Le Champ Electrique : réalité ou objet mathématique ?

[justine&coria]

Bonjour,

Depuis quelques jours, j'ai une question qui me trotte dans l'esprit : j'ai cherché sur Internet (google et le moteur de recherche de Futura-Sciences entre autres), mais en vain, d'autant que ma question est assez "simple".
Je vais essayer de simplifier au maximum ce que j'ai à dire : donc, ne tenez pas trop rigueur de ma non-rigueur !

Voilà : on sait que 2 charges q et q' immobiles exercent l'une sur l'autre une Force Electrostatique.
Pour des soucis de "simplification" entre autres, on a introduit la notion de Champ Electrique, qui est en quelque sorte une propriété de l'Espace entourant une charge.

Les présentations étant faites ( ), considérons à présent:
. une charge q en un point O
. une charge Q en un point A qu'on va supposer très très éloigné de O uniquement pour mieux visualiser le problème.
. et un point B différent de A et O.
Appelons F_q->A la force que q exerce sur Q placée en A.

Voici (enfin) ma question : si je déplace la charge Q de A en B, que se passe-t'il ? Est-ce que Q sent instantanément la différence c'est-à-dire est-ce que Q sent instantanément la Force F_q->B ?

A cette question, 2 "réponses" (opposées) sont possibles :

- Non, Q ne sent pas instantanément la différence. Seules les interactions entre charges comptent ! Il faudra attendre un certain temps (celui que la lumière prendrait pour parcourir OB) pour que la charge Q sente cette force F_q->B. Car aucune "information" ne va plus vite que la lumière.

- Oui, Q sentira instantanément la différence. En B, "existe" déjà le champ électrique E_B (propriété de l'espace) créé par q au point B. La force que Q ressent en B est tout simplement F_q->B=Q.E_B

Alors, qu'en est-il vraiment ? Est-ce que ce champ électrique est vraiment une réalité physique (ce pour quoi je pencherais) [la réponse à la question serait alors oui], ou est-ce juste juste un objet mathématique permettant de simplifier, mais à prendre avec beaucoup de précautions, comme dans ce cas que je viens de présenter?

Ou alors, est-ce qu'il y a un petit "hic" dans ma façon de penser, un "hic" qui m'aurait fait aboutir à un paradoxe qui n'a pas lieu d'être. Puisque bon, je sais que si je fais bouger la charge Q de A à B, un champ magnétique entre en jeu, et ça pourrait fausser mon raisonnement. (je suis qu'un tout-débutant en "Magnétisme"). Mais bon, en même temps, en B, la charge Q est considérée immobile, donc ....

Voilà, donc si quelqu'un pourrait me répondre. Et selon la réponse, j'aurais peut-être d'autres questions.

Merci d'avance.
Cordialement.
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[Coincoin]

Salut,
Présenté comme ça, la réponse est oui. De là à parler de "réalité"... Il faudrait voir ce que tu entends par là.
Par contre, si tu bouges q de O en O' en laissant Q en A, alors il faudra le temps que le champ se propage de O en A pour voir le changement...

[Rincevent]

une bonne "raison" pour parler de réalité est quand même qu'il peut véhiculer de l'énergie et de l'information : le champ électromagnétique n'a ni plus ni moins de réalité que la matière

[Nekama]

C'est presqu'une question philosophique je pense...

Voici une autre réponse que celles données mais c'est juste pour stimuler le débat (moi je ne sais pas vivre sans champs !)

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Les lois fondamentales (dont celles de l'elm) sont toutes des lois d'interaction. On peut par exemple démontrer les lois de Maxwell à partir de la loi de Cb et de la relativité.

Tout se déduit donc d'une charge qui interagit avec une autre charge et de leur mouvement relatif.

Cette interaction ne se fait évidemment que via une vitesse limite (c) et elle se produit par le vecteur de transmissions de l'information est le photon.

Avec cette vue, les champs sont des être purement mathématiques dont on se passe sans soucis dans les modèles. Ils n'existent donc que dans notre imagination

[A voir en vidéo sur Futura]

[Rincevent]

Avec cette vue, les champs sont des être purement mathématiques dont on se passe sans soucis dans les modèles.

pas dans tous : un champ électromagnétique porte une certaine énergie qui est capable de courber l'espace-temps. Tu as dans ce cas interaction entre le champ électromagnétique et lui-même via le champ gravitationnel.

pour la physique moderne ça serait d'ailleurs plutôt les particules qui n'ont pas de réelle existence, seuls les champs en ayant une...

[Nekama]

pas dans tous : un champ électromagnétique porte une certaine énergie qui est capable de courber l'espace-temps. Tu as dans ce cas interaction entre le champ électromagnétique et lui-même via le champ gravitationnel.

pour la physique moderne ça serait d'ailleurs plutôt les particules qui n'ont pas de réelle existence, seuls les champs en ayant une...

Salut Rincevent,

Ce n'est pas dans mon domaine de compétences mais n'est pas les potentiels plutôt que les champ (E et B) qui sont utilisés en physique moderne ?

Et donc, ce serait aux notions énergétiques qu'on s'"attacherait" et qu'on pourrait déduire aussi bien des champs "générés par" les particules voire des propriétés des particules elles-mêmes.

[Rincevent]

salut Nekama,

ce n'est pas les potentiels plutôt que les champ (E et B) qui sont utilisés en physique moderne ?

ça dépend. Le potentiel vecteur est une grandeur physique cruciale (cf l'effet Bohm-Aharonov : voir ce lien) mais ce qui est "physique" (invariant de jauge) c'est bien le tenseur électromagnétique F (dont E et B sont les composantes).

m'enfin, je ne parlais pas de E ou B avec le mot "champs". Je voulais juste dire que de manière générale, la théorie quantique des champs nous a appris que la notion de particule ne désigne pas un "objet fondamental". Les champs quantiques sont plutôt les "objets réels" [avec plein de guillemets partout ]

Et donc, ce serait aux notions énergétiques qu'on s'"attacherait" et qu'on pourrait déduire aussi bien des champs "générés par" les particules voire des propriétés des particules elles-mêmes.

euh, tu veux dire quoi là?

[Nekama]

euh, tu veux dire quoi là?

Avant tout, excuse mon ignorance. Je n'ai eu qu'une formation très sommaire dans toutes ces matières.

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Je voulais dire qu'il me semblait que les potentiels vecteurs (grandeurs énergétiques) sont plus utilisés en physique fondamentale que les champs.
Et pour déterminer ces potentiels vecteurs, il est tout aussi rigoureux de partir des champs que de la répartition des particules.
C'est pour cela que je disais au départ que même en physique fondamentale, les champs n'avaient pas de "réalité" (cough cough) mais étaient des objets mathématiques avant tout et que ce qui était réel c'étaient les particules.

Mais tu as déjà répondu d'une manière puisque tu soulignes que si c'est exact dans l'effet Av.Bohm, cela ne l'est pas nécessairement dans tous les cas car le tenseur électromagnétiques est plus utilisé...

Ca mer perturbe quand même car il me semble que le tenseur elm peut être déterminé sans équivoque par la répartition de charge (et leurs mouvments).

Il me semble avoir lu qqch de Feynmann au sujet de la différence d'itnerprétation entre les potentiels vecteurs et les champs. Il faudrait que j'aille revoir.

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De ton côté, tu parles de la théorique quantique des champs. Mais est-ce que cela ne concerne pas que les photons et éventuellement leur interaction avec la matière ?

[Rincevent]

Avant tout, excuse mon ignorance. Je n'ai eu qu'une formation très sommaire dans toutes ces matières.

tu me sembles pas si ignorant que ça

si je te demandais d'expliquer c'était juste car ta phrase était pas claire pour moi. Mais pas toujours besoin de connaître les termes techniques précis pour discuter d'un sujet...

Je voulais dire qu'il me semblait que les potentiels vecteurs (grandeurs énergétiques) sont plus utilisés en physique fondamentale que les champs.

le potentiel vecteur est lui aussi un champ. Par définition (physique), un champ est un machin continu défini partout dans l'espace. C'est ce qui s'oppose à la notion de particule ou d'ensemble de particules : opposition continue/discret.

Et pour déterminer ces potentiels vecteurs, il est tout aussi rigoureux de partir des champs que de la répartition des particules.

y'a plusieurs problèmes dans cette phrase. D'abord, quand tu dis ça, tu sembles considérer d'un côté les champs, de l'autre les particules. C'est la vision qu'on avait autrefois : d'un côté la matière corpusculaire (électron and cie) et de l'autre les champs (électromagnétique and cie). Mais cette vision est dépassée (cf la théorie quantique des champs qui à chaque type de particules associe un champ et réciproquement).

Par ailleurs, ta phrase me 'dérange' [je devrais y survivre quand même ] car elle semble se reposer sur cette opposition mais compare deux choses différentes : avec cette vision qui oppose champs et particules, les charges (particules) sont sources du champ et le champ agit sur le mouvement des particules. Mais le potentiel vecteur a le même contenu informatif que les champs E et B. Ce n'est pas un autre objet physique qui serait source de E et B mais rien de plus qu'une autre description mathématique du même objet physique "le champ". C'est-à-dire qu'il ne faut pas confondre l'objet physique champ (que tu peux voir comme une grosse soupe existant partout) et sa description mathématique... de même qu'une particule est un objet physique qui est décrit mathématiquement en physique newtonienne comme un point de l'espace euclidien tridimensionnel. Mais en physique quantique, une particule ponctuelle n'est plus décrite par le même objet mathématique.

C'est pour cela que je disais au départ que même en physique fondamentale, les champs n'avaient pas de "réalité" (cough cough) mais étaient des objets mathématiques avant tout et que ce qui était réel c'étaient les particules.

Mais tu as déjà répondu d'une manière puisque tu soulignes que si c'est exact dans l'effet Av.Bohm, cela ne l'est pas nécessairement dans tous les cas car le tenseur électromagnétiques est plus utilisé...

même dans l'effet AB c'est pas "vrai". Le champ A existe ni plus ni moins que les champs E et B (à l'invariance de jauge près)

Il me semble avoir lu qqch de Feynmann au sujet de la différence d'itnerprétation entre les potentiels vecteurs et les champs. Il faudrait que j'aille revoir.

c'est toujours bien de revoir Feynman

De ton côté, tu parles de la théorique quantique des champs. Mais est-ce que cela ne concerne pas que les photons et éventuellement leur interaction avec la matière ?

non. La théorie quantique des champs (QFT) appliquée à la description du champ électromagnétique et à ses interactions avec la matière est l'électrodynamique quantique (QED). La théorie quantique des champs est une chose plus générale qui consiste à décrire les champs comme des objets quantique. Par exemple, dans le cadre de la QED, (on parle parfois de "seconde quantification") les électrons (par exemple) sont également vus comme les excitations élémentaires d'un "champ électronique". De manière générale, toute particules est associée à un champ dans le cadre de la QFT.

regarde par exemple là :
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_field_theory

une lecture que je te conseille fortement (ça date un peu mais pas tant que ça et c'est suffisamment approfondi pour rester intéressant) pour te donner des idées plus claires sur ça et divers trucs liés en physique des particules :

"La matière-espace-temps" de Spiro et Cohen-Tannoudji (ou l'inverse).

[Nekama]

Merci Rincevent,

tu m'éclaires vraiment

Je pense qu'après avoir approfondi l'elm classique, il est maintenant temps pour moi d'entrer dans le XXème siècle.

Donc à nous la QFT.

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