Réflexion lumineuse en mécanique quantique

[invite11913079]

Bonjour,

Comment expliquer le caractère parfaitement ordonné de la réflexion d’un rayon lumineux sur un miroir à l’échelle macroscopique, quand on connaît la mécanique quantique ?



La réflexion lumineuse est rectiligne, mono-directionnelle. Elle suit l’optique géométique euclidienne et est parfaitement ordonnée.
Pourtant , l’atmosphère ordinaire traversée par le rayon n’est pas un milieu très ordonné, une surface du miroir, même parfaitement lisse n’est pas également une explication suffisante.

Pourquoi le rayon de lumière garde son angle d’incidence sur la surface du miroir en réfléchissant ? Pourquoi la lumière ne disperse t-elle pas dans toutes les directions ?

Cela serait plus conforme à la description de la lumière en mécanique quantique, qui mentionne un nuage de photon dont on a connaissance uniquement par des probalibilités.

Est-ce le fait que les photons soient d'un certain nombre pour se comporter de manière ordonnée ?


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[invitea774bcd7]

La lumière visible a une longueur d'onde de 600nm à peu près. Ça veut dire que cette lumière ne peut pas « voir » des détails de la surface plus petit que 600nm. Dans ce cas, la surface apparaît plane.

Remplacez la lumière visible par des rayons X qui ont une longueur d'onde beaucoup plus courte et de l'ordre des distances interatomiques et vous n'aurez plus de réflexion spéculaire : ça diffracte car la structure atomiques se comporte alors comme un réseau.

Finalement et plus généralement, expliquer la réflexion en terme de photon au lieu d'utiliser la formalisme ondulatoire, je ne sais même pas si c'est possible… Je ne saurais pas le faire en tout cas (aucune raison a priori qu'un photon unique suive les règles de la réflexion spéculaire. Faut une couche de statistique et d'interférences pour faire sortir le comportement ondulatoire)

[curieuxdenature]

Pourquoi la lumière ne disperse t-elle pas dans toutes les directions ?

Cela serait plus conforme à la description de la lumière en mécanique quantique, qui mentionne un nuage de photon dont on a connaissance uniquement par des probalibilités.

Est-ce le fait que les photons soient d'un certain nombre pour se comporter de manière ordonnée ?

D'après l'electrodynamique quantique c'est de cette façon que la lumière se comporte pourtant.
La probabilité que le photon prenne un chemin plutot qu'un autre pour faire le trajet de la source à l'oeil est identique pour tous les chemins possibles en rapport avec la surface du miroir.

Ce qui est déterminant tient à ce que le trajet qui passe par le milieu du miroir est celui du "moindre temps", tous les autres trajets s'annulent entre eux.

[triall]

Ce qui est déterminant tient à ce que le trajet qui passe par le milieu du miroir est celui du "moindre temps", tous les autres trajets s'annulent entre eux.

Bonjour, je crois que ce n'est pas tout à fait le moindre temps, c'est l'endroit du miroir où la distance parcourue varie le moins . Autrement dit si l'on met la distance parcourue en une fonction , c'est l'endroit ou la dérivée s'annule .
Comme on le voit sur le schéma joint , avec un miroir hyperbolique , la lumière ne prend pas le plus court chemin(ACB) pour aller de A à B , mais ADB.
Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite11913079]

Ces réponses permettent de construire une approche satisfaisante de la réflexion, lumineuse en l'occurence.

[Chip]

Finalement et plus généralement, expliquer la réflexion en terme de photon au lieu d'utiliser la formalisme ondulatoire, je ne sais même pas si c'est possible… Je ne saurais pas le faire en tout cas (aucune raison a priori qu'un photon unique suive les règles de la réflexion spéculaire. Faut une couche de statistique et d'interférences pour faire sortir le comportement ondulatoire)

Franchement guerom je ne comprends pas le sens de tes remarques. L'optique quantique n'a aucun problème avec la réflexion d'un photon unique. Pourquoi laisser entendre qu'il y a des problèmes là où il n'y en a pas?

[invite11913079]

Franchement guerom je ne comprends pas le sens de tes remarques. L'optique quantique n'a aucun problème avec la réflexion d'un photon unique. Pourquoi laisser entendre qu'il y a des problèmes là où il n'y en a pas?

Non,

Guerom a raison.

Je pense qu'il y a effectivement un problème que la mécanique quantique ne peut répondre au problème de la réflexion lumineuse par le modèle du photon. Elle a une partie de réponse par le modèle ondulatoire comme le dit guerom

Dans ce cas, ne faudrait il pas pour avoir une réponse complète avoir recours à la relativité ?
La vitesse de lumière est si importante, qu'à nos yeux, elle ne disperse pas dans toute les directions, elle donne l'impression à notre échelle humaine d'aller tout droit, de manière rectligne, mono-directionnelle.
De ce fait, elle est conforme à l'optique géométrique.
De plus, elle se conforme au principe naturel de la physique de chemin le plus court. Cela rejoint le point de vue de curieuxdenature qui défend un phénomène de propagation au moindre temps.

[invitea774bcd7]

Guerom a raison.

C'est ce que je croyais.
Mais je sais par ailleurs que Chip s'y connaît beaucoup mieux que moi dans ce domaine, il a donc sans doute raison

[LPFR]

Bonjour.
L'électrodynamique quantique explique la réflexion par la matière. Mais c'est très compliqué pour être d'utilité pratique.

Je vous conseille le petit bouquin de Feynman: "Lumière et matière, une étrange histoire". Ce sont des conférences grand public pour montrer comment l'EQ traite la lumière et son interaction avec la matière.

Mais il faut voir que les "photons" de l'EQ ne sont pas des simples quantas d'énergie. Ce qu'ils transportent est une probabilité de présence et, de plus, ils ont une phase. Ils prennent toutes les trajectoires possibles et ont toutes les interactions possibles (en même temps). Et leur probabilité de présence s'ajoute comme des vecteurs dans l'espace de Fresnel.

Et Feynman lui même, un des pères de l'EQ, utilise le modèle classique quand il s'agit d'utiliser et calculer la réflexion de la lumière sur des surfaces.
Au revoir.

[stefjm]

Dans ce cas, ne faudrait il pas pour avoir une réponse complète avoir recours à la relativité ?
La vitesse de lumière est si importante, qu'à nos yeux, elle ne disperse pas dans toute les directions, elle donne l'impression à notre échelle humaine d'aller tout droit, de manière rectligne, mono-directionnelle.
De ce fait, elle est conforme à l'optique géométrique.
De plus, elle se conforme au principe naturel de la physique de chemin le plus court. Cela rejoint le point de vue de curieuxdenature qui défend un phénomène de propagation au moindre temps.

De plus, on oublie très souvent de préciser que le rayon lumineux s'appelle «rayon» parce que normal aux surfaces d'onde. (comme les rayons d'une roues)

La lumière ne voyage pas en ligne droite mais en sphère.

Il me semble que la relativité en privilégiant une seule direction oublie ce fait.

[curieuxdenature]

Ce qu'ils transportent est une probabilité de présence et, de plus, ils ont une phase. Ils prennent toutes les trajectoires possibles et ont toutes les interactions possibles (en même temps). Et leur probabilité de présence s'ajoute comme des vecteurs dans l'espace de Fresnel.

Et Feynman lui même, un des pères de l'EQ, utilise le modèle classique quand il s'agit d'utiliser et calculer la réflexion de la lumière sur des surfaces.
Au revoir.

Bonjour LPFR

il me semblait bien que mes lectures de Feynman y étaient pour quelque chose.
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Avec une grande quantité de photons il est clair que le problème n'est pas le même, avec un photon unique on n'a que l'electrodynamique quantique pour avoir l'explication.
J'ai retrouvé l'endroit du livre de Feynman donné par LPFR, c'est à la page 61.
La figure 20 est commentée comme suit:
"Selon la conception quantique, la lumière est réfléchie par toutes les parties du miroir, de A en M[bords extrêmes du miroir], avec la même amplitude de probabilité."

Bon Noël à tous.

[mariposa]

Bonjour.
L'électrodynamique quantique explique la réflexion par la matière. Mais c'est très compliqué pour être d'utilité pratique.

Je vous conseille le petit bouquin de Feynman: "Lumière et matière, une étrange histoire". Ce sont des conférences grand public pour montrer comment l'EQ traite la lumière et son interaction avec la matière.

Mais il faut voir que les "photons" de l'EQ ne sont pas des simples quantas d'énergie. Ce qu'ils transportent est une probabilité de présence et, de plus, ils ont une phase. Ils prennent toutes les trajectoires possibles et ont toutes les interactions possibles (en même temps). Et leur probabilité de présence s'ajoute comme des vecteurs dans l'espace de Fresnel.

Et Feynman lui même, un des pères de l'EQ, utilise le modèle classique quand il s'agit d'utiliser et calculer la réflexion de la lumière sur des surfaces.
Au revoir.

Bonjour,

Désolé mais tout ce que tu dis ne tiens pas la route? Je suis déjà intervenu plusieurs fois sur cette question pour attirer ton attention.

Personnellement j'adore la pédagogie de Feymann et particulièrement les 2 livres d'électromagnétisme qui n'ont pas d'équivalent. S'agissant de son livre "Lumière et matière" j'ai constaté que sa pédagogie s'avère une catastrophe dans les mains des professionnels.

Tu écris:

"
Ce qu'ils transportent est une probabilité de présence et, de plus, ils ont une phase"



Non un photon ne transporte pas une probabilité de présence car un photon ne peut avoir une fonction d'onde.

Le photon ne peut pas non plus avoir une phase car la phase est un concept classique attaché a la notion d'onde.

Ce qui possède une phase c'est un chemin dont la phase est déterminée par le Lagrangien le long du chemin.


Tu écris:

"
Ils prennent toutes les trajectoires possibles et ont toutes les interactions possibles (en même temps). Et leur probabilité de présence s'ajoute comme des vecteurs dans l'espace de Fresnel."


Cela ne veut rien dire:

Ce qui montre les intégrales de chemin de Feymann est que l'amplitude de probabilité (et non la probabilité) d'aller d'un point espace-temps a un autre est la somme de toutes les amplitudes de probabilités selon tous les chemins (a chaque chemin une phase déterminé par le lagrangien).

Ce n'est qu'une version du principe de superposition propre au fondement de la MQ

La probabilité d'aller d'un point à l'autre est le module au carré de la somme des amplitudes de probabilité.

[Chip]

Non, Guerom a raison.

Je pense qu'il y a effectivement un problème que la mécanique quantique ne peut répondre au problème de la réflexion lumineuse par le modèle du photon.

Il faut arrêter le délire... ouvrir n'importe quel livre d'optique quantique vous éviterait d'énoncer de telles énormités. Je ne comprends pas ce qui vous pousse à intervenir sur un sujet que vous ne connaissez pas, ni l'un ni l'autre. Désolé d'être direct mais bon, il y a des limites au non sens...

Edit : je n'avais pas vu ta réponse guerom, désolé d'avoir été un peu rude. Mais au fond je ne comprends pas cette attitude qui consiste à intervenir sur des sujets qu'on ne connaît pas bien, au risque d'induire d'autres en erreur

[invitea774bcd7]

Mais au fond je ne comprends pas cette attitude qui consiste à intervenir sur des sujets qu'on ne connaît pas bien, au risque d'induire d'autres en erreur

Jusqu'à ton intervention, je croyais que c'était un sujet que je connaissais bien Après tout, c'est plus ou moins le domaine dans lequel je travaille I stand corrected…

[invite11913079]

Bonjour,

La propagation de la lumière trouve son explication dans le phénomène de polarisation. Dans un milieu homogène, peu dense, la propagation est rectiligne, mono-directionnelle.

L'explication en optique géométrique est purement descriptive, "externe" (point de vue TRIALL, STEFJM). Elle ne s'appuie sur aucun concept. Elle est frustrante. Voir par exemple, la théorie de Fermat.

L'explication en termes ondulatoire est satisfaisante (GUEROM00), voir pour plus d'infos sur Wikipédia article"polarisation".
Elle a son explication correspondante en optique quantique (CHIP, CURIEUXDENATURE, LPFR) via l'électrodynamique de Feynman.
La synthèse de tout cela peut se faire par la mécanique ondulatoire.
En effet, Louis de Broglie a prédit dans sa mécanique ondulatoire, que, puisque la lumière se comportait comme une particule dans ses rapports avec la matière, inversement, les particules matérielles devaient se comporter comme des ondes (les ondes de matière) dans leur propagation.

Cordialement.
Bonne Année