Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure
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Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure



  1. #1
    Oceandencens

    Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure


    ------

    Bonjour,

    Je commence le Cohen-Tannoudji et me pose déjà des questions auxquelles je n'arrive pas à répondre sur le premier chapitre. J'aimerais donc si quelqu'un a le temps quelques précisions... Il s'agit du premier chapitre donc de " l'expérience qui fait tout basculer ", c'est à dire celle qui démontre la première (donc ne me répondez pas par les principes de la mécanique quantique svp puisqu'à ce moment on ne les connait pas!) que ni le modèle ondulatoire ni le modèle corpusculaire ne sont suffisants, pris séparément.

    Le raisonnement aboutissant à cette dualité repose en partie (pour la partie qui nie le caractère purement corpusculaire de la lumière) sur le fait que si l'on fait l'expérience des trous d'Young avec des photons (caractère seulement corpusculaire), on se trouve dans l'impossibilité d'expliquer entre autre les interférences (car ce qui pourrait l'expliquer serait les interactions entre les photons passant par les fentes 1 et 2, or quand les photons sont envoyés un par un (donc qu'il n'y a plus d'interactions), les franges sont pourtant toujours là après un grand nombre de lancés).
    Mais cela est vrai seulement si l'on peut envoyer avec certitude des photons un par un (car par exemple si parfois ils sont deux, cela peut être les interactions entre eux qui causent les figures d'interférences). Je me demande donc s'il est possible théoriquement et pratiquement d'avoir une telle certitude sur le fait d'avoir un envoyé un unique photon.

    Par ailleurs l'expérience consistant à placer un détecteur devant l'une des fentes pour éventuellement connaitre la trajectoire (la fente empruntée) par les photons me pose aussi problème. En effet je ne vois pas bien de quelle manière on peut pratiquement envoyer les photons, pour ensuite tester la trajectoire. Si le processus d'envoie de photon est aléatoire (quantiquement) en terme de direction d'envoie, on repousse le problème, et sinon la seule manière d'envoyer des photons pas directement dans un trou ou l'autre serait d'utiliser la meme chose qu'avec la vision ondulatoire mais dans ce cas comment être certain que notre front d'onde n'est qu'un seul photon?
    Je ne sais pas si j'ai été bien clair… En gros pour avoir une technique d'envoie "neutre" vers les deux fentes d'un seul photon (caractère corpusculaire), il faut déjà connaitre la dualité onde-corpuscule : si on envoie les photons un à un d'une certaine manière (laquelle?) VERS LES DEUX FENTES A LA FOIS (comment faire cela a priori? c'est à dire sans être encore certain du fait que la lumière n'est pas uniquement un corpuscule), l'expérience nous montre qu'il y a 50% de réception pour la fente bouchée par le détecteur et que la figure est celle de la diffraction par l'autre fente. C'est à dire que cette technique d'envoie permet bien de n'envoyer aucun photon sur le cache (là où il n'y a pas les fentes) (alors que la fente est aussi en quelque sorte bouchée par le détecteur, donc est plus du domaine du cache que de la fente…).
    Donc étant donné que cette technique d'envoie est assez flou (dans mon esprit en tout cas!), je me dis qu'en toute logique cela pourrait être elle qui est la cause des résultats observés, et non le fait que fondamentalement la mesure influe sur le résultat.

    Schématiquement on suppose pouvoir envoyer les photons un à un dans l'un ou l'autre des trous sans distinctions (ce qui est étrange vu que l'on ne connait pas encore la MQ) et l'on observe ce qu'il se passe lorsque l'on place aucun, 1 ou 2 détecteurs. On interprète ensuite ces résultats. Mais cette interprétation n'est valide que si la méthode de départ d'envoie des photons fonctionnent de manière non quantique ( sinon on suppose la MQ pour en déduire la MQ… c'est étrange ).

    Merci bien pour vos réponses et éclairements,
    bonne soirée !

    -----

  2. #2
    LPFR

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    Bonjour.
    On n'envoie pas un unique photon. Mais on envoie si peu (simplement en diminuant le niveau d'éclairage) que chaque photon est distant du précédent et du suivant d'une distance plus grande que les dimensions de l'appareil. Et on détecte photon par photon avec un photomultiplicateur.

    Sur le fond, c'est vrai, la lumière se comporte comme une onde lundi, mardi et mercredi, et comme des photons jeudi, vendredi et samedi. Et le dimanche ? Bon le mieux c'est d'aller à la pêche.

    Voici une explication que j'avais donnée sur cette dualité (raté le dimanche):
    Pour ce type de phénomènes, la physique a trois modèles: le modèle ondulatoire (ondes électromagnétiques), le modèle corpusculaire (photons) et finalement LE modèle de l'électrodynamique quantique.
    Pour les explications courantes, on choisit celui des deux premiers qui s'adapte le mieux. On n'explique pas la diffraction ni le fonctionnement d'une antenne ni les interférences avec des photons, pas plus que l'on n'explique l'effet photoélectrique avec des ondes électromagnétiques. Et quand on a choisi un des modèles on ne mentionne pas l'autre.
    Mais ces deux modèles n'expliquent pas bien tous les phénomènes.
    Il y a un autre modèle, celui de l'électrodynamique quantique qui explique tout et très correctement. Le seul inconvénient est qu'il est tellement merdique qu'il est totalement inutilisable dans la "vie de tous les jours" des physiciens.
    Dans ce modèle il n'y a que des photons, mais pas les photons "grand public" d'Einstein, des "quanta de lumière". Mais ce sont des "choses" qui transportent quelque chose comme la racine carrée de la probabilité de trouver le photon et qui on une phase qui évolue comme celles des ondes électromagnétiques. Pour calculer la probabilité d'arrivée d'un photon à un endroit, on prend tous les chemins possibles (un nombre infini), on calcule la phase d'arrivée en tenant compte du chemin, on additionne tout cela, et la probabilité de trouver le photon sera le module du carré de la somme.
    Problème supplémentaire, la somme en question a la mauvaise habitude de diverger et il faut utiliser des "astuces" pour éviter de se retrouver avec des infinis.
    Ce modèle fonctionne aussi bien pour des photons que pour toutes les autres particules, pour lesquelles il est tout aussi merdique et inutilisable.
    Vous ne pouvez pas expliquer la diffraction et les interférences avec des photons "grand public". Si vous voulez le faire, alors il faut vous mettre à l'électrodynamique quantique.
    Pour vous dissuader, je vous conseille de lire le livre de divulgation grand publique de Feynman (un des pères de l'électrodynamique quantique): "Lumière et matière". S'il ne vous plait pas, vous ne vous serez pas ruiné.



    Au revoir.
    Dernière modification par LPFR ; 08/07/2012 à 18h08.

  3. #3
    doul11

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    Bonjour,

    La méthode d’envois des photons n'a aucune importance, aujourd’hui il existe des sources de photons uniques très fiables en terme de photon unique, pas deux ou zéro par impulsion de commande, et précise en terme de direction (ça n'arrose pas dans tout les sens).

    Il faut bien comprendre que l'explication basique des fentes de Young et très simplifié, son but est d'être didactique pour la mécanique quantique, elle n'est pas faite pour se poser des questions techniques sur sa réalisation (écran, détecteur, source, ...), les photons qui passent a coté, qui sont absorbé, ... n'entre pas en compte, je dirais simplement : on éclaire vers les fentes et on diminue l'intensité lumineuse jusqu’à voir des points un par un qui s'impriment sur l'écran.
    Dernière modification par doul11 ; 08/07/2012 à 18h11.
    La logique est une méthode systématique d’arriver en confiance à la mauvaise conclusion.

  4. #4
    Oceandencens

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    "On n'envoie pas un unique photon. Mais on envoie si peu (simplement en diminuant le niveau d'éclairage) que chaque photon est distant du précédent et du suivant d'une distance plus grande que les dimensions de l'appareil. Et on détecte photon par photon avec un photomultiplicateur."

    Le problème n'est pas d'en détecter un seul en soi, c'est, dit le livre (évidemment..), surtout que le fait d'en détecter un seul permet d'être plus sûr qu'il n'y a pas eu d'interactions entre photons. Donc je repose la question plus précisément : comment est on certain que les photons n'ont pas interagit ensembles ? Car s'ils avaient interagit, cela pourrait éventuellement expliquer les interférences (grâce donc au caractère corpusculaire de la lumière). A moins que telle quelle, cette expérience soit insuffisante pour nier le caractère non uniquement corpusculaire de la lumière à partir de l'observation d'interférence ?

    "elle n'est pas faite pour se poser des questions techniques sur sa réalisation"

    Justement ce n'est pas (dans le contexte) une question technique mais conceptuelle : comment envoyer des corpuscules, puis les localiser sur l'écran de mesure et les dénombrer (pour donner des résultats à l'expérience, à savoir les probabilités d'avoir atteint telle ou telle zone de l'écran, ce qui ne peut se faire si certains photons sont perdus (car alors ce pourrait être a cause d'eux (ou plutôt à cause de leur absence) que de telles figures se forment) ou si "les photons qui passent a coté sont absorbé et n'entrent pas en compte") sans les envoyer dans une direction particulière (ce que l'on ne souhaite pas sinon ils n'iraient que dans une des deux fentes) à la manière d'un laser ? Précisément, cela est impossible conceptuellement du fait de la mécanique quantique même... D'où ce que je disais sur le fait que notre hypothèse, permettant d'aboutir aux prémisses de la MQ, nécessite la MQ elle-même...
    Et c'est pour cela que je me demande là aussi si cette expérience peut vraiment nous donner des informations sur la nécessité d'introduire la MQ.

    "La méthode d’envois des photons n'a aucune importance"

    C'est pourtant l'hypothèse qu'une telle méthode existe (en soi) qui permet d'interpréter les résultats et d'aboutir à l'établissement des principes de la MQ grâce aux fentes d'Young. Car, vous avez bien compris ce que je veux dire, si elle n'existe pas, le fait de dire "on envoie des photons uniques dans les trous, on place un détecteur, etc etc" n'a pas de sens, ou au moins est une très grande approximation du fait notamment que certains photons peuvent être "absorbés", et en cela être la cause des phénomènes observés.


    Merci d'avoir répondu si vite,

    Bonne nuit !

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    invite06459106

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    Bonsoir,
    Citation Envoyé par Oceandencens Voir le message
    Donc je repose la question plus précisément : comment est on certain que les photons n'ont pas interagit ensembles ?
    Si c'est les photons qui te déranges, l'experience a aussi été faite avec des électrons, qui sont envoyés un par un, tout comme on peut envoyer des photons individuellement.
    Voir ici:http://fr.wikipedia.org/wiki/Fentes_de_Young paragraphe: interprétation quantique du phénomène.
    Cordialement,

  7. #6
    Oceandencens

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    Salut!

    "Si c'est les photons qui te déranges"

    Non non, ce n'est pas le photon qui me dérange, le même raisonnement est possible avec l'électron ou n'importe quoi, à savoir que cela pourrait alors être l'interaction entre les deux particules envoyées qui cause les figures d'interférence (donc que l'expérience en question serait insuffisante pour trancher, alors que le livre la fait pourtant trancher !).
    Dernière modification par Oceandencens ; 08/07/2012 à 22h34.

  8. #7
    invite06459106

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    Si tu envoies un photon(ou électron) un par un, c'est à dire qu'il y a une distance(donc une durée ) les séparant, comment veux-tu qu'il y ait interaction entre eux..? imagine que j'envoie un photon, hop impact, j'envoie le second...hop impact et ainsi de suite, à partir du moment ou le 1er a touché la cible il est absorbé, donc il ne peut plus interagir avec le deuxième ect...
    Cordialement,

  9. #8
    Oceandencens

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    Oui, c'était pour cela que je demandais s'il était effectivement possible d'en envoyer un par un.
    Or voici la réponse que j'ai eu, suivie de la précision que j'ai apporté à ma question :
    <<
    "On n'envoie pas un unique photon. Mais on envoie si peu (simplement en diminuant le niveau d'éclairage) que chaque photon est distant du précédent et du suivant d'une distance plus grande que les dimensions de l'appareil. Et on détecte photon par photon avec un photomultiplicateur."

    Le problème n'est pas d'en détecter un seul en soi, c'est, dit le livre (évidemment..), surtout que le fait d'en détecter un seul permet d'être plus sûr qu'il n'y a pas eu d'interactions entre photons. Donc je repose la question plus précisément : comment est on certain que les photons n'ont pas interagit ensembles ? Car s'ils avaient interagit, cela pourrait éventuellement expliquer les interférences (grâce donc au caractère corpusculaire de la lumière). A moins que telle quelle, cette expérience soit insuffisante pour nier le caractère non uniquement corpusculaire de la lumière à partir de l'observation d'interférence ?
    >>.

  10. #9
    invite06459106

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    C'est pour cela que je te disais que si éventuellement c'est le photon qui te déranges, pense électron, bien que dans le lien que j'ai mis, il est écrit que l'on peut envoyer un à un des photons, donc oublies le photon et garde électrons, mais je suis d'accord avec l'explication que l'on t'a donné:
    chaque photon est distant du précédent et du suivant d'une distance plus grande que les dimensions de l'appareil. Et on détecte photon par photon avec un photomultiplicateur
    ainsi que le commentaire de Doul11:
    son but est d'être didactique pour la mécanique quantique, elle n'est pas faite pour se poser des questions techniques sur sa réalisation
    Cordialement,
    Dernière modification par didier941751 ; 08/07/2012 à 22h57.

  11. #10
    Oceandencens

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    je ne vois vraiment pas pourquoi tu penses que le photon me dérange... Dans mon raisonnement ça revient exactement au même en fait.

    Distance plus grande que les dimensions de l'appareil ne signifie pas qu'à cette distance ils ne peuvent plus interagirent.

    "questions techniques sur sa réalisation"

    Ce n'est pas une question technique, j'ai déjà expliqué pourquoi.

    "son but est d'être didactique pour la mécanique quantique"

    La dessus tout le monde est d'accord. Ma question est de savoir s'il y a une part de vrai derrière cette didactique (sinon on aurait pu prendre une expérience avec n'importe quoi d'autre), et laquelle.

  12. #11
    invite06459106

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    Citation Envoyé par Oceandencens Voir le message
    je ne vois vraiment pas pourquoi tu penses que le photon me dérange....
    Parceque tu penses que si l'on ne peut les envoyer un par un il y a posibilité d'interaction entre eux, et comme on peut envoyer des électrons individuellement, cela supprime se problème, mais on est d'accord donc...


    Ma question est de savoir s'il y a une part de vrai derrière cette didactique (sinon on aurait pu prendre une expérience avec n'importe quoi d'autre), et laquelle.
    Je pense bien que oui! puisqu'il sagit d'experiences réalisées...avec des photons, et des électrons.
    bon ben moi
    Cordialement,

  13. #12
    Oceandencens

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    D'ailleurs non j'y réfléchi et ça ne s'applique pas à l'électron puisque pour la lumière la théorie précédente disait que c'était une onde : et ici on teste en quoi cela peut être un corpuscule ; alors qu'avec l'électron ce serait l'exacte contraire.

    Mais toujours est-il que mon problème ne réside pas là mais dans le fait que pour faire cette expérience avec succès, il faut apparemment déjà connaitre la dualité onde corpuscule (pour savoir que les photons, les électrons ou autres vont effectivement pouvoir passer dans les deux fentes sans toucher le cache (caractère ondulatoire) et ainsi sans perdre la possibilité de trouver par exemple le résultat "x photons sur 100 ont "atterri" dans telle zone" (puisque comme ""On n'envoie pas un unique photon."", on ne saura pas si certain (et donc combien) ont été perdu et on aura ainsi le résultat " x photons sur y...", avec y inconnu ... ce qui n'est pas génial !)) qui est la propriété que l'on est sensé mettre en évidence grâce à cette expérience... !

  14. #13
    Oceandencens

    Re : Questions sur les fentes d'Young, la dualité et la mesure

    "Je pense bien que oui! puisqu'il sagit d'experiences réalisées...avec des photons, et des électrons."

    Et moi aussi sinon je ne chercherais pas à vous soumettre mon raisonnement pour trouver mon erreur ou bien pour trouver où et sur quoi le livre va un peu vite !

    "Parceque tu penses que si l'on ne peut les envoyer un par un il y a posibilité d'interaction entre eux, et comme on peut envoyer des électrons individuellement, cela supprime se problème, mais on est d'accord donc..."

    Oui excuse moi au début j'avais pas compris ^^, mais déjà il y a la différence mentionnée plus haut, mais aussi le fait que justement on ne peut apparemment pas envoyer un unique photon alors qu'on peut le faire avec l'électron comme tu le dis, donc ce n'est pas vraiment pareil.


    Mais mes questions ne s'arrêtent pas à l'unique photon, il s'agit aussi de savoir comment les envoyer sans savoir ce qui va arriver (dualité)... Or ici on dirait bien qu'il est nécessaire de connaitre cette dualité pour comme je l'ai dit plus haut.

    Il s'agit de savoir s'il faut une source par exemple qui envoie des photons dans toutes les directions (mais alors vient le prob entre parenthèses précédent), dans les 2 directions (mais si ce choix de trajectoire n'est pas vraiment aléatoire (c'est à dire quantique), alors les résultats n'ont aucune valeur puisque l'on cherche justement ces trajectoires, et sinon c'est qu'il faut bien connaitre la MQ pour réaliser cette expérience qui est sensé la mettre à jour). Ce n'est donc pas vraiment une question technique sur la réalisation mais bien une question centrale sur la possibilité de réaliser cette expérience dans le but souhaité. (après vous entendiez cela par technique, nous sommes d'accord ^^).


    Bonne nuit !

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