l'effet tunnel est-il quantique?

[mariposa]

Bonsoir,

Tout est dans le titre.
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[coussin]

Qu'est-ce que ça veut dire « être quantique » ?

[DarK MaLaK]

Salut, pourquoi ne le serait-il pas ? On l'observe et on s'en sert à l'échelle nanoscopique alors que je n'ai jamais traversé de montagnes sans prendre un peu d'élan et de hauteur, si un tunnel n'existe pas déjà...

[mariposa]

Qu'est-ce que ça veut dire « être quantique » ?

C'est très bonne question et déjà une amorce de réponse.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite1a299084]

Bonjour,

J'ai une question sur l'effet tunnel, et j'en profite pour la poser ici.

On a une probabilité très très très... faible de traverser un mur. Cependant c'est possible.

Mais une question...

Il faudrait en fait que tout les atomes de notre corps se faufilent entre les atomes du mur?
Mais un mur c'est beaucoup beaucoup de couche d'atome donc dans le calcul de la probabilité, il faut prévoir le fait que cet évènement doit se reproduire plusieurs fois (pour traverser le mur entier).

Et donc ça serait possible que ça arrive juste pour une couche et qu'on reste coincé non?

Enfin c'est pas trop de la science fiction. J'essaye juste de comprendre les gens qui calculent des probabilités là dessus. Et le phénomène si celà doit se produire.

[coussin]

C'est très bonne question et déjà une amorce de réponse.

Bah vas-y, faut que tu t'expliques un peu
Parce que y a tout un tas d'observation expérimentale de l'effet tunnel; au niveau quantique…

[Fishbedfan]

Je ne suis pas très sûr de l'objectif du topic. Rapprocher l'effet tunnel des ondes évanescentes (qui n'ont rien de quantique) ?

[invite6754323456711]

Je ne suis pas très sûr de l'objectif du topic. Rapprocher l'effet tunnel des ondes évanescentes (qui n'ont rien de quantique) ?

En formalisme quantique l'imaginaire/invisible contribue à faire émerger le visible

http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_tunnel#Analyse
Au niveau théorique le comportement tunnel n'est pas fondamentalement différent du comportement classique de la particule quantique face à la barrière de potentiel ; elle satisfait à l'équation de Schrödinger, équation différentielle impliquant la continuité de la fonction d'onde et de sa dérivée première dans tout l'espace. De même que l'équation des ondes électromagnétiques mène au phénomène des ondes évanescentes, de même la fonction d'onde rencontre des cas où l'amplitude de probabilité de présence est non nulle dans des endroits où l'énergie potentielle est supérieure à l'énergie totale.

Si, au niveau mathématique l'évaluation de l'effet tunnel peut parfois être simple, l'interprétation que l'on cherche à donner aux solutions révèle le fossé qui sépare la mécanique classique, domaine du point matériel suivant une trajectoire définie dans l'espace-temps, de la mécanique quantique où la notion de trajectoire simple disparaît au profit de tout un ensemble de trajectoires possibles, dont des trajectoires où le temps apparaît complexe ou imaginaire pur... où les vitesses deviennent imaginaires.

Patrick

[mariposa]

Bah vas-y, faut que tu t'expliques un peu
Parce que y a tout un tas d'observation expérimentale de l'effet tunnel; au niveau quantique…

Bonsoir,

Il ne s'agit pas de nier des faits expérimentaux, ce serait absurde. le problème est sur la pertinence du vocabulaire.

[mariposa]

Je ne suis pas très sûr de l'objectif du topic. Rapprocher l'effet tunnel des ondes évanescentes (qui n'ont rien de quantique) ?

Bonsoir,

Tu as 90% de la réponse.

Les ondes évanescentes c'est de la physique classique.

L'onde est-il un concept quantique?

[coussin]

OK mais là l'onde qui devient évanescente, c'est une onde de probabilité quand même… On est loin des ronds à la surface de l'eau et de la corde qu'on gigote

[invitee0ad586c]

Bonjour mariposa,
En effet l'effet tunnel permet à la matière de franchir des obstacles en passant à travers par téléportation.

[david_champo]

Bonsoir,

Comment ça par téléportation ? C'est juste un franchissement d'obstacle lié à une probabilité non ? Enfin, je ne sais pas trop, chaque fois que je le rencontre, je nage...

... Quand à l'effet tunnel, ce que j'ai du mal à appréhender quand on fait l'analogie avec la mécanique classique, c'est que dans la mécanique du point, on étudie la trajectoire d'un point (centre d'inertie) mais qui concentre l'information d'un solide (souvent indéformable) alors qu'en mécanique quantique, on est sur une particule "élémentaire". A priori, en mécanique classique aussi, on pourrait étudier la trajectoire de la particule en ne considérant pas l'obstacle comme indéformable ou une surface homogène imperméable, non ?

[Fishbedfan]

OK mais là l'onde qui devient évanescente, c'est une onde de probabilité quand même… On est loin des ronds à la surface de l'eau et de la corde qu'on gigote

La deuxième photo évoque quand même pas mal un effet tunnel alors que ça parle de réfraction. D'ailleurs...

Mathematically, the process is the same as that of quantum tunneling, except with electromagnetic waves instead of quantum-mechanical wavefunctions.

Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Evanescent_wave

[coussin]

'tain, je me crois revenu à la discussion sur la « réalité » des nombres complexes… Vous aimez vous prendre la tête sur ce forum dites-moi
L'effet tunnel, c'est un concept classique (ondes évanescentes) appliqué à quelque chose d'on-ne-peut-plus quantique (la fonction d'onde). Alors ?

[invite93279690]

La deuxième photo évoque quand même pas mal un effet tunnel alors que ça parle de réfraction. D'ailleurs...



Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Evanescent_wave

Salut,

Oui enfin, dans le contexte de la physique classique un corpuscule matériel n'a aucune chance de passer une barrière si il n'a pas l'énergie suffisante. Une des révolutions de la MQ consiste justement à dire que certains phénomènes ondulatoires comme les interférences et les ondes évanescentes peuvent en réalité être observés pour des particules.

Alors, certes le concept d'onde évanescente est classique au sens de "non nouveau" mais c'est révolutionnaire à l'époque d'imaginer l'uiliser pour un électron, une molécule ou même un caillou (pour lequel on trouvera évidemment une probabilité très faible).

[Fishbedfan]

'tain, je me crois revenu à la discussion sur la « réalité » des nombres complexes… Vous aimez vous prendre la tête sur ce forum dites-moi

ù100fil veut faire des maths dans un forum de physique: théorie de la bifurcation (de topic)

L'effet tunnel, c'est un concept classique (ondes évanescentes) appliqué à quelque chose d'on-ne-peut-plus quantique (la fonction d'onde). Alors ?

Alors l'effet tunnel est observé dans les phénomènes ondulatoires en générale, pas uniquement en MQ ?

[coussin]

Alors l'effet tunnel est observé dans les phénomènes ondulatoires en générale, pas uniquement en MQ ?

Non. Ce sont les ondes évanescentes qui sont générales. Mais appliqué à une onde de probabilité, ça prend une toute autre dimension. Tout de suite, on pense passe-muraille

[curieuxdenature]

Bonjour

l'effet tunnel n'est pas à proprement parlé un effet quantique mais on l'étudie en chimie quantique parce que cela concerne des événements qu'on observe à l'échelle du puits de potentiel associé aux noyaux atomiques.
A notre échelle les calculs qui en découlent ne valent même pas la peine d'être mentionnés. C'est un peu comme les effets relativistes, même avec une formule I, c'est hors sujet. Ce qui ne veut pas dire que les applications suivent le même chemin, évidemment.

[ClairEsprit]

Bonjour,

pour ma part je considère que l'effet tunnel est quantique. Même si on peut rapprocher les solutions appliquées à la partie imaginaire de la fonction d'onde dans le cas d'un certain potentiel à des solutions physiques mathématiquement comparables dans d'autres secteurs de la physique classique par exemple, il ne s'agit pas du tout de la même chose.

Comme chacun sait la fonction d'onde ne modélise pas une particule ni un objet, elle modélise une probabilité de présence. Donc attribuer une présence possible derrière une barrière de potentiel infranchissable classiquement, oui, c'est typiquement quantique, et c'est ça que j'associe à l'effet tunnel.

Que la fonction d'onde permettant de conclure à une probabilité de présence non nulle soit une onde évanescente, c'est un détail.

C'est comme l'intrication. L'intrication c'est un concept quantique et vouloir généraliser ce concept à autre chose sur la base de similarités mathématiques me paraît une approche euh... bizarre.

[mariposa]

Bonjour,

Je voudrais faire une petite intervention, tout en laissant la discussion la plus ouverte possible.

La physique est un corpus à trois pieds: l'expérimentation (ou l'observation), les concepts, le langage mathématique.

Il est donc hors de question de remettre en cause la réalité d'un phénomène, ainsi que son explication mathématico-physique. Ce qui est en cause sont les concepts.

Le problème que je pose est l'association de l'expression effet tunnel au mot quantique, association de l'ordre des concepts.

2 pistes:

A- Fonction d'onde ou amplitude de probabilité.

Une chose importante à savoir est que le développement de la MQ s'est fait à travers une lecture de physique classique employé avec des mots classiques. le résultat de tout ceci est qu'encore aujourd hui la MQ ne s'est toujours pas débarrassé de son langage ancien produit d'un accouchement douloureux (un accouchement de 30 ans ne peut pas ne pas laisser de traces).


Si on veut faire l'effort de ne plus employer l'expression fonction d'onde, mais de la remplacer par le langage moderne amplitude de probabilité on fait disparaitre le mot onde et c'est une très bonne chose car le concept d'onde n'est pas un concept de MQ c'est un concept de physique classique. Dans la foulée on fera disparaitre le mot particule qui n'est pas un concept de MQ, mais un concept classique.


Est-ce du pinaillage?

On pourrait le penser, mais alors comment parler d'un effet tunnel dit quantique en s'interdisant de prononcer le mot onde et le mot particule et donc seulement en employant l'expression correcte d'amplitude de probabilité.


L'expérience de Young à basse intensité.

Sauf erreur de ma part, je n 'ai pas vu une seule fois sur Futura décrire correctement l'expérience de diffraction des trous d'Young.
Normalement on prend cette expérience réelle pour des raisons pédagogiques afin de démontrer qu'il y a impossibilité à expliquer les choses en termes d'ondes et de particules.

On trouve souvent un truc du genre/ la particule nait dans l'émetteur au point X se propage vers le plan des fentes et s'est donc transformée en onde et donc diffracte selon le principe de Huygens pour se retrouver miraculeusement en particule située au point Y où la particule est détecté. On dit parfois que la particule interfère avec elle-même, ce qui atteint les sommets du ridicule.

C'est magique!

En fait cette expérience réelle se trouve contra-productive puisqu'elle n'amène pas à penser le problème d'une façon rationnelle dans le langage de la MQ qui ne connait nullement les concepts classiques d'onde et de particule.

Version effet tunnel.

soient 2 puits de largeur et profondeur identique de potentiel A et B séparés par une barrière de hauteur d'energie V

A- Version Mécanique classique.

Soit une balle de tennis logée dans le puit A avec une énergie:

1/2.m.V2 < V

La balle de tennis rebondit entre les murs et restent dans le puit A.

Supposons qu'il y a un petit réacteur dans la balle de tennis commandé a distance. En augmentant l'énergie cinétique telle que:

1/2.m.V2 > V

La balle de tennis va augmenter l'amplitude de son mouvement et se balader au-dessus des 2 puits ainsi qu'au-dessus de la barrière d'énergie W.


Comme l'énergie est constante E = 1/2.m.v2 on a:

E = 1/2.m.v2 + W

On note que pour E = W l'énergie cinétique est nulle au-dessus de la barrière.

Lorsque la particule est au-dessus de B, un bon coup de rétrofusée et hop la balle de tennis se retrouve coincée dans B.

Version Mécanique quantique.

L'électron est dans le puit A avec une énergie 1/m.v2 <W. Mais l'électron c'est aussi une onde et à ce titre sonn onde se propage vers le puit B et l'onde se métamorphose à nouveau sous forme d' électron dans le puit B avec une énergie cinétique 1/2.m.v2.

Donc l'électron à traverser le mur de potentiel. Ne voulant pas sauter la barrière il a un creusé un tunnel dans la barrière en se transformant momentanément en onde quantique pour se reconvertir en particule.

Cette explication que l'on retrouve a peu prêt partout explique un phénomène bien réel en donnant à des objets quantiques le don d'ubiquité en étant, quand on veut, comme veut être particules et ondes.

C'est ainsi qu'en utilisant pour une expérience réelle dont la description relève de la MQ on utilise le vocabulaire de la physique classique (ondes et particules) pour conclure que la particule à des propriétés mystérieuses:

La particule creuse des puits dans les barrières en se transformant momentanément en ondes.

C'est le même schéma mental de l'expérience d Young où la particule se transforme momentanément onde pour franchir les trous d'Young.

Bien entendu la MQ n'utilise nullement le langage d'onde et de particule. Elle ne connait que des états et des amplitudes de probabilité pour passer d'un état à un autre.

Les amplitudes de probabilité sont des nombres complexes. Raison de plus d'abandonner l'expression fonction d'onde qui est un nombre complexe et que l'on ne peut mesurer alors que mathématiquement une onde est à la fois une fonction réelle ET un phénomène physique qui se mesure (voir les vagues sur un océan).

Si l'on veut rapprocher le langage de la MQ de la physique classique, ce sont les chaines de Markov, mais çà c'est une autre histoire.


A suivre....

[invitedaba4692]

Il est donc hors de question de remettre en cause la réalité d'un phénomène.

Quel realite donner a quelque chose qui n'existe que lorsqu'on la mesure?

Version Mécanique quantique.

L'électron est dans le puit A avec une énergie 1/m.v2 <W. Mais l'électron c'est aussi une onde et à ce titre sonn onde se propage vers le puit B et l'onde se métamorphose à nouveau sous forme d' électron dans le puit B avec une énergie cinétique 1/2.m.v2.

Donc l'électron à traverser le mur de potentiel. Ne voulant pas sauter la barrière il a un creusé un tunnel dans la barrière en se transformant momentanément en onde quantique pour se reconvertir en particule.

Est-ce qu'il y a violation du principe de conservation de l'energie dans ce cas-la?

[mariposa]

Quel realite donner a quelque chose qui n'existe que lorsqu'on la mesure?

Bonjour,

C'est justement une des grandes découvertes de la MQ qui consiste à dire que l'on ne peut parler que de ce que l'on mesure.

Est-ce qu'il y a violation du principe de conservation de l'énergie dans ce cas-la?

le principe de conservation de l'énergie n'est pas violé. Le principe de conservation de l'énergie est liée à l'invariance par translation dans le temps. Ce qui veut dire qu'un système isolé à une énergie E° à l'instant t1, alors il a l'énergie E° à l'instant t2.

En fait système isolé n'est pas tout à fait exacte, il suffit que le système soit en interaction avec un potentiel indépendant du temps.

[invite63450017]

il suffit que le système soit en interaction avec un potentiel indépendant du temps.

Bonjour,
Pour parvenir à suivre : quelle relation basée sur un potentiel "dépendant" du temps faudrait-il typiquement exclure?
Merci

[invite29cafaf3]

Bonsoir,

Excusez moi de revenir à la question initiale de ce post, mais :

1) Si le franchissement de la barrière de potentiel n'est pas descriptible par la mécanique classique

2) Si ce franchissement est descriptible par la MQ, notamment par la fonction d'onde, et satisfait l'équation de Schrödinger,

... la question se pose t-elle ? => effet quantique

Mais j'ai peut-être pas compris !

[mariposa]

Bonjour,
Pour parvenir à suivre : quelle relation basée sur un potentiel "dépendant" du temps faudrait-il typiquement exclure?
Merci

Bonjour,

Un lagrangien a typiquement la forme L (x, dx/dt, t). Tous les autres Lagrangiens ne sont que des sophistications de cette forme.

On démontre que le lagrangien ne dépend pas du temps cad si:

L = L (x, dx/dt)

alors il existe une quantité invariante que l'on appelle énergie et dont une forme bien connue est:

E = 1/2.m.v2 + V(x)

où V(x) est le potentiel du a un champ extérieur.

[mariposa]

Bonsoir,

Excusez moi de revenir à la question initiale de ce post, mais :

1) Si le franchissement de la barrière de potentiel n'est pas descriptible par la mécanique classique

2) Si ce franchissement est descriptible par la MQ, notamment par la fonction d'onde, et satisfait l'équation de Schrödinger,

... la question se pose t-elle ? => effet quantique

Mais j'ai peut-être pas compris !

Bonjour,

Si, si tu as compris le fond du problème, tout est lié à une mauvaise maîtrise du langage.

L'effet est bien réel et toute description doit se faire en appliquant des règles mathématiques rigoureuses et propres à la MQ sans prononcer ou écrire le moindre mot. Seul le langage mathématique est autorisé.

Ce qui ne va pas c'est la tentative d'expliquer avec les mains (donc qualitativement) en termes d'ondes et de particules, tentative qui aboutit à un charabia mystificateur et qui surtout ne respecte pas ce que dit vraiment la MQ.

C'est dans ce sens où je peux montrer sans peine qu'avec les arguments qualitatifs utilisés je peut démontrer sans peine que l'effet tunnel est alors un effet classique.

Comment?

J'invite à qui voudra le faire pour sa propre gouverne de faire la démonstration que j'ai effectuée dans un cours il y a quelques années.

L'effet Tunnel se réalise avec 2 puits séparés par une barrière?

Il suffit de trouver un phénomène physique classique où il y a un isomorphisme mathématique total avec le formalisme de l'effet tunnel.

pour faire cela on s'intéresse à la propagation dans une fibre optique multimode. Cette propagation est solution des équations de Maxwell, cad solutions classiques où il y a de vrais ondes.


On montre que le carré du profil d'indice changé de signe joue le même rôle que le potentiel en MQ. De même on montre que les constantes de propagation dans la fibre joue le rôle de l'énergie. le champ électromagnétique joue quant à lui le rôle de la fonction d'onde.


Une fois établit l'isomorphisme on passe aux travaux expérimentaux. Rien ne vaut les expériences pour convaincre.

On fabrique 2 cœurs de fibres, ce qui est équivalent à mettre 2 fibres cote à cote sans contacts mécaniques et donc séparées par le vide.

On injecte de la lumière dans une fibre et oh miracle la lumière passe dans l'autre fibre tout en se propageant, puis revient dans la première fibre etc...

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Donc la lumière passe par effet tunnel d'une fibre a l'autre et comme nous sommes dans une expérience de physique classique j'en déduis que l'effet tunnel est un effet classique
______________________________ ______________________________ ______________________________ ____________________________


Le gros problème est que l'énergie qui passe d'une fibre à l'autre est vraiment un phénomène d'onde. Alors qu'en MQ il n' y a pas d'ondes et pas de particules.

Je ne suis pas le premier à avoir soulevé le problème. avec d'autres arguments il suffit de lire le vre de MQ de Jean Levy-Leblond qui tient strictement le même discours que le mien.

Cela illustre la difficulté pour l'élève que pour l'enseignement de réécrire son logiciel de fonctionnement pour comprendre la MQ. Les gens s'accrochent à des histoires anciennes de particules et d'ondes parce qu'ils n'arrivent pas à trouver le produit de substitution: l'amplitude de probabilité

[ClairEsprit]

Bien entendu la MQ n'utilise nullement le langage d'onde et de particule. Elle ne connait que des états et des amplitudes de probabilité pour passer d'un état à un autre

Je veux bien admettre que la mécanique quantique se soit débarassée du concept de fonction d'onde qui pourrait être du champ de la mécanique ondulatoire qui est historiquement antérieure. Parler d'amplitude de probabilité est effectivement plus approprié dans le cadre de la MQ.

En revanche dire que la notion de particule n'a plus cours, je ne suis pas d'accord. En MQ on part bien d'un modèle classique que l'on quantitifie selon les règles de correspondance. Quand l'hamiltonien est quantifié, les états du système peuvent être exprimés en représentation |r> et il est je crois approprié de dire dans le langage de la MQ que si j'arrive à déterminer que le système est dans l'état |r1> c'est que la particule s'est manifestée à l'endroit correspondant lors de la mesure.

Ce qui n'a plus cours, c'est la notion de trajectoire. Dans cette perspective, la notion d'effet tunnel prend tout son sens. Cependant ce ne sont que des mots; il ne faut pas chercher à plaquer sur les mots "effet tunnel" un sens littéral. C'est une étiquette collée sur un phénomène typiquement quantique. On aurait pu l'appeler "effet T", et il ne se serait pas posé la question de savoir si c'était quantique ou non, car ça l'est, indubitablement.

[mariposa]

Je veux bien admettre que la mécanique quantique se soit débarassée du concept de fonction d'onde qui pourrait être du champ de la mécanique ondulatoire qui est historiquement antérieure. Parler d'amplitude de probabilité est effectivement plus approprié dans le cadre de la MQ.

J'ai appris à l'école en 1970 qu'il n'y a pas de mécanique ondulatoire et cela ne doit faire aucun doute. Ce qui n'empêche pas Michel le Bellac, (dont la compétence est indiscutable), dans son livre récent de MQ de réhabiliter celle-ci dans son chapitre 9. Personnellement je trouve cela une grosse erreur pédagogique et je pourrais m'en expliquer dans un autre fil.

En revanche dire que la notion de particule n'a plus cours, je ne suis pas d'accord. En MQ on part bien d'un modèle classique que l'on quantitifie selon les règles de correspondance. Quand l'hamiltonien est quantifié, les états du système peuvent être exprimés en représentation |r> et il est je crois approprié de dire dans le langage de la MQ que si j'arrive à déterminer que le système est dans l'état |r1> c'est que la particule s'est manifestée à l'endroit correspondant lors de la mesure.

Oui c'est ainsi que l'on enseigne les choses et je n'y voit pas d'inconvénient dans un premier niveau de MQ et c'est d'ailleurs ainsi que je conçois les choses.

Néanmoins il faut donner de la perspective à ce point de vue qui est celle de la QED. En effet les électrons ont le même statut que les photons: Ce sont l'un et l'autre des excitations élémentaires de leurs vides respectifs. De plus électrons comme photons sont en nombre indéterminé. Dans ce monde il n 'y a pas de place pour les fonctions d'onde. Dans cette perspective QED l'équation de Schrodinger est une équation effective à basse énergie et en jauge de coulomb. Cad:

< p2/2.m + V(r)> beaucoup plus petit que m.c2

Ce qui veut dire que l'on ne peut pas appliquer cela aux photons puisque la masse de ces derniers est nulle


Dans cette description le nombre d'électrons est figés, c'est un bon nombre quantique. La fonction d'onde a le sens que tu as décrits.

Ce qui n'a plus cours, c'est la notion de trajectoire. Dans cette perspective, la notion d'effet tunnel prend tout son sens. Cependant ce ne sont que des mots; il ne faut pas chercher à plaquer sur les mots "effet tunnel" un sens littéral. C'est une étiquette collée sur un phénomène typiquement quantique. On aurait pu l'appeler "effet T", et il ne se serait pas posé la question de savoir si c'était quantique ou non, car ça l'est, indubitablement.

Absolument. Ce sont les mots utilisés qui sont farfelus. C'est pourquoi j'ai expliqué qu'en reprenant les mots utilisés alors l'effet tunnel est classique. C' est tous le sens de ma provocation.

[invite9cd736bc]

Bonjour,

pour ma part je considère que l'effet tunnel est quantique. Même si on peut rapprocher les solutions appliquées à la partie imaginaire de la fonction d'onde dans le cas d'un certain potentiel à des solutions physiques mathématiquement comparables dans d'autres secteurs de la physique classique par exemple, il ne s'agit pas du tout de la même chose.

Comme chacun sait la fonction d'onde ne modélise pas une particule ni un objet, elle modélise une probabilité de présence. Donc attribuer une présence possible derrière une barrière de potentiel infranchissable classiquement, oui, c'est typiquement quantique, et c'est ça que j'associe à l'effet tunnel.

Que la fonction d'onde permettant de conclure à une probabilité de présence non nulle soit une onde évanescente, c'est un détail.

C'est comme l'intrication. L'intrication c'est un concept quantique et vouloir généraliser ce concept à autre chose sur la base de similarités mathématiques me paraît une approche euh... bizarre.

Bonjour,

La question que je me pose au sujet de l'effet tunnel est la suivante :

Peut-on considérer l'effet tunnel, comme une conséquence de la non-localité ?

Existe-t-il un lien entre ces 2 aspects ?

Cordialement,