Physique quantique

[deyni]

Bonjour.

J'essai de comprendre pourquoi, en physique quantique une particule peut etre à 2 endroits à la fois, et aussi pourquoi, le photon a une masse nulle.
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[invite84eba484]

salut,

La premieres vient du fait que dans "le monde quantique" on ne peut pas connaitre avec exactitude la "position*" d'une particule, on ne connais que sa probabilité de présence.

Et donc, une particule a une probabilité non nulle de se trouver a n'importe qu'elle endroit de l'univers !

Pour la seconde, c'est parce que l'interaction gravitationnelle a une porté infinie et donc son médiateur (le photon) doit etre de masse nulle ! ( Peut etre que c'est l'inverse, et que c'est le fait que le photon soit de masse nulle qui fasse que l'interaction soit de portée infinie ?! :s ).
Sinon voir le mécanisme de higgs qui implique un photon de masse pour l'invariance de nos équations (peut etre est-ce encore l'inverse ?! :s )

Ou alors, ça vient peut etre du fait que cette particule "voyage" a la vitesse c et donc elle ne peut etre que de masse nulle ! (C'est plutot l'inverse ^^ le fait qu'elle soit de masse nulle implique qu'elle ne peut se propager qu'a la vitesse c )

*La notion de position en quantique pourrais faire le sujet d'une longue discution, et encore aujourd'hui (plus qu'avant ?) cette question est discuté/étudié dans les laboratoire de recherches

[doul11]

bonsoir,

J'essai de comprendre pourquoi, en physique quantique une particule peut etre à 2 endroits à la fois

si on fait une mesure on trouve la particule dans un unique endroit, si on ne fait pas de mesure on ne sait pas ou elle est.

et aussi pourquoi, le photon a une masse nulle.

l'interaction électromagnétique a une porté infinie ce qui implique une masse nulle, le photon ce déplace a a la vitesse c ce qui implique aussi une masse nulle.

[doul11]

La premieres vient du fait que dans "le monde quantique" on ne peut pas connaitre avec exactitude la "position*" d'une particule

on peut connaître avec exactitude la position, ce qui est impossible c'est de contraire la vitesse et la position en même temps, c'est la notion de trajectoire qui n'a pas de sens en MQ.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite84eba484]

J'ai dit interaction gravitationnelle ?! (se cache ou il peut :s )

Sinon concernant la position je suis pas d'accord mais je developperais plus tard...

[doul11]

Sinon concernant la position je suis pas d'accord mais je developperais plus tard...

j'attends toujours tes arguments ...

[legyptien]

J'ai dit interaction gravitationnelle ?! (se cache ou il peut :s )

Sinon concernant la position je suis pas d'accord mais je developperais plus tard...

je suis d'accord avec dou11, c'est le (premier) principe d'incertitude d'Heisenberg (pardon d'écorcher ton nom).

[aurelienbis]

j'attends toujours tes arguments ...

Moi aussi;
Une particule peut être soit à un endroit, soit à un autre, mais pas aux deux en même temps

[aurelienbis]

le photon ce déplace a a la vitesse c ce qui implique aussi une masse nulle.

Et pourquoi?

[doul11]

bonjour,

Et pourquoi?

selon la relativité seule une particule de masse nulle peut atteindre la vitesse c, pour une particule de masse non nulle l'énergie tends vers l'infini quand la vitesse tends vers c (1), avec des appareils très puissant on peut se rapprocher de c, comme par exemple les protons dans le LHC : 0,999999991 fois c (2), mais pas 100%.

pour la masse nulle du photon on peut dire aussi que vu qu'on ne peut pas trouver de référentiel ou le photon est au repos, ça veut dire que toute son énergie est contenue dans la quantité de mouvement et donc sa masse est nulle.(3)

(1) : http://fr.wikipedia.org/wiki/Relativ...27.C3.A9nergie

(2) : http://fr.wikipedia.org/wiki/Large_H...aux_de_protons

(3) : http://fr.wikipedia.org/wiki/Relativ...de_masse_nulle

[mariposa]

bonjour,

selon la relativité seule une particule de masse nulle peut atteindre la vitesse c, pour une particule de masse non nulle l'énergie tends vers l'infini quand la vitesse tends vers c (1), avec des appareils très puissant on peut se rapprocher de c, comme par exemple les protons dans le LHC : 0,999999991 fois c (2), mais pas 100%.

Bonjour,

Juste une petite remarque:


selon la relativité seule une particule de masse nulle se déplace à la vitesse c.

Une particule de masse nulle est en quelque sorte "coincée" à la vitesse c.

D'ailleurs tu as écrit très justement:

pour la masse nulle du photon on peut dire aussi que vu qu'on ne peut pas trouver de référentiel ou le photon est au repos, ça veut dire que toute son énergie est contenue dans la quantité de mouvement et donc sa masse est nulle.(3)

[aurelienbis]

Si je comprends le raisonnement, vous supposez également que c est la plus grande vitesse possible?

[mariposa]

Si je comprends le raisonnement, vous supposez également que c est la plus grande vitesse possible?

Bonjour,


Absolument.

[LAZAR]

Si je comprends le raisonnement, vous supposez également que c est la plus grande vitesse possible?

On fait mieux que ça, on l'affirme

[aurelienbis]

On fait mieux que ça, on l'affirme

Et comment?
Si je dit que la plus grand vitesse possible est l'infini, ce qui signifierait la téléportation, dans ce cas la masse est nulle, mais puisque c est une vitesse mesurable ne pourrait-on pas donner une masse à un photon?

[doul11]

le fait que la vitesse c soit une limite n'est pas due a LAZAR ou mariposa qui aurais décidés ça ce matin en ce levant, c'est un postulat de la relativité restreinte, ce postulat n'est pas tombé comme ça du ciel : il vient d'observations expérimentales.

[aurelienbis]

le fait que la vitesse c soit une limite n'est pas due a LAZAR ou mariposa qui aurais décidés ça ce matin en ce levant, c'est un postulat de la relativité restreinte, ce postulat n'est pas tombé comme ça du ciel : il vient d'observations expérimentales.

Ok c'est tout ce que je voulais savoir merci.

[Deedee81]

Salut,

Un cht'tit complément :

Et comment?
Si je dit que la plus grand vitesse possible est l'infini, ce qui signifierait la téléportation [...]

La téléportation se fait déjà :
http://fr.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9...tion_quantique

Mais elle ne se fait pas à vitesse infinie, une partie de l'information doit transiter par un canal à vitesse classique, inférieure à c. L'autre vienbt de l'intrication qui a été établie bien avant la téléportation et la mise en place des particules s'est faites elle aussi à vitesse finie.

P.S. : ça ne réfute pas ton affirmation, c'est juste un complément.

[invite84eba484]

j'attends toujours tes arguments ...

Bonjour, bon je vais essayer d'expliquer mon interprétation et j'invite vivement les autres ou toi meme a me corriger si je dit des bétises.

D'abord qu'est ce que la position ?

Dans un espace (plat, courbe) la position est donné par un point d'une variétée. c'est la définition que l'on se fait naturellement, mais déja qu'est ce qu'un point exactement ? Vous devez connaitre l'expérience de la cible du jeu de flechette ? (Surtout qu'en méca Q on a le hbar/2 qui limite notre "résolution")

Mais en mécanique quantique, nos objets sont définis dans un espace de hilbert, qui est un espace de fonction !
La position dans cet espace est un point de notre espace H, c'est donc une fonction.

Pour revenir a la notion de variété et retrouver notre définition intuitive de la position, on est obligé de se placer a l'étage supérieur, l'étage des opérateur qui agissent sur H, et considérer l'opérateur X.
Les opérateurs ne sont pas des objets simples, et c'est en ça que je dit qu'il y a des difficulté pour définir la position en méca Q, car on est obligé de monter d'un étage, de remplacer la position x par l'opérateur X etc...

D'ailleur une image m'avais été donner, on peut voir les différent espaces comme plusieur étages :

Au premier étage, on a "l'espace physique", la variété.

Au second étage, on a l'espace des fonction qui agissent sur la variété, l'espace L^2 par exemple.

Au troisiéme étage, on a l'espace des opérateur qui agissent sur les fonction (borné, non borné, linéaire ou non, etc...).

Donc on m'a expliqué, que pour la méca Q on se s'occupe pas du premier étage, en effet on fait nos calcul toujours avec les fonction d'onde et on fait des vas et vient entre les 2 et 3 ieme étages !

Donc comment définir une position si on a plus de variété ?

Voila mes arguments j'attend vos commentaire et correction

[Deedee81]

Salut,

Les opérateurs ne sont pas des objets simples

Bah, dans la base position l'opérateur X c'est "multiplier par x". Ce n'est pas si compliqué (je plaisante)

Au premier étage, on a "l'espace physique", la variété.
Au second étage, on a l'espace des fonction qui agissent sur la variété, l'espace L^2 par exemple.
Au troisiéme étage, on a l'espace des opérateur qui agissent sur les fonction (borné, non borné, linéaire ou non, etc...).

Donc on m'a expliqué, que pour la méca Q on se s'occupe pas du premier étage, en effet on fait nos calcul toujours avec les fonction d'onde et on fait des vas et vient entre les 2 et 3 ieme étages !

Là je ne plaisante plus.

Tu es en train de dire qu'en physique, lorsque l'on mesure la position d'un objet, on ne se préoccupe pas de l'espace réel ?

En réalité on fait des va et vient entre les trois étages.

Qui plus est, je n'aurais pas classé ça comme ça. Le deuxième et troisième étage sont aux même niveau. Ils parlent de chose différentes mais n'ont pas de de structure hiérarchique de ce type.
L'opérateur X est vis à vis de H ce que x est vis à vis de l'espace réel.

Donc je dirais qu'il n'y a que deux étages. L'espace réel et l'espace de configuration. Chose que l'on a déjà en physique classique.

[invite84eba484]

Moi aussi;
Une particule peut être soit à un endroit, soit à un autre, mais pas aux deux en même temps

Ben non au contraire et des expériences on bien montré que cette idée est fausse!

Surtout que c'est facile a acepter en considérant les particule comme des ondes !

Pour les expériences, pour les supraconducteur par exemple, on utilise le fait qu'un electron puisse etre dans deux branche différente d'une jonction. Je me souvient plus du nom de cette jonction mais elle est utilisé pour les ordinateur quantique !

Bon sur cette exemple je peut comprendre qu'il s'agit plus de la notion de trajectoire plutot que de position, mais les deux sont trés liée a mon sens.

[invite84eba484]

Là je ne plaisante plus.

Tu es en train de dire qu'en physique, lorsque l'on mesure la position d'un objet, on ne se préoccupe pas de l'espace réel ?

Exactement, regarde ce qui se fait en GNC, les calculs de distance entre deux objets (qui sont au final des particule) ne tiens plus du tout compte de l'espace réel, elle est définit en utilisant le sup des fonctions d'ondes ! Plus d'espace !

En réalité on fait des va et vient entre les trois étages.

Qui plus est, je n'aurais pas classé ça comme ça. Le deuxième et troisième étage sont aux même niveau. Ils parlent de chose différentes mais n'ont pas de de structure hiérarchique de ce type.
L'opérateur X est vis à vis de H ce que x est vis à vis de l'espace réel.

Donc je dirais qu'il n'y a que deux étages. L'espace réel et l'espace de configuration. Chose que l'on a déjà en physique classique.

Cette classification ne vient pas de moi mais d'un chercheur que j'ai cotoyer, tu ne peut pas dire que les fonction et les opérateur appartienne au meme niveau, sinon cela revient a dire que l'espace des fonction est au meme étage que l'espace réel !

"L'opérateur X est vis à vis de H ce que x est vis à vis de l'espace réel." le probleme est exactement la !

Il y a toute la constrution GNS qui permet de passer du 3ieme étage au 2ieme étage et du 2 ieme au 1er, or pour les opérateurs, qui sont non commutatif, les difficulté apparaissent...

Pour moi il y a réelement un probleme dans la définition de laposition en méca Q car l'espace auxquel appartiennent les particules, est un espace de fonction, et si on garde comme définition que la position est donné par un point de notre espace, alors la position d'un particule est donné par une fonction ! Ce qui nous renseigne guere sur la position intuitive que l'on a !

[Deedee81]

Je ne vais pas insister sur la classification qui, telle que nous l'énonçons toi comme moi, est assez arbitraire et peu scientifique.

Mais :

Exactement, regarde ce qui se fait en GNC, les calculs de distance entre deux objets (qui sont au final des particule) ne tiens plus du tout compte de l'espace réel, elle est définit en utilisant le sup des fonctions d'ondes ! Plus d'espace !

Je ne suis pas d'accord. Mais alors là vraiment pas d'accord.

La physique, même en mécanique quantique, ce sont des expériences et des mesures faites dans le monde réel. Ce n'est pas des maths. Les maths ça vient séparément, comme outil de calcul et de description. L'important en physique c'est la paillasse, pas les espaces de Hilbert et consor. Quand j'utilise un dispositif de mesure pour déterminer la position d'une particule, je repère les valeurs mesurées par rapport à un repère de l'espace réel, modélisé par une variété (généralement de Minkowski dans ce domaine).

Si tu dis que l'on ne se préoccupe plus de l'espace réel alors tu ne fais plus de physique.

Ne confond pas les espaces de fonctions avec la réalité s'il te plait.

[invite84eba484]

Mais :
Je ne suis pas d'accord. Mais alors là vraiment pas d'accord.

Oui je suis d'accord avec toi a 100%, la physique se fait par l'expérimentation,

Mais,

Le probleme que tu pose ici, celui de la mesure, est ce vraiment encore de la quantique ? je veut dire par la, que dés lors que l'on mesure quelque chose en quantique, la particule reste elle quantique ?

En réalité tu pose ici un probléme plus important, quelle est le lien entre le "monde réel" et le "monde quantique" ? Car pour faire de la physique il faut dans la plupart des cas se ramener au monde réel, cad que le rpobleme de la position n'en est plus un vue que au moment de la mesure, la particule n'est plus "quantique"...

Mais et je reprend l'exemple des ordinateur quantique, on peut tout a fait faire de la physique sans espace réel, pour faire du calcul quantique, on laisse les particule dans leurs états quantique jusqu'au dernier moment ou on fait une mesure! Mais durant ce laps de temps, la physique qui se passe est loin d'etre classique, la position de notre particule n'est pas défini...

Bon c'est presque de la philo lool, mais le probleme est la, peut on vraiment considerer qu'une particule reste quantique au moment d'une mesure ? Et dans ce cas quel sens donné a la position avant la mesure ? Enfin, peut on faire de la physique sans mesure ? ce sont des question légitime je pense...

[Deedee81]

Le probleme que tu pose ici, celui de la mesure, est ce vraiment encore de la quantique ? je veut dire par la, que dés lors que l'on mesure quelque chose en quantique, la particule reste elle quantique ?

On n'a aucune raison de croire le contraire.

Mais peu importe. Nos mesures s'expriment en grandeurs dans l'espace réel (positions, etc...) et on fait évidemment le lien avec les équations quantiques.

Donc on fait bien le lien avec l'espace réel. Contrairement à ce que tu affirmes.

En réalité tu pose ici un probléme plus important, quelle est le lien entre le "monde réel" et le "monde quantique" ? Car pour faire de la physique il faut dans la plupart des cas se ramener au monde réel, cad que le rpobleme de la position n'en est plus un vue que au moment de la mesure, la particule n'est plus "quantique"...

Le monde réel EST le monde quantique.

A nouveau, ne confond pas la réalité avec l'espace de Hilbert qui n'est qu'une description mathématique de cette réalité.

Toutefois, faire le lien entre la mécanique quantique et la physique classique n'est pas toujours évident, ça j'en conviens. Ca fait intervenir le principe de correspondance, les lois des grands nombres (statistiques), la décohérence, l'interprétation,.... Ca peut être très simple comme ça peut être très complexe et épineux.

Mais et je reprend l'exemple des ordinateur quantique, on peut tout a fait faire de la physique sans espace réel, pour faire du calcul quantique, on laisse les particule dans leurs états quantique jusqu'au dernier moment ou on fait une mesure! Mais durant ce laps de temps, la physique qui se passe est loin d'etre classique, la position de notre particule n'est pas défini...

Ca, ça ne signifie pas que l'espace n'existe plus ni qu'on en tient pas compte. Cette "position indéfinie" est décrite par une fonction d'onde qui donne l'amplitude de la position en tout point de l'espace réel. Encore une fois, on ne l'ignore pas !

On a exactement la même chose avec une onde sonore. Ce n'est pas parce qu'elle n'est pas en un point précis que l'espace réel cesse d'être intéressant.

Bon c'est presque de la philo lool, mais le probleme est la, peut on vraiment considerer qu'une particule reste quantique au moment d'une mesure ? Et dans ce cas quel sens donné a la position avant la mesure ? Enfin, peut on faire de la physique sans mesure ? ce sont des question légitime je pense...

Je répondrais aux trois questions : oui, distribuée comme une onde, non

Mais je ne creuserai pas plus, je sens venir le terrain bourbeux de l'interprétation de la mécanique quantique

[invite84eba484]

Mais je ne creuserai pas plus, je sens venir le terrain bourbeux de l'interprétation de la mécanique quantique

Oui

Mais n'empéche que la position reste un probleme ;p car en acceptant que physiquement il n'y a aucun probléme, il n'en ai pas moins difficile d'en donné un formalisme mathématique a cette position !

Bon, je ne suis pas expert, je ne suis pas shrodinger, heinsenberg, ou feymann, et tout ce que je dit, je le tire de discution (pus ou moins comprise) avec des chercheur/professeur, ce que je sais c'est qu'il y a un probleme pour définir des distance, que la théorie quantique d'est pas une théorie "géométrique", et que la GNC, qui est soutenu par de grands physicien/matheux, étudie ce probléme de prés, d'ailleurs le point important de la gnc vient qu'il on remarqué qu'il est plus facile de travailler sur l'algèbre de notre espace plutot que l'espace lui meme (GNS) et que l'algébre des opérateur est non commutative !

Enfin, je peut avoir mal compris, mais l'idée d'oublié completement l'espace est bel et bien dans la GNC...

[Deedee81]

Mais n'empéche que la position reste un probleme ;p car en acceptant que physiquement il n'y a aucun probléme, il n'en ai pas moins difficile d'en donné un formalisme mathématique a cette position !

Ben, n'a rien de mathématiquement difficile ??? Mais.... voir ci-dessous car j'ai enfin compris où tu voulais en venir (je peux parfois être très lourd )

[...] que la théorie quantique d'est pas une théorie "géométrique", et que la GNC, qui est soutenu par de grands physicien/matheux
[...]

Okay.... Je vois mieux ou tu veux en venir. Tu veux parler de gravitation quantique.

Alors, là, oui, je redeviens d'accord avec toi :
- la MQ n'est pas une théorie géométrique (au même sens que la RG en tout cas)
- la GNC est une approche possible (perso, je préfère la gravité quantique à boucles, mais là aussi l'espace-temps prend une "forme bizarre". Il y a aussi les cordes ou l'espace-temps est classique).
- Il est clair qu'il y a un sérieux problème d'espace-temps d'arrière plan en gravité quantique. Suffit de voir l'équation de Wheeler-DeWitt et le super-espace pour s'en rendre compte.
Et donc des problèmes avec la position (mais aussi les "instants").

Pas de doute que là c'est dur dur de chez dur dur. Et, oui, on est encore un peu éloigné de la physique (pas encore d'expérience, lien très difficile à faire entre les "théories candidates" et les théories actuelles, etc...). C'est encore de la spéculation physico-mathématique. Mais le coté physique viendra sans doute plus vite qu'on ne croit.

Et qui plus est, ça me dépasse de beaucoup.

Mes travaux personnels portent plutôt sur la gravité semi-classique (dans le style rayonnement de Hawking), nettement plus à ma portée

[mariposa]

Mais en mécanique quantique, nos objets sont définis dans un espace de hilbert, qui est un espace de fonction !
La position dans cet espace est un point de notre espace H, c'est donc une fonction.

La position dans cet espace est un point de notre espace H, c'est donc une distribution

Pour revenir a la notion de variété et retrouver notre définition intuitive de la position, on est obligé de se placer a l'étage supérieur, l'étage des opérateur qui agissent sur H, et considérer l'opérateur X.
Les opérateurs ne sont pas des objets simples, et c'est en ça que je dit qu'il y a des difficulté pour définir la position en méca Q, car on est obligé de monter d'un étage, de remplacer la position x par l'opérateur X etc...

cela se traduit par

f(x) = <x|F>

|x> et |F> appartiennent à l'espace de Hilbert

f(x) est une valeur numérique dont le sens est la projection de |F> sur |x> cad le produit scalaire.

D'ailleur une image m'avais été donner, on peut voir les différent espaces comme plusieur étages :

OK,

Au premier étage, on a "l'espace physique", la variété.

OK

Au second étage, on a l'espace des fonction qui agissent sur la variété, l'espace L^2 par exemple.

D'accord pour le deuxième étage mais il faut écrire:


Au second étage, on a l'espace des fonctions qui sont définies sur la variété, l'espace L^2 par exemple

Au troisiéme étage, on a l'espace des opérateur qui agissent sur les fonction (borné, non borné, linéaire ou non, etc...).

OK

Donc on m'a expliqué, que pour la méca Q on se s'occupe pas du premier étage, en effet on fait nos calcul toujours avec les fonction d'onde et on fait des vas et vient entre les 2 et 3 ieme étages !

On reste dans les deuxièmes et troisième étage qui sont des niveaux d'abstraction, mais il faut atterrir sur le premier étage pour faire une connection avec la réalité expérimentale.

Donc comment définir une position si on a plus de variété ?

Si le système est dans l'état |F> on mesure la valeur de x par:

x = <F|X|F>

Cette relation met en évidence les 3 étages à la fois.

[Deedee81]

Salut Mariposa,

On reste dans les deuxièmes et troisième étage qui sont des niveaux d'abstraction, mais il faut atterrir sur le premier étage pour faire une connection avec la réalité expérimentale.

Dans son dernier message j'ai en fait compris qu'il parait de gravité quantique et de sa formulation à travers les géométries non commutatives.

Là, il est clair qu'on est encore assez éloigné de l'expérience et, en plus, c'est vrai qu'avec les géométries non commutatives il y a des difficultés pour faire le lien entre ces géométries définies de manière algébrique et l'espace ordinaire. Et d'une manière générale, la variété espace-temps est assez problématique en gravité quantique.

[Les Terres Bleues]

.
Bonsoir,

Le monde réel EST le monde quantique.

En effet, l'expérience tend à confirmer cette appréciation.

A nouveau, ne confond pas la réalité avec l'espace de Hilbert qui n'est qu'une description mathématique de cette réalité.

Là par contre, à mon avis, on est déjà de retour dans les pré-supposés sur la réalité.

La validité incontestable du formalisme mathématique de la Mécanique quantique doit plutôt nous conduire à nous appuyer sur ce que nous avons pour nous construire une autre représentation du réel, que "croire en l'existence d'une réalité" que nous n'aurions plus qu'à faire parler ensuite à l'aide du formalisme mathématique.

Toutefois, faire le lien entre la mécanique quantique et la physique classique n'est pas toujours évident, ça j'en conviens.

Oui, mais essentiellement parce que l'on travaille toujours dans le même sens, du pré-supposé classique vers le quantique. Et c'est là que ça cloche.

Ca, ça ne signifie pas que l'espace n'existe plus ni qu'on en tient pas compte. Cette "position indéfinie" est décrite par une fonction d'onde qui donne l'amplitude de la position en tout point de l'espace réel.

Après quatre-vingt ans de pratique, quel est le sens de vouloir maintenir à tout prix le concept "d'espace réel", alors qu'on est sûr et certain que ce "réel" ne peut et ne pourra jamais être accessible quà travers la représentation que l'on s'en fait.

Mais je ne creuserai pas plus, je sens venir le terrain bourbeux de l'interprétation de la mécanique quantique

Mais la vision macroscopique classique du monde, avant toute autre chose, c'est complètement de l'interprétation, même si on ne l'avoue pas.

Cordiales salutations.