cherchez l'erreur : modèle standard, Heisenberg,Maxwell

[Christian Arnaud]

Bonjour à tous

Je reviens vers vous après une longue absence de plus d'un an (ennui de santé), car la curiosité m'habite toujours Par exemple, si l'on prend les trois affirmations suivantes :
1)dans le modèle standard, l'éléctron est ponctuel
2) d'après Heisenberg il ne peut être immobile car on pourrait alors connaître précisément sa position et sa vitesse (nulle)
3) il ne se déplace pas sur son orbitale fermée car il serait alors soumis à des accélérations, et donc rayonnerait (Maxwell) et donc les atomes seraient tous instables
Visiblement, ça ne tient pas, et donc, au moins une des affirmations est fausse ; mais laquelle ou lesquelles ? quel est votre avis ?
@+
-----

[doul11]

Bonjour,

L'électron est ponctuel mais délocalisé : il a une amplitude de probabilité de se trouver a une position.

Les trois propositions sont juste. L'électron est quelque part autour de l'atome, mais on ne sait pas ou, si on fait une mesure on a plus de chance de la trouver dans la zone de son orbitale (a ne pas confondre avec une orbite) il ne faut pas oublier que les particules élémentaire se comportent aussi comme des ondes.

[invite93279690]

Salut,

Bonjour à tous

Je reviens vers vous après une longue absence de plus d'un an (ennui de santé), car la curiosité m'habite toujours Par exemple, si l'on prend les trois affirmations suivantes :
1)dans le modèle standard, l'éléctron est ponctuel
2) d'après Heisenberg il ne peut être immobile car on pourrait alors connaître précisément sa position et sa vitesse
3) il ne se déplace pas sur son orbitale fermée car il serait alors soumis à des accélérations, et donc rayonnerait (Maxwell) et donc les atomes seraient tous instables
Visiblement, ça ne tient pas, et donc, au moins une des affirmations est fausse ; mais laquelle ou lesquelles ? quel est votre avis ?
@+

En fait la deuxième assertion "empeche" la troisième d'être vraie tout le temps. L'idée est de dire "Ok l'électron va rayonner si il est accéléré mais il ne peut en aucun cas violer les relations d'incertitudes (2)". Si on construit un modèle d'atome avec cette contrainte en tête en tombe sur un atome d'hydrogène stable.

[curieuxdenature]

quel est votre avis ?

Bonjour à toi et content de savoir que ta santé reprends le dessus.

Il est difficile de parler d'affirmation fausse ou juste en MQ, elle est née à cause de ce genre de contradiction apparente.
Pour ce qui est de 'bouger' sans pour autant dépenser de l'énergie, il faut voir ça un peu comme le mouvement d'un balancier, sans pertes par frottement sur son axe, il est en théorie capable d'osciller indéfiniment, et pourtant il bouge.
Au niveau des particules, on peut admettre un mouvement sans perte puisque l'axe est dans le vide...
D'ailleurs, un des cours de base en MQ débute par l'étude de l'oscillateur harmonique, qui obéit (grossièrement) aux mêmes lois que l'oscillateur pendulaire que tout le monde connait.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oscilla...ique_quantique

la théorie n'est pas bâtie sur du vent, elle a des implications multiples en chimie, les états quantiques des molécules donnent des résultats en bon accord avec ce modèle.

[A voir en vidéo sur Futura]

[curieuxdenature]

il suffit de taper "oscillateur harmonique" dans Google pour avoir des tas de liens :
http://www.diffusion.ens.fr/vip/pageB03.html

[invite6d525980]

Il ne faut pas perdre de vue que l'électron n'existe pas autrement que comme une abstraction, une représentation approximative pour notre entendement.

Seul existe ce qu'on mesure...Ce qui dépend du dispositif de mesure que nous mettons en place...

Il n'y a donc aucun contradiction avec ce que l'on est capable de mesurer, et les 3 affirmations ci-avant citées.

[Christian Arnaud]

Il ne faut pas perdre de vue que l'électron n'existe pas autrement que comme une abstraction, une représentation approximative pour notre entendement.

Seul existe ce qu'on mesure...Ce qui dépend du dispositif de mesure que nous mettons en place...

Il n'y a donc aucun contradiction avec ce que l'on est capable de mesurer, et les 3 affirmations ci-avant citées.

Bonjour FGordon

je commence par ta réponse car ... elle me convient bien : si l'électron est une abstraction, il me semble alors complètement inutile d'insister sur son caractère ponctuel car ça brouille inutilement la réflexion d'ailleurs même aujourd'hui on continue à représenter l'atome avec un noyau et des petites billes sur des ellipsesjusqu'à Stephen Hawkings, qui au beau milieu d'un ouvrage très technique où il jongle en virtuose entre relativité générale,théories quantiques et cosmologie, écrit quelquechose comme " tel une planète autour du soleil ou un électron en orbite autour du noyau" de quoi jeter cet ouvrage de qualité par la fenêtre
En fait, puisque personne ne sait vraiment ce qu'est un électron, il vaudrait mieux ne pas le représenter
Je répondrai plus tard aux autres intervenants mais ceci est une partie de la réponse commune
@+, et encore merci

[Christian Arnaud]

Bonjour,

L'électron est ponctuel mais délocalisé : il a une amplitude de probabilité de se trouver a une position.

Les trois propositions sont juste. L'électron est quelque part autour de l'atome, mais on ne sait pas ou, si on fait une mesure on a plus de chance de la trouver dans la zone de son orbitale (a ne pas confondre avec une orbite) il ne faut pas oublier que les particules élémentaire se comportent aussi comme des ondes.

bonjour dol11

j'avoue avoir une difficulté avec ta réponse : qu'entends tu par délocalisé ? car, comme tu le dis plus loin : même si on ne sait pas où il est, il est cependant quelquepart. quand au comportement dual onde/corpuscule, l'électron n'est pas les deux à la fois mais n'est ni l'un ni l'autre je retiens à ce sujet l'image d'A. Laverne : un cylindre n'est ni un disque, ni un rectangle, mais, suivant la position d'où je l'observe il peut apparaitre comme l'un ou l'autre

Amicalement
@+ et merci pour ta réponse

[Deedee81]

Salut,

j'avoue avoir une difficulté avec ta réponse : qu'entends tu par délocalisé ? car, comme tu le dis plus loin : même si on ne sait pas où il est, il est cependant quelquepart.

Lorsqu'on le mesure, oui, mais pas avant. Sa position inconnue n'est pas une question d'ignorance, mais une caractéristique intrinsèque de la nature.

C'est une des bizarrerie de la nature ou tout au moins de la mécanique quantique. Mais de fait, si c'était juste une question d'ignorance les effets seraient différents (pas d'interférence). On a même des outils permettant de mêler ignorance et incertitude intrinsèque : la matrice de densité.

[curieuxdenature]

bonjour Christian Arnaud

être ponctuel et délocalisé n'a rien de contradictoire en MQ, c'est une caractéristique qui n'a pas d'équivalent en mécanique classique macroscopique.
Autant dire que l'affirmation

En fait, puisque personne ne sait vraiment ce qu'est un électron, il vaudrait mieux ne pas le représenter

ne résout pas le problème parce que bien que ce ne soit pas très intuitif d'admettre que quelque chose puisse offrir deux aspects aussi exclusifs, le fait est pourtant là, on peut le représenter à la fois comme un point sans dimension et à la fois comme remplissant un espace loin d'être nul.

[doul11]

Bonjour,

j'avoue avoir une difficulté avec ta réponse : qu'entends tu par délocalisé ? car, comme tu le dis plus loin : même si on ne sait pas où il est, il est cependant quelquepart.

Il est "quelque part" autour de l'atome, comme de dit Deedee on ne sait pas ou il est sans faire de mesure, si on fait une grande série de mesures on va voir que l'électron ce trouve le plus souvent dans une certaine zone : c'est l'orbitale, la mécanique quantique n'est plus déterministe, elle est probabiliste et l'électron n'a pas une position déterminé mais on a une certaine chance de le trouver a un certain endroit.

quand au comportement dual onde/corpuscule, l'électron n'est pas les deux à la fois mais n'est ni l'un ni l'autre je retiens à ce sujet l'image d'A. Laverne : un cylindre n'est ni un disque, ni un rectangle, mais, suivant la position d'où je l'observe il peut apparaitre comme l'un ou l'autre

C'est bien pour cela que l'on parle de comportement, les particules quantiques ne sont pas des ondes et/ou des corpuscule, elle ont un comportement a deux facettes hérité de la physique classique, c'est sur qu'une autre description serai préférable mais bien malin celui qui peut la trouver, de toute façon ça marche très bien avec ces deux facettes.

[Christian Arnaud]

bonjour à tous,

oui, évidemment, mon propos est inconsistant
j'ai mélangé dela MQ (Heisenberg) et du classique (Maxwell)
désolé

Cependant, juste une remarque à propos de :

Lorsqu'on le mesure, oui, mais pas avant. .

il me semble pourtant que c'est une caractéristique de la MQ : si l'on mesure un observable et que l'on effectue une autre mesure sur cet observable juste après, il est fortement probable de trouver la même valeur c'est juste un clin d'oeil, pas une contestation

[Deedee81]

Salut,

il me semble pourtant que c'est une caractéristique de la MQ : si l'on mesure un observable et que l'on effectue une autre mesure sur cet observable juste après, il est fortement probable de trouver la même valeur

Oui, tout à fait.

Les états sont extrêmement variables. Un électron peut être très bien localisé, moyennement localisé, totalement délocalisé, etc....

C'est décrit par sa fonction d'onde.

Si tu effectues une mesure très précise de sa position, tu vas le trouver, évidemment, à un endroit précis. L'électron change d'état et est ainsi bien localisé.

Si tu refais une mesure immédiatement, tu le retrouveras au même endroit.

Maintenant, si un électron est très bien localisé, son impulsion (et donc sa vitesse) est très imprécise (principe d'indétermination de Heiseinberg, le produit des incertitudes sur x et p est toujours supérieur à la constante de Planck). Donc, très rapidement la position de l'électron va devenir à nouveau imprécise.

Intuitivement c'est ce qui explique que l'état de base de l'électron autour d'un atome soit ce qu'il est. L'électron y est totalement délocalisé dans une zone sphérique autour du noyau (du moins pour un seul électron). S'il était localisé dans une zone plus compacte autour du noyau, sa vitesse deviendrait très incertaine et il s'étalerait vite plus loin. Cet état de base est l'état d'énergie minimal qui réalise ce compromis des incertitudes sur la position et la vitesse.

[Christian Arnaud]

Salut,



Oui, tout à fait.

Les états sont extrêmement variables. Un électron peut être très bien localisé, moyennement localisé, totalement délocalisé, etc....

C'est décrit par sa fonction d'onde.

Si tu effectues une mesure très précise de sa position, tu vas le trouver, évidemment, à un endroit précis. L'électron change d'état et est ainsi bien localisé.

oui, deedee, c'est la fameuse réduction du paquet d'onde, non?

encore merci

[skeptikos]

En fait, puisque personne ne sait vraiment ce qu'est un électron, il vaudrait mieux ne pas le représenter.

Bonsoir,
Heureux de ton retour.
Mais pas du tout d'accord avec la phrase précédente, chercher une représentation de l'électron ( même si ce n'est que dans un but de vulgarisation) me semble un axe de recherche important et neccessaire à une meilleure compréhension de ses propriétés. C'est en représentant les atomes (et leurs orbitales) et l'arrangement 3D des molécules que la chimie a fait de gros progrès.
Le représenter sous forme d'une bille est un contre sens puisque nous savons par exemple qu'il est chiral, qu'il possède trois 1/3 de charge, un moment magnétique, un frère qui lui ressemble mais en plus gros, ect.....
@+

[Deedee81]

Salut,

oui, deedee, c'est la fameuse réduction du paquet d'onde, non?

Oui, c'est ça.

Le représenter sous forme d'une bille est un contre sens puisque nous savons par exemple qu'il est chiral, qu'il possède trois 1/3 de charge, un moment magnétique, un frère qui lui ressemble mais en plus gros, ect.....

J'aurais plutôt dit que c'est faux de le représenter comme une bille toute simplement parceque ce n'est pas une bille. Tout bêtement.

Une particule quantique est plus proche d'une onde que d'un corpuscule (sans être vraiment une onde classique, on s'en doute).

[Christian Arnaud]

Salut,



J'aurais plutôt dit que c'est faux de le représenter comme une bille toute simplement parceque ce n'est pas une bille. Tout bêtement.

Bonjour )

oui, c'est-ce que je regrette, et la lecture de Stephen Hawkings citée plus haut m'a profondément irrité ( à noter que certains logos ou idéogrammes comme le CEA, le CERN ou l'ENS l'utilisent toujours!! pourtant on ne peut pas dire qu'ils ne savent pas (
On pourrait peut-être représenter un noyau boursouflé et une orbitale (2p de l'hydrogène par exemple qui est caractéristique et non sphérique) ?
@+

[Deedee81]

Ben quoi, ces logos j'aiment bien, c'est joli. Moi aussi j'utilise ça (couverture des livres que j'ai mis sur scribd)

C'est quand même pas avec un logo qu'on apprend quelque chose

Quand à Hawking, je risque peut-être de me faire flamber, mais autant j'adore ses travaux techniques autant je trouve qu'il n'excelle pas dans la vulgarisation.