Désolé si la question a déjà été posé, je ne l'ai pas trouvé dans le forum.
Est-il possible de détecter la présence de lumière sans l'absorber?
En terme plus technique, la description de la propagation de lumière entre son émission et son absorption est-elle opérationnelle?
Merci,
Simon
Alors je ne suis pas sûr de saisir la formulation "technique" de ta question, mais je vais tenter un bout de réponse avec ce que je pense avoir compris... Corrigez-moi si je me trompe, bien sûr !
Pour la plupart des détecteurs de lumière, l'opérateur qui décrit en électrodynamique quantique décrit la détection est effectivement l'opérateur d'annihilation. Ceci dit, ça ne veut pas forcément dire que la lumière est "absorbée" quand elle est détectée, car l'état dans lequel se trouve une onde lumineuse est une superposition compliquée d'états à 0, 1, 2, ... photons. L'action de l'opérateur d'annihilation là-dessus donne une autre superposition compliquée, dans laquelle une mesure du nombre de photons peut donner la même chose qu'avant "détection" de la lumière...
Bon, c'est un peu confus, j'espère que ça donne au moins un piste...
Salut,
Plus pragmatiquement, si on détecte les photons en regardant la pression de radiation, peut-on dire qu'ils ne sont pas absorbés à la réflexion ?
On a une fonction d'onde. Son niveau d'énergie fondamentale: le vide. Son premier niveau d'énergie excité: 1 photon. N-ieme niveaux d'énergie: N photon...non?Envoyé par deep_turtle
Alors je ne suis pas sûr de saisir la formulation "technique" de ta question, mais je vais tenter un bout de réponse avec ce que je pense avoir compris... Corrigez-moi si je me trompe, bien sûr !
Pour la plupart des détecteurs de lumière, l'opérateur qui décrit en électrodynamique quantique décrit la détection est effectivement l'opérateur d'annihilation. Ceci dit, ça ne veut pas forcément dire que la lumière est "absorbée" quand elle est détectée, car l'état dans lequel se trouve une onde lumineuse est une superposition compliquée d'états à 0, 1, 2, ... photons. L'action de l'opérateur d'annihilation là-dessus donne une autre superposition compliquée, dans laquelle une mesure du nombre de photons peut donner la même chose qu'avant "détection" de la lumière...
Bon, c'est un peu confus, j'espère que ça donne au moins un piste...
Si, avant et après l'action de l'opérateur d'annihilation, on a N photon, alors l'opérateur n'a pas agit. On doit changer le niveau d'énergie avec une application, changer le nombre de photons...non? Il semble que je ne comprenne pas ton argument.
Simon
Ok. Pour cela, il faut être certain que ton photon n'est pas absorbé puis réémit.
Comment on fait pour s'assurer de ça?
Je suis désolé si ma question peut sembler idiote, mais bon, on m'apprends à ne pas faire de métaphysique, à me concentrer sur les théories qui parlent de ce qui est mesurable. J'ai l'impression que parler d'un photon entre son émission et son absorption est quelque peu métaphysique. Voilà pourquoi je questionne, pour me rassurer.
Simon
je crois pas que quiconque pense ça...
je pense pas que c'est "avec la science" que tu répondras aux questions métaphysiques du genre. Au mieux, on te répondra dans le cadre d'un modèle, lequel ne sera ni parfait ni complet et aucunement en coïncidence avec la Nature.mais bon, on m'apprends à ne pas faire de métaphysique, à me concentrer sur les théories qui parlent de ce qui est mesurable. J'ai l'impression que parler d'un photon entre son émission et son absorption est quelque peu métaphysique. Voilà pourquoi je questionne, pour me rassurer.
reste que pour revenir à ta question (ou plutôt son prolongement), on arrive à montrer expérimentalement :
- que l'énergie du champ électromagnétique est quantifiée
- que ces quantas se déplacent à une vitesse finie
donc perso je pense pas que la question de l'existence des photons soit ni plus ni moins de la métaphysique que celle de toute autre particule quantique.
de manière similaire à ta question initiale, on peut se demander si un électron existe quand on ne l'observe pas... en tuant la notion de trajectoire, la physique quantique a tué celle de "réalité" au sens "usuel". Après, restent les interprétations de la MQ qui disent qu'elle est incomplète et/ou qu'il y a des variables cachées non-locales. Mais dans le cadre de l'interprétation "de base", y'a plus de "réalité" des particules en ce sens où elles ne sont plus localisables à tout instant dans un R^3 où nous vivrions.
je pense que Deep faisait référence à un état pour lequel ni avant ni après le nombre de photons est déterminé...Si, avant et après l'action de l'opérateur d'annihilation, on a N photon, alors l'opérateur n'a pas agit.
tu mets un bon miroir....
Le truc, c'est que les sources de lumière usuelles n'émettent pas la lumière comme ça, photon par photon (tiens ça serait sympa que chip vienne faire un tour ici, je pense qu'il aurait des choses intéressantes à dire !). Une source thermique émet de la lumière dont la fonction d'onde est une superposition d'états à 1, 2, 3, ... photons. Comme le dit Rincevent, le nombre de photons n'est pas déterminé. Il est donc difficile de dire qu'un photon a été absorbé...On a une fonction d'onde. Son niveau d'énergie fondamentale: le vide. Son premier niveau d'énergie excité: 1 photon. N-ieme niveaux d'énergie: N photon...non?
Si, avant et après l'action de l'opérateur d'annihilation, on a N photon, alors l'opérateur n'a pas agit. On doit changer le niveau d'énergie avec une application, changer le nombre de photons...non? Il semble que je ne comprenne pas ton argument.
[mode parenthèse=ON]Il existe une "relation d'incertitude", peu connue, entre l'incertitude sur le nombre de photons de l'onde et l'incertitude sur la phase de l'onde. Les radiations ayant un grand temps de cohérence ont ue phase mieux définie, dans un certai sens, et donc un nombre de photons moins bien défini. A la limite, si tu n'as qu'un photon, la phase est très mal connue.[mode parenthèse=OFF]
Je ne suis pas convaincu que ce soit la même chose. Je peux observer, à l'aide d'un photon, un électron LIBRE, c'est-à-dire sans l'absorber à l'aide d'un atome. Donc, en mode observation, je n'ai pas besoin d'absorber l'électron. Mais pour un photon, comment je l'observe sans l'absorber?
Je sais pas, j'ai l'impression (peut-être à tort) que la lumière ne se manifeste jamais entre son émission et son absorption. Même en mécanique classique, avec les équations de Maxwell, on décrit la propagation de l'onde dans l'espace. Je peux demander, pourquoi faire cela s'il n'y a aucun moyen de vérifier que l'onde existe bien? À la limite, l'onde est constitué de photons, et tout ce qu'on détecte, c'est plein d'absorptions individuelles. Tout ce qu'on détecte, c'est des atomes qui changent de niveau d'énergie...!? non?
Par exemple, si on a deux atomes d'hydrogènes intriqués, de telle façon que si l'un est dans l'état fondamental, l'autre est dans le premier niveau d'énergie. L'état du système est quelque chose du genre |1>|0>+|0>|1>. Si je mesure le niveau d'énergie du premier atome, alors instantanément le second obtient le niveau complémentaire. Je n'ai pas besoin de supposer la transmission de quoi que ce soit, ni instantanément ni à vitesse finie.
Quelle est la différence avec le photon? Si on ne l'observe que par les atomes (ou particules chargées), pourquoi le décrire quand il est libre?
Merci, désolé si j'embrouille tout le monde, j'ai parfois des questions qui rendent fou
Simon
Comment tu sais que ton bon miroir ne fait pas une absorption-réémission?
Bon, ta citation n'est pas de moi, mais du coup une force irrésistible me pousse à répondre...Je ne suis pas convaincu que ce soit la même chose. Je peux observer, à l'aide d'un photon, un électron LIBRE, c'est-à-dire sans l'absorber à l'aide d'un atome. Donc, en mode observation, je n'ai pas besoin d'absorber l'électron. Mais pour un photon, comment je l'observe sans l'absorber?
Quand tu observes un électron, ça veut dire que tu le fais interagir avec un système (l'appareil de mesure), souvent de manière électromagnétique. Le paquet d'onde qui décrit ton électron est alors modifié par l'interaction en cédant de l'impulsion et de l'énergie à l'appareil de mesure. C'est ce que tu mesures à la fin. Et l'électron qui repart a des propriétés différentes de celui qui est arrivé...
Pour le photon c'est presque exactement pareil. Un photon arrive, interagit avec un appareil de mesure, et repart, ou est absorbé. ça semble différent de l'électron car je n'ai pas mentionné l'absorption de l'électron avant. Mais en fait ce processus existe aussi, l'électron peut disparaitre dans certaines réactions. On le voit moins souvent dans la vie de tous les jours, car ce sont des processus plus rares, mais ça existe.
Dans la diffusion Compton, si tu détectes l'électron de recul, tu peux considérer de la même façon qu'il a signalé la présence d'un photon...
OUPS!!Bon, ta citation n'est pas de moi, mais du coup une force irrésistible me pousse à répondre...
Tout à fait d'accord. L'électron n'est pas constitué de N sous objets, dont k sont transmis à l'appareil de mesure.
Bah, une solution d'atomes ionisés doit bien absorber quelques électrons... Là où je suis pas d'accord, c'est que le photon ne peut pas transmettre une partie de son énergie. Il ne peut pas, comme l'électron, perdre de l'énergie cinétique en intéragissant avec l'appareil de mesure!? Un ensemble de photon, oui. Mais pas un photon!?
Bon, j'avais pas tout à fait terminé, mais j'ai un contre temps. Je repasse plus tard.
Merci pour votre aide,
Simon
si on se réfère aux diagrammes de Feynman, faut plutôt considérer que l'e- a absorbé le premier photon et en a réémis un autre, non ?
m'enfin, perso je trouve quand même que rien ne permet de dire qu'un électron existe ou plus ou moins qu'un photon car même un électron libre qu'on observe, on l'observera jamais en continu et on ne peut donc pas affirmer que c'est le même qu'on observe à chaque instant t : il peut très bien entre deux observations avoir été annihilé par un positron issu d'une fluctuation du vide, laissant un autre électron...
le seul truc "constant", c'est le champ quantique (dans un état à une particule lorsqu'on dit qu'on observe un e- libre)... m'enfin, même ça, si on veut chercher la tite bête, on peut pas dire que ça "existe réellement" tant qu'on le regarde pas...
pour ce qui est des photons, le truc qui complique un peu, c'est que puisqu'il n'y a pas de charge (leptonique ou électrique) conservée véhiculée, on peut avoir tendance à dire plus facilement qu'ils existent pas.
en remarque finale j'aurais tendance à dire que le problème de Lévesque doit être un peu relié aux difficultés qu'il y a à définir la fonction d'onde d'un photon isolé... m'enfin, c'est juste une idée qui me passe en tête...
Bonsoir à tous,
je vais donner mon avis de technicien à cette question, avec en préambule l'historique de mon controleur universel favori.
il y a 35 ans, quand je voulais mesurer des tensions sur mes petits montages electroniques, je me suis payé un controleur Metrix équipé d'un galvanomètre de 50µA. les mesures affectaient fortement les résultats. Quelques années plus tard, l'apparition grand public des transistors à effet de champ m'ont permit de me bricoler mon premier appareil à 10 mégOhms d'impédance d'entrée.
Entre l'un et l'autre, c'est mille fois moins d'energie prélevée sur la source à mesurer. Ce que je mesurait était bien plus proche de la réalité.
Pour en venir au fait que la précision de la mesure n'empêche pas de prélever une certaine quantité de ce que l'on veut mesurer mais que cette quantité doit être la plus petite possible.
Pour moi, il va de soi qu'il est obligatoire d'absorber le photon à mesurer si on désire avoir toutes les infos le concernant. L'important est de n'en prélever qu'une infime partie sur la quantité emise par la source.
En somme, comment être sûr de la qualité des photons d'une source quelconque si on réémet un photon 'dégradé' ?
Est-on sûr, dans la manoeuvre, du pourcentage de la dégradation ?
Je ne pense pas, donc le meilleur moyen est d'en collecter une infime partie et de mesurer cette partie avec le maximum de précision.
Pour ça, on ne peut pas faire autre chose que d'obliterer partiellement la source et cette infime partie sera perdue.
Exactement comme lorsque je mesure la tension aux bornes d'un transistor, l'energie prélevée par mon controleur est perdue pour le montage mais je peux encore extrapoler et rajouter cette perte dans mes calculs sur le papier une fois la mesure terminée.
La méthode a ses limites et ne rend compte que des effets d'une grande quantité de photons, évidement.
Cela me semble si simple que je me demande si je suis bien dans la course ?
car l'amplitude du champ EM est nulle dans ton miroir (supposé parfait certes...)
Par contre, il reste toujours un probleme : la detection de la pression de radiation : la detecter doit surement supposer de fournir un travail quelque part, et la ca peut necessiter l'absorption....tout au moins d'une partie de son energie.
En fait, ma question est exactement: Pourquoi on veut faire cela?
Supposons qu'on aie deux trous, et que la seule observation qu'on puisse faire est de compter le nombre de roches dans le trou. Pourquoi, si on regarde dans un des trous et qu'il manque une roche, tandis que dans l'autre trou il y en a une de plus, on doit absolument conclure qu'une bête a pris la roche sur son dos, a trottiné tranquilement entre les trous, et est allé déposer cette roche dans le second trou?
De façon générale, toute interaction d'un photon avec une particule chargée est une absorption suivie de réémission dans un diagramme de Feynman, comme fait remarquer Rincevent. Donc la réponse est non si on considère l'absorption au sens large (suivi de réémission). La raison pour laquelle c'est le photon et pas l'électron qui est absorbé est simplement que l'électron est chargé et ne peut pas disparaître, au contraire rien ne s'oppose à la disparition du photon.
Quant à la réalité de ce qu'il se passe dans les diagrammes de Feynman... (qui ne sont quand même qu'une représentation graphique d'intégrales!)...
Ca me rappelle ce que racontait Feynman dans un bouquin: son père qui était médecin mais curieux de physique lui demanda un jour "Explique moi, je comprend bien que quand un noyau émet une particule alpha, elle existait deja dans le noyau et elle peut en sortir. Mais quand il emet un photon, est ce que le photon "existait" deja avant? ou sinon quand est il "apparu"?"
Feyman avouait qu'il était toujours incapable de lui répondre....
Cela me fait pensé à une interrogation que j'ai partagé à un prof pendant une pause. Je me demandais ce qui se passerait si on remplaçait les particules par des photons qui tournent en rond. Au bout du compte, on aurait forcément de la masse, correspondant à l'énergie contenue dans la boule de lumière. Peut-être le spin apparaitrait, selon le plan dans lequel la lumière tourne. Alors l'explication de Feynman deviendrait facile. Sauf pour quelques comportements. Pourquoi y a-t-il un limite à la quantité de lumière qu'on peut extraire de l'électron (on peut pas descendre plus bas que l'énergie au repos). Et surement qu'il y a plein d'autres difficultés auxquelles je ne pense pas...
ça me fait un peu penser à la géométrodynamique de Wheeler où il voulait expliquer toutes les particules comme des déformations localisées de l'espace-temps. Mais ça n'a pas marché. Bien qu'il me semble qu'avec la supergravité en 12D, c'est grossièrement ce qui se passe [à ceci près que le modèle pour l'espace-temps est juste un tit peu plus compliqué].
pour ce qui est des photons, j'ai du mal à voir comment tu formes des spin demi-entiers comme ça... idem pour la charge électrique...
Je ne comprends pas ce que tu veux dire. C'est le même problème qu'avec des photons intriqués.
Rincevent: "pour ce qui est des photons, j'ai du mal à voir comment tu formes des spin demi-entiers comme ça"
Aucune idée. Tant qu'à lancer des idées en l'air, peut-être que le photon ferait une boucle? Comme s'il suivait la paroi d'un ruban de Moebius. Mais bon... jpense que je suis sur la limite du tolérable.
Finalement, je ne crois pas avoir eu l'impression que le photon comme objet réel entre l'émission et l'absorption soit si intuitif. Je ne crois pas non plus avoir eu l'impression que le concept soit opérationnel.
Dans le processus "un atome abaisse son niveau d'énergie d'une quantité h.nu, émet un photon d'énergie h.nu, lequel est absorbé plus tard par un atome, faisant passer son niveau d'énergie de E à E+h.nu", à ce jour avec ce que je comprends, les seuls événements observables sont "un atome abaisse son niveau d'énergie d'une quantité h.nu" et "un atome augmente son niveau d'énergie de E à E+h.nu".
J'essayais de donner un exemple du fait que deux atomes puissent changer leur niveau d'énergie de façon complémentaire sans qu'on introduise un transorteur.Je ne comprends pas ce que tu veux dire. C'est le même problème qu'avec des photons intriqués.
En d'autres mots, j'essayais naivement d'exclure le photon de mon language en utilisant un état intriqué.
Salut,
Ce qu'on peut prédire en plus en parlant de "photon", c'est que si tu mets un 3e atome au milieu, c'est lui qui va gagner h.nu.
tu oublies la quantification de l'énergie du champ électromagnétique... c'est L'Argument qui a mis fin à toutes les tentatives de reformulation de la QED avec un champ EM non quantifié.
par ailleurs pour pousser plus loin ton truc : la théorie dit qu'on ne verra jamais un quark isolé. Ca n'existe donc pas "selon toi" ? dans ce cas, il reste plus grand chose dans notre monde...
d'autre part, pour ce qui est des états intriqués, tu peux pas les mettre partout non plus : la décohérence découle facilement de la moindre perturbation extérieure...
c'est quoi la différence avec les variables cachées?par ailleurs pour pousser plus loin ton truc : la théorie dit qu'on ne verra jamais un quark isolé. Ca n'existe donc pas "selon toi" ? dans ce cas, il reste plus grand chose dans notre monde...
Heu... Je te retourne la question, c'est quoi le rapport avec les variables cachées ??
On appelle "variables cachées" des paramètres qui interviendraient dans l'état quantique des systèmes et qui détermineraient de façon totalement déterministe le résultat d'une mesure sur ce système, pour se défaire du postulat de la mesure et des problèmes conceptuels qui l'accompagnent.
Les quarks, ce sont des constituants élémentaires de trucs plus gros, mais ça n'a pas grand-chose à voir avec les fondements de la physique quantique...
J'ai l'impression que tu voulais dire "artifice mathématique" plutôt que "variables cachées", non ? C'est discutable aussi, mais pas au même niveau !
Je sais pas... on appelle ainsi les variables cachées, parce que dans le modèles, elle sont des quantités inobservables, régissant ce qui se passe en dehors de ce qui est vérifiable expérimentalement. Or, on peut dire, si variables cachées il y a, et qu'elles obéissent à telle loi, alors on peut expliquer ce qu'on observe.Heu... Je te retourne la question, c'est quoi le rapport avec les variables cachées ??
On appelle "variables cachées" des paramètres qui interviendraient dans l'état quantique des systèmes et qui détermineraient de façon totalement déterministe le résultat d'une mesure sur ce système, pour se défaire du postulat de la mesure et des problèmes conceptuels qui l'accompagnent.
Les quarks, ce sont des constituants élémentaires de trucs plus gros, mais ça n'a pas grand-chose à voir avec les fondements de la physique quantique...
J'ai l'impression que tu voulais dire "artifice mathématique" plutôt que "variables cachées", non ? C'est discutable aussi, mais pas au même niveau !
Dela même façon, les quarks sont, dans le modèle, des objets inobservables, régissant ce qui se passe en dehors de ce qui est vérifiable expérimentalement. Or, on peut se dire, si quark il y a, et qu'ils se comportent de telle façon, alors on peut expliquer ce qu'on observe (par expliquer, j'entends un modèle physique).
Dans les deux cas, de ce que je sais, on ajoute un élément mathématique, auquel on suppose une correspondence physique, pour modéliser notre compréhension de ce qui est observable.
C'est dans ce sens que je compare "variable caché" à "quark".
Quand je demande: "quelle est la différence entre les deux", en fait, je me demande pourquoi l'un semble bien accepté (malgré qu'au concept mathématique quark, il n'y a pas d'entité physique observable correspondante), alors que de l'autre, on les fuit comme la peste.
Peut-être est-ce parce qu'il n'y a pas d'alternative aux quark, alors qu'il y a plusieurs alternatives aux variables cachées...
Simon
OK, c'est bien le mot "artifice mathématique" que tu cherchais...
La situation que tu décris est la même partout en physique : personne n'a jamais "vu" d'électron, de neutrino, de proton. On sait que ces particules existent parce que les modèles qui se basent sur leur existence rendent très bien compte d'une foultitude de résultats expérimentaux. Pour pousser le bouchon un peu plus loin, personne n'est jamais allé au coeur d'une étoile et pourtant il ne viendrait à l'idée de (presque) personne de contester qu'on sait que s'y déroulent des réactions nucléaires.
Les quarks font partie intégrante du modèle standard, et à moins de trouver une nouvelle théorie qui explique tout sans les quarks, on peut dire que les quarks "existent", au sens que donnent les scientifiques à ce mot.
Le cas des variables cachées est différent : quand on essaie de faire une théorie qui les prend en compte, ça ne marche que si la théorie en question est non-locale (cf les inégalité de Bell).
Bon, de toutes façons j'ai un peu du mal à mettre sur le même plan un objet physique (le quark) et un fondement théorique (les variables cachées). L'existence ou la non-existence des quarks ne remet pas en cause la théorie quantique des champs, seulement le modèle standard.
Donc, ce qui fait que les gens fuient les variables cachées, c'est seulement la non-localité? Il me semble que c'est fuire la réalité, comme si je montrais son pied galeux à un malade et qu'il continuait d'affirmer qu'il n'est pas malade...
Pour ce qui est des artifices mathématiques, je suis bien d'accord. Pour ce qu'on n'observe pas, mais qu'on considère comme existant réellement (ex: les électrons) je suis aussi d'accord.
Je voulais seulement vérifier si mon impression, c'est à dire que le concept de photon est beaucoup moins opérationnel que le concept d'électron par exemple, était fondée. Je me demandais si le transporteur, entre deux atomes qui changent de niveau d'énergie, était nécessaire. C'est pour cette raison que j'ai donné l'exemple de l'état intriqué. Dans ce cas, me semble-t-il, on a un effet très similaire, mais sans transporteur. Tu dis de ne pas mettre de corrélations partout, mais pourtant, à ce que je sache, notre univers a une fonction d'onde. Chaque paire d'atome ne peut être décrite parfaitement qu'en tenant compte de l'univers en entier (à moins d'être isolés, ce qui est assez utopique). Dans cette optique, je te l'assure, il y a des corrélations partout. Par exemple, on peut imaginer que le spin (selon tous les axes) de l'univers est nul. Si à un instant donné le spin d'une particule est modifié pour une raison quelconque, alors il faut qu'instantanément une autre particule s'aligne de façon à ce que le spin global reste nul. Je n'ai jamais lu cela nul part, mais je suis presque certain que de prendre en considération les propriétés globales de l'univers force d'avoir "des corrélations partout".
Vous en pensez quoi?
Simon
