquent l'atome n'est pas isolé et se déxécite en émettant un photon. Cette évolution est irreversible et l 'entropie de l'ensemble a augmenté.

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  11. #7
    Lambda0

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Et on en revient à ma question de départ : d'où viennent les propriétés du vide électromagnétique, qui font que l'atome se désexcite ? Dans notre univers, ces propriétés peuvent-elles découler, par exemple, de la distribution des charges électriques dans l'univers ?
    Le vide électromagnétique a-t-il les mêmes propriétés dans cet l'univers à un atome ?
    Je sais bien que la réponse est oui en appliquant la mécanique quantique telle que je l'ai apprise, mais celà ne m'a jamais semblé si intuitif.
    Dernière modification par Lambda0 ; 06/05/2005 à 13h21.

  12. #8
    mariposa

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Lambda0
    Et on en revient à ma question de départ : d'où viennent les propriétés du vide électromagnétique, qui font que l'atome se désexcite ? Dans notre univers, ces propriétés peuvent-elles découler, par exemple, de la distribution des charges électriques dans l'univers ?
    Le vide électromagnétique a-t-il les mêmes propriétés dans cet l'univers à un atome ?
    Je sais bien que la réponse est oui en appliquant la mécanique quantique telle que je l'ai apprise, mais celà ne m'a jamais semblé si intuitif.
    Oui toute la difficulté est là, la MQ n'est pas intuitive et ne le sera jamais. MQ décrit l'expérience microscopique sans failles jusqu'a ce jour.

    Pour ton problème on peut ignorer toutes connaissances de relativité et se contenter d'un espace galiléen. les fluctuations du vide s'expliquent de façon interne a MQ.

    Pour cela il faut remarquer que MQ est fondamentalement une théorie de fonctionnelle. Pour cette raison une grandeur physique possède une valeur moyenne et des fluctuations autour de cette valeur moyenne.

    Pour l'état fondamental du champ électromagnétique, quand il n'y a "rien" il y a des fluctuations dont l'exsistence a été confirmée par l'effet CASIMIR.

    Pour malgré tout avoir des repères "intuitifs" tu peut prendre l'analogie avec le vide de phonons dans les solides.quand classiquement plus rien ne bouge (T=0) alors MQ dit que l'état fondamental fluctue cad que les atomes ont un mouvement "d'oscillations" résiduels, ce qui est plus "palpable".

    Si tu cherches des considérations extérieures un peu exotique l'analogie avec les vibrations des solides sugère que l'espace vide est lui_même constitué d'une certaines sorte "d'atomes". Cela renvoie alors a la théorie de gravité en boucles (concurente de la théorie des supercordes)

  13. #9
    Lambda0

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    A mariposa:
    Je suis assez convaincu que "c'est juste parce que ça marche", ce qui est suffisant pour les applications.

    Mais on n'est toujours pas plus avancé sur l'origine profonde de ces fluctuations.
    La théorie dit que l'atome de l'univers hypothétique évoqué en #5 se desexciterait de la même façon que dans notre univers parce que la théorie est basée sur des postulats découlant d'observations faites dans notre univers, qui débouchent sur la notion de fluctuations du vide. Fluctuations dont on a bien observé différents effets.

    Pour en revenir avec l'analogie avec le principe de Mach, celui-ci postule que les propriétés d'inertie sont déterminées par la répartition des masses dans l'univers. Ce postulat déterminerait la structure même de la théorie de la dynamique puisqu'il implique l'existence de nouvelles forces, et non pas seulement quelques paramètres numériques.

    De la même façon, je me demandais si la structure même de la théorie quantique ne pouvait pas être déterminée par le contenu de l'univers. Et en particulier si les propriétés du vide électromagnétique n'était pas déterminées par la répartition des charges électriques.

    J'espère que c'est un peu plus clair. Je précise bien que cette évocation du principe de Mach n'est qu'une analogie, un point de départ de réflexion.
    Sinon, je ne connais pas la théorie des cordes, seulement quelques vagues principes vulgarisés.

    A deep_turtle:
    Bien qu'il n'y ait que des masses positives, le champ gravitationnel peut être localement nul, et la masse inertielle existe toujours : si un objet essaie de modifier sa vitesse par une poussée, il ressentira bien toujours une résistance.
    Donc, le fait qu'il existe des charges électriques de signes opposés, et que le champ électrique moyen soit "beaucoup plus souvent" nul que le champ gravitationnel ne semble pas changer grand chose, si ce n'est au niveau de paramètres numériques. Et effectivement, les effets de l'inertie sont beaucoup plus évidents que les effets des fluctuations du vide électromagnétique.

  14. #10
    Chip

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Bonjour,

    Citation Envoyé par Lambda0

    Expérience de pensée :

    On considère un univers ne contenant qu'un atome d'hydrogène dont l'électron est placé dans un état excité. L'atome est donc parfaitement isolé, par définition. L'atome revient-il à son état fondamental par émission spontanée d'un photon ?
    Oui, l'atome revient à son état fondamental. Deux petites observations :

    - la perte d'énergie par radiation électromagnétique est déjà présente dans un modèle classique où rien n'est quantifié (ni l'atome, ni le champ). Bien entendu le problème avec un modèle classique c'est qu'il n'y a pas d'état d'énergie minimale (i.e. d'état fondamental), il n'est donc pas satisfaisant. Néanmoins l'aspect "émission spontanée" est déjà là, sans quantification du champ.

    - dans un modèle où l'atome est quantifié, on dit souvent que l'émission spontanée ne peut s'expliquer que dans le cadre d'une théorie où le champ est lui aussi quantifié, mais il me semble que ce n'est pas exact. Cook [PRA 27 2265 (1983)] retrouve l'expression correcte de l'émission spontanée avec un traitement où seul l'atome est quantifié (il n'y a donc dans ce traitement ni de "vide de photon", ni de "fluctuations" d'un tel vide). Par ailleurs pour les états de Rydberg des atomes alcalins [ce sont des états très excités avec des propriétés très intéressante en physique expérimentale : très forte interaction avec les champs micro-ondes, et faible émission spontanée] il me semble bien que l'on peut trouver le taux d'émission spontanée à peu près correctement avec un modèle classique, sans quantifier le champ. Dans ce cas c'est que le modèle classique de l'atome n'est, sous certains aspects, pas si idiot que ca pour ces atomes avec n et l très élevés. Donc là encore, il y a moyen de considérer l'émission spontanée sans champ quantifié.

  15. #11
    Lambda0

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Chip
    - dans un modèle où l'atome est quantifié, on dit souvent que l'émission spontanée ne peut s'expliquer que dans le cadre d'une théorie où le champ est lui aussi quantifié, mais il me semble que ce n'est pas exact. Cook [PRA 27 2265 (1983)] retrouve l'expression correcte de l'émission spontanée avec un traitement où seul l'atome est quantifié (il n'y a donc dans ce traitement ni de "vide de photon", ni de "fluctuations" d'un tel vide).
    Tiens, c'est curieux. Il me semblait que le modèle semi-classique ne permettait de voir que l'émission stimulée, mais pas l'émission spontanée. S'agit-il bien d'émission spontanée, et est-ce à un autre modèle auquel tu fais référence ?

    Mais celà s'écarte légèrement de ma question initiale, qui était l'origine des fluctuations du vide...

    A+

  16. #12
    Chip

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Lambda0
    Tiens, c'est curieux. Il me semblait que le modèle semi-classique ne permettait de voir que l'émission stimulée, mais pas l'émission spontanée. S'agit-il bien d'émission spontanée, et est-ce à un autre modèle auquel tu fais référence ?
    Oui, il s'agit bien d'émission spontanée.

    Mais celà s'écarte légèrement de ma question initiale, qui était l'origine des fluctuations du vide...
    Ça ne s'en éloigne pas trop... À mon sens ta question, ou sa formulation, est curieuse. Soit tu veux bien te placer dans le cadre du champ quantifié, et dans ce cas il n'y a pas lieu de se demander "d'où" viennent les fluctuations du vide : elles sont directement dans le modèle. C'est comme demander pourquoi un oscillateur harmonique 1D quantifié a un DeltaX non nul dans son état fondamental, et si ça ne pourrait pas par hasard venir de perturbations lointaines venant des confins de l'univers (!!). Soit tu ne veux pas te placer dans ce cadre, et considérant cela je te donne des exemples dans lesquels on peut, au moins partiellement, sortir de ce cadre. Non?

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  18. #13
    mtheory

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Lambda0
    Et on en revient à ma question de départ : d'où viennent les propriétés du vide électromagnétique, qui font que l'atome se désexcite ? Dans notre univers, ces propriétés peuvent-elles découler, par exemple, de la distribution des charges électriques dans l'univers ?
    Le vide électromagnétique a-t-il les mêmes propriétés dans cet l'univers à un atome ?
    Je sais bien que la réponse est oui en appliquant la mécanique quantique telle que je l'ai apprise, mais celà ne m'a jamais semblé si intuitif.

    Mes cours de MQ datent un peu mais pour moi un atome exité va spontanément descendre vers son niveau d'énergie le plus bas sans exiger d'etre couplé à autres choses que son noyau non?c'est un calcul de quantique qui ne me semble pas avoir affaire aux fluctuations du vide et si oui il y a bien le champ produit par le noyau.
    Désolé si je débloque,je suis fatigué.
    Sinon je crois qu'on c'est interroger sur des trucs similaires à Mach dans les théories de style Wheeler-Feynman.

  19. #14
    mtheory

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Chip
    Oui, il s'agit bien d'émission spontanée.

    Ça ne s'en éloigne pas trop... À mon sens ta question, ou sa formulation, est curieuse. Soit tu veux bien te placer dans le cadre du champ quantifié, et dans ce cas il n'y a pas lieu de se demander "d'où" viennent les fluctuations du vide

    Je suis d'accord.

  20. #15
    mtheory

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par mtheory
    :
    Sinon je crois qu'on c'est interroger sur des trucs similaires à Mach dans les théories de style Wheeler-Feynman.
    http://www.bbc.co.uk/science/space/s...nscript2.shtml

    Mais c'est pas clair dans ma tête et google donne des réfs qui me semble douteuses.

  21. #16
    Lambda0

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Chip
    Oui, il s'agit bien d'émission spontanée.

    Ça ne s'en éloigne pas trop... À mon sens ta question, ou sa formulation, est curieuse. Soit tu veux bien te placer dans le cadre du champ quantifié, et dans ce cas il n'y a pas lieu de se demander "d'où" viennent les fluctuations du vide : elles sont directement dans le modèle. C'est comme demander pourquoi un oscillateur harmonique 1D quantifié a un DeltaX non nul dans son état fondamental, et si ça ne pourrait pas par hasard venir de perturbations lointaines venant des confins de l'univers (!!). Soit tu ne veux pas te placer dans ce cadre, et considérant cela je te donne des exemples dans lesquels on peut, au moins partiellement, sortir de ce cadre. Non?
    Super ! Ca avance !
    Il se peut bien que ma question soit totalement stupide et que je me réveille à 2h du matin en me demandant : "Mais qu'est-ce qui m'a pris ?"

    Bon, je reprends. En admettant les postulats de la MQ et en déroulant les calculs, on arrive à cette notion de fluctuation du vide, dont on calcule la variance. Parce que la MQ traite de probabilités.
    Et je cherchais confirmation (ou infirmation) du fait que cette nature probabiliste provenait du contenu matériel de l'univers.
    C'est donc plus une question de compréhension (de ma part) et d'interprétation de la MQ qu'un problème technique.
    Sinon, tes exemples m'intéressent.

    A+

    Edit: salut mtheory, je vais regarder tes références.

  22. #17
    mtheory

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Lambda0
    . Parce que la MQ traite de probabilités.
    Et je cherchais confirmation (ou infirmation) du fait que cette nature probabiliste provenait du contenu matériel de l'univers.
    Je crois que tu es en train de te demander si les fluctuations quantiques ne peuvent pas être interpréter comme le couplage des système classique avec un thermostat classique dont on ignorerai l'existence.Les fluctuations quantique seraient alors dues à un effet classique ,le mouvement brownien,résultant du couplage du système à son environement.
    Dans ton cas,précisèment, les fluctuations du champ électromagnétique du vide seraient en fait dues au bruit de fond stochastique électromagnétique produit par les charges dans l'Univers?

  23. #18
    Lambda0

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par mtheory
    Je crois que tu es en train de te demander si les fluctuations quantiques ne peuvent pas être interpréter comme le couplage des système classique avec un thermostat classique dont on ignorerai l'existence.Les fluctuations quantique seraient alors dues à un effet classique ,le mouvement brownien,résultant du couplage du système à son environement.
    Dans ton cas,précisèment, les fluctuations du champ électromagnétique du vide seraient en fait dues au bruit de fond stochastique électromagnétique produit par les charges dans l'Univers?
    C'est exactement celà ! Merci de m'avoir aidé à formuler ma question.
    J'ai toujours eu un doute à ce sujet et j'admet tout à fait que je n'ai peut-être rien compris à la mécanique quantique (ce qui ne m'empeche pas de l'utiliser pour faire des calculs !).

    A+

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  25. #19
    mtheory

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par Lambda0
    C'est exactement celà ! Merci de m'avoir aidé à formuler ma question.
    J'ai toujours eu un doute à ce sujet et j'admet tout à fait que je n'ai peut-être rien compris à la mécanique quantique (ce qui ne m'empeche pas de l'utiliser pour faire des calculs !).

    A+

    Des idées de ce genre se retrouve chez De Broglie (et chez Bohm en partie) avec sa théorie d'un thermostat sub quantique caché échangeant sans cesse de la chaleur avec les particules de l'Univers.
    Malheureusement ,sauf dans des théories non locales cela entre en contradiction avec les inégalités de Bell et les résultats d'Aspect.
    Les fluctuations de la mécanique quantique ne sont pas des fluctuations thermiques ou résultant d'effets stochastiques,ne serait ce qu'à cause du fait qu'on emploi des amplitudes de probabilités(voir quand même la théorie de Nelson).
    De toute façon la théorie quantique s'applique à des objets globalement neutres donc les fluctuations quantiques ne peuvent y être dues à des effets electromagnétiques dans ce cas (ex neutron).
    Par contre on explique la décohérence des objets quantique (en général et aujourd'hui) par un couplage avec l'environnement classique qui se comporte bien commme une sorte de thermostat.
    C'est un peu comme lorsqu'on passe d'une lumière polarisée à une lumière naturelle,les termes d'interférences disparaissent.
    Je maitrise vraiment mal ce genre de truc et je dis peut être des conneries d'ailleurs.
    Il y a toute une connexion possible avec la gravitation quantique au passage.
    Sur Futura qq comme B Chaverondier est trés au fait de toutes ses questions,je vous conseil de le contacter.

  26. #20
    Lambda0

    Re : Principe de Mach et fluctuations ?

    Citation Envoyé par mtheory
    Des idées de ce genre se retrouve chez De Broglie (et chez Bohm en partie) avec sa théorie d'un thermostat sub quantique caché échangeant sans cesse de la chaleur avec les particules de l'Univers.
    Malheureusement ,sauf dans des théories non locales cela entre en contradiction avec les inégalités de Bell et les résultats d'Aspect.
    Les fluctuations de la mécanique quantique ne sont pas des fluctuations thermiques ou résultant d'effets stochastiques,ne serait ce qu'à cause du fait qu'on emploi des amplitudes de probabilités(voir quand même la théorie de Nelson).
    Je pense que celà réponds tout à fait à ma question. (soupir de soulagement : je ne suis pas le seul à m'être posé cette question).
    Donc la nature probabiliste des prédictions de la mécanique quantique ne résulte pas d'un bruit de fond stochastique engendré par le contenu de l'univers.

    Citation Envoyé par mtheory
    De toute façon la théorie quantique s'applique à des objets globalement neutres donc les fluctuations quantiques ne peuvent y être dues à des effets electromagnétiques dans ce cas (ex neutron).
    Je prenais l'exemple du champ électromagnétique, mais celà pouvait éventuellement concerner les fluctuations d'autres champs.

    Citation Envoyé par mtheory
    Par contre on explique la décohérence des objets quantique (en général et aujourd'hui) par un couplage avec l'environnement classique qui se comporte bien commme une sorte de thermostat.
    C'est un peu comme lorsqu'on passe d'une lumière polarisée à une lumière naturelle,les termes d'interférences disparaissent.
    Je maitrise vraiment mal ce genre de truc et je dis peut être des conneries d'ailleurs.
    Sujet bien à la mode, et que je ne maitrise pas du tout, mais je rafraichis justement mes connaissances en MQ pour pouvoir lire ce genre d'articles.

    Citation Envoyé par mtheory
    Sur Futura qq comme B Chaverondier est trés au fait de toutes ses questions,je vous conseil de le contacter.
    Je n'irais pas le déranger pour si peu, mais s'il passe par ici et lit ce qui précède, cet avis éclairé m'intéresse beaucoup.

    Merci aussi aux autres intervenants pour m'avoir aidé à clarifier l'idée, c'était une vieille question que j'avais classée sans suite pendant mes études (ce qui commence à dater!).

    A+

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