Fentes d'YOUNG -

[invite11137106]

Bonjours à tous,

Et un grand merci d'avance à tous ceux qui prendront le temps de répondre à ces questions.

Dans l'expérience bien connue, mais toujours aussi bluffante, des FENTES d'YOUNG :

1 - Quand il y a deux fentes et que les particules, n'étant pas observées, adoptent un comportement ondulatoire avant les impacts, ces impacts (notamment sur la frange du centre et sur les franges les plus extérieures) atteignent-ils des zones de la paroi normalement hors de portée du canon à particules (quand celles-ci sont observées et restent des particules tout au long du chemin) ?

2 - Quand il n'y a qu'une seule fente, les particules se comportent-elles de la même façon, qu'elles soient observées ou non ? Ou peut-on savoir qu'une particule a adopté un comportement ondulatoire en voyant qu'elle a atteint des zones de la paroi qui étaient normalement hors de portée du canon à particules (dans l'hypothèse ou la réponse à la question 1 serait positive) ?

Bonne journée à tous,

Victor
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[doul11]

Bonsoir,

Les particules n'adoptent pas un comportement ondulatoire ou corpusculaire, elle ont un comportement unique qui est quantique : c'est a dire que l'on calcule la probabilité de présence d'une particule ponctuelle avec une fonction d'onde.

Qu'il y ait un trou ou deux le mécanisme fondamental de la diffraction est le même : tout les chemins possibles interférent de façon constructive ou destructive pour donner la probabilité de marquer un impact sur l'écran, si on fait une mesure en cours de route on trouvera la particule sur un chemin et pas les autres et dans ce cas plus de figure d’interférences.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffrac...de_diffraction

[invite11137106]

Merci pour cet éclairage doul11

Je comprends avec ta deuxième remarque que même quand il y a un seul trou, on observe des phénomènes d'interférences (et donc qu'une onde peut en quelque sortes interférer avec elle-même, sans avoir besoin de se diviser en deux ondes, en passant à travers deux fentes, n'est-ce pas ?).
Du coup, même question dans les deux cas, avec une fente ou deux :
Si on fait une mesure en cours de route et qu'on fait disparaître la figure d'interférence, obtient-on des impacts dans une zone plus restreinte que quand on ne fait pas de mesure ? Réciproquement, quand on ne fait pas de mesure, les impacts peuvent-ils atteindre des endroits qui n'étaient, disons, pas dans la ligne de mire du canon à particules ?

Désolé si mes questions ne sont pas toujours bien formulées et prêtent à confusion, je suis un peu novice dans ce domaine.

[doul11]

Je comprends avec ta deuxième remarque que même quand il y a un seul trou, on observe des phénomènes d'interférences (et donc qu'une onde peut en quelque sortes interférer avec elle-même, sans avoir besoin de se diviser en deux ondes, en passant à travers deux fentes, n'est-ce pas ?).

Dans l'idée j'ai envie de dire que c'est ça oui, attention quand même avec la notion d'onde qui se partage et interfère avec elle même (c'est une vue classique), peut être une meilleure vue quantique est d'associer une onde a chaque chemin possible et de voir comment ces ondes interférent entre un point de départ unique et un point d'arrivé unique.

Du coup, même question dans les deux cas, avec une fente ou deux :
Si on fait une mesure en cours de route et qu'on fait disparaître la figure d'interférence, obtient-on des impacts dans une zone plus restreinte que quand on ne fait pas de mesure ?

Mais on fait toujours une mesure, l'écran en est une, si on ne fait aucune mesure on ne voit rien et il n'y a pas de physique, sinon oui faire une mesure en cours de route revient a localiser la particule sur une surface plus petite que l'écran, en théorie une surface aussi petite que l'on veut, même ponctuelle, en pratique non bien sur. Le but de la mesure "écran" est d'avoir de jolies figures d’interférences composé de multiples impacts (sinon pas de figure) donc "grande" surface ; le but de la mesure "détecteur" est de localiser une particule, donc "petite" surface. Placer un gros détecteur a la place de l'écran nous donnerais simplement l'information qu'un particule a été détecté, mais rien sur un éventuelle figure d’interférence, on peut voir l'écran comme une matrice de petits détecteurs.

Réciproquement, quand on ne fait pas de mesure, les impacts peuvent-ils atteindre des endroits qui n'étaient, disons, pas dans la ligne de mire du canon à particules ?

Je ne sais pas.

Désolé si mes questions ne sont pas toujours bien formulées et prêtent à confusion, je suis un peu novice dans ce domaine.

Aucun problème : j'essaye de répondre au mieux suivant ma compréhension de la physique et les question des foromeurs, de toutes façons les personnes qui posent des questions sont toujours le bienvenue sur le forum !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite11137106]

Dans l'idée j'ai envie de dire que c'est ça oui, attention quand même avec la notion d'onde qui se partage et interfère avec elle même (c'est une vue classique), peut être une meilleure vue quantique est d'associer une onde a chaque chemin possible et de voir comment ces ondes interférent entre un point de départ unique et un point d'arrivé unique.

Merci, ça c'est très éclairant ! Mais ce qui m'a perdu c'est qu'il me semblait que cette vidéo disait le contraire (à 2minutes) : http://www.youtube.com/watch?v=7f14cVCpvDc

Et à vrai dire, je ne comprends pas pourquoi est-ce qu'on aurait besoin de faire l'expérience avec deux fentes pour comprendre la dualité onde-particule, alors qu'une fente suffirait si elle faisait déjà apparaître des interférences.

Je posais la question de savoir si les impacts des particules non-observées en cours de route pouvaient être hors des zones qui se trouvent dans la ligne de mire du canon à particules, afin de comprendre si une particule non-observée pouvait, en quelque sorte, "inventer" des nouveaux chemins possibles, en état ondulatoire.

Faisons cette comparaison :
je tire avec un pistolet de façon aléatoire, sans rien viser de précis, si ce n'est la fente d'une première paroi blindée qui me permet d'atteindre un deuxième mur de béton.
On voit bien dans ce cas que mes balles vont suivre des lignes droites depuis mon pistolet jusqu'au mur de béton, et vois bien quelle zone du mur de béton pourra être atteinte. En revanche, si je refais la même opération avec des "balles quantiques", que je ne mesure pas en cours de route, je vais pouvoir atteindre de nouvelles zones non ? Puisque si l'on se représente une onde qui passe à travers la fente, et va ensuite jusqu'au mur de béton, elle couvre potentiellement tout ce mur non ?

[doul11]

Pour ce soir je n'ai plus le temps de développer des explications, si je peux me permettre un conseil de lecture : lumière et matière de Feynman, un petit livre pas cher et très bien vulgarisé sans trahir "l'esprit" quantique, il y explique très bien cette notion d’interférence de tout les chemins possible.

PS : attention a la vidéo donc tu donne en lien sur youtube, il me semble que l'on en a déjà discuté sur le forum et que certaines interprétations prête a caution.

A plus tard.

[invite11137106]

Merci beaucoup !

Très bonne soirée

[Garion]

Je posais la question de savoir si les impacts des particules non-observées en cours de route pouvaient être hors des zones qui se trouvent dans la ligne de mire du canon à particules, afin de comprendre si une particule non-observée pouvait, en quelque sorte, "inventer" des nouveaux chemins possibles, en état ondulatoire.

Oui car quand l'onde passe par la fente, il y a diffraction. La zone de probabilité d'impact de la particule s'élargit.

[invite11137106]

Merci Garion ! Comme ça c'est clair
juste une dernière petite chose : mais alors pourquoi est-ce qu'on eu besoin de faire l'expérience avec deux fentes pour comprendre la dualité onde-particule, alors qu'une fente suffisait puisque elle faisait déjà apparaître exactement les mêmes choses ?

[Amanuensis]

L'expérience des fentes de Young date de 1801, et portait uniquement sur la lumière. À cette époque ce fut une des expériences qui amenèrent à la théorie "vibratoire" (ondulatoire) de la lumière par Fresnel, s'opposant à l'idée alors ambiante d'une théorie corpusculaire de la lumière.

Il y avait à la même époque d'autres expériences montrant les interférences lumineuses, celle-là est juste une des plus "visibles".

Son intérêt a subi un renouveau avec la physique quantique, quand il a été réalisé qu'une conséquence de cette physique était que les "interférences" devaient se manifester même si les photons étaient émis un par un.

Une expérience des fentes de Young faite ainsi, avec une durée significative entre photons successifs, n'est explicable ni par une théorie ondulatoire, ni par une théorie corpusculaire.

[invite11137106]

Merci Amanuensis mais la question est :
pourquoi avoir eu besoin de mener l'expérience avec 2 fentes alors qu'apparemment, si je comprends bien les réponses précédentes, il y avait déjà, au niveau quantique, des phénomènes d'interférences avec les particules non-observées, ce qui montrait déjà leur aspect ondulatoire ? (je ne dis pas que tout s'explique alors avec une théorie ondulatoire, mais qu'il y a bien comme un "aspect ondulatoire" des particules)
En fait je suis encore vraiment étonné qu'il puisse y avoir des phénomène d'interférences même avec des particule non-observée et une seule fente, comme me l'a dit doul11 et j'aimerais m'assurer que cette vidéo se trompe à 2 minutes, quand elle dit qu'avec une seule fente, toutes les particules se comportent de façon "normales" http://www.youtube.com/watch?v=7f14cVCpvDc

Merci pour ton aide

[invite11137106]

Erratum :

je voulais dire "il y avait déjà au niveau quantique, avec UNE SEULE fente, ..."

[Amanuensis]

Cette vidéo présente les choses de manière plus que simpliste, l'accepter tel quel ne permet pas une progression au-delà de la vision simpliste qu'elle propose. Si vous cherchez une compréhension un peu sérieuse de la physique quantique (et même simplement de l'optique physique), vous feriez mieux de l'oublier et repartir sur de meilleures bases, en apprenant la physique via des cours adaptés.

Pour des explications sur les interférences lumineuses avec une seule ouverture, voir la notion de diffraction. (Par exemple là pour le cas d'une fente.)

[invite11137106]

Ok, mais alors à ce stade ce n'est même plus simpliste, c'est carrément faux.
Et maintenant que m'avez confirmé qu'il y avait bien une différence claire entre particules observées et particules non-observées même avec une seule fente, je me permet d'insister : pourquoi parle-t-on généralement de l'expérience des fentes d'young avec deux fentes, alors qu'une fente suffit en fait à montrer tout le "problème" au niveau quantique, de la dualité onde-corpuscule ?

[invite11137106]

Sur Wikipedia - Fentes d'Young, il est écrit :

Cette expérience [avec deux fentes] permet alors de mettre en évidence la nature ondulatoire de la lumière. Elle a été également réalisée avec de la matière, comme les électrons, neutrons, atomes, molécules, avec lesquels on observe aussi des interférences. Cela illustre la dualité onde-particule : les interférences montrent que la matière présente un comportement ondulatoire, mais la façon dont ils sont détectés (impact sur un écran) montre leur comportement particulaire.

Ma question est : pourquoi diable faut-il 2 fentes pour montrer cela ? Pourquoi une seule fente ne suffit-elle pas ?

[Amanuensis]

pourquoi parle-t-on généralement de l'expérience des fentes d'young avec deux fentes, alors qu'une fente suffit en fait à montrer tout le "problème" au niveau quantique, de la dualité onde-corpuscule ?

Vous posez là une question qui ressort de la psychologie humaine, pas de la physique ! Dans tous les domaines il y a des expériences qui "frappent l'imagination", sans avoir pour autant, du moins comme on le constate a posteriori, une fois qu'on maîtrise un peu le domaine en question, plus d'intérêt scientifique que bien d'autres moins "popularisées".

Historiquement, comme je l'ai dit, l'expérience optique de 1801 est une sorte de symbole de la révolution de l'optique faisant passer du modèle corpusculaire de Newton (peu discuté pendant un siècle entre autre à cause du poids de l'opinion de Newton) au modèle ondulatoire de Fresnel. La présenter ainsi est bien la voir côté humain (psychologie, histoire).

Elle est devenue, au XXème siècle, un symbole de la mécanique quantique, là encore un phénomène social. Au passage, comme je l'ai indiqué, si elle est présentée (et c'est ce que vous avez "compris") comme illustrant la "dualité onde-corpuscule", elle en montre en fait l'inanité, puisque l'expérience ne peut se comprendre NI par un modèle ondulatoire NI par un modèle corpusculaire ; ce qui est contradictoire avec l'idée (erronée) de la "dualité onde-corpuscule", qui voudrait qu'on puisse expliquer un phénomène quantique soit par un modèle corpusculaire, soit par un modèle ondulatoire, selon le cas.

C'est bien ce genre de contradiction qui m'amène à répondre à votre question en envoyant le ballon dans le camp de la psychologie humaine !

En science physique, l'expérience des fentes de Young n'est qu'une parmi le très grand nombre des expériences et observations qui ne peuvent être modélisées, pour le moment, que par la physique quantique, qui n'est ni un modèle corpusculaire, ni un modèle ondulatoire, et dans le cadre de laquelle on ne devrait jamais commencer une explication en parlant de particules (du moins sans l'accompagner de tout un tas de précautions oratoires).

[Amanuensis]

Ma question est : pourquoi diable faut-il 2 fentes pour montrer cela ? Pourquoi une seule fente ne suffit-elle pas ?

Un seul "trou" suffit, la "tache d'Airy" et ses anneaux est aisément observable. Pour la réponse aux "pourquoi", cf. message précédent.

[invite21348749873]

Un seul "trou" suffit, la "tache d'Airy" et ses anneaux est aisément observable. Pour la réponse aux "pourquoi", cf. message précédent.

Bonjour Amanuensis
La diffraction par une fente fine se calcule sans faire appel à la mécanique quantique.
Mais si on imagine qu'on envoie des photons un par un de fréquence donnée à travers une fente et que l'on recueille les photons dans des détecteurs qu'on n'éclaire pas (au lieu d'observer les maxima et les minima sur un écran), et que l'on compte seulement les arrivées de photons, aura t-on la même distribution
en intensité que lorsque l'on observe le phénomène sur un écran?

[invite11137106]

OK --> MERCI encore pour ces explications. Voilà maintenant j'ai la réponse à toutes mes questions.

Vous parlez de précautions oratoires à prendre pour parler de "particules" dans le cas de la physique quantique - je n'ai pas pris beaucoup de ces précautions car je prenais comme assez implicite le fait que les "quantons" (comme les appelle Jean-Marc Lévy-Leblond qui tient à ce qu'on invente de nouveaux concepts pour éviter de se mélanger les pinceaux) n'était en fait ni des ondes ni des particules. (Lévy-Leblond fait d'ailleurs une analogie tout à fait intéressante avec la découverte de l'ornythorinque que l'on essayait au départ de définir comme un canard-taupe, alors qu'il n'était ni l'un ni l'autre.)

Seulement on ne peut nier qu'il y a bien, selon les cas, soit un "aspect" (c'est la précaution que j'ai prise après coup dans un de mes messages précédents, pour intégrer, comme vous dite, la psychologie humaine) entièrement particulaire de ces quantons - quand on en observe le parcours - et, un aspect plus "ondulatoire" de ces mêmes quantons, qui se révèle alors dans les phénomènes d'interférences dont témoignent leurs traces d'impacts - quand on en observe pas le parcours.
Et il me semble que l'expression dualité onde-corpscule ne dit rien d'autre que ça. Elle ne dit pas qu'on peut expliquer un phénomène quantique, soit par une théorie ondulatoire, soit par une théorie particulaire, mais au contraire qu'il faut combiner les deux pour essayer de "comprendre" ce qu'il se passe quand il n'y a pas observation.

Et ce qui m'étonne, c'est que les physiciens, qui aiment d'ordinaire éviter "d'utiliser les multiples sans nécessité" (rasoir d'Occam), parlent toujours de l'expérience de Young avec deux fentes, alors que tout cela est déjà dit avec une fente - l'expérience "frappe" déjà "l'imagination", voire encore plus, car elle est plus simple. Quoique, maintenant que je dis cela, je me rends compte que c'est peut-être l'idée que la """"particule"""" (avec plein de guillemets) puisse passer par deux fentes à la fois qui a été le plus "frappante" - et donc retenue comme expérience de référence...

[Deedee81]

Salut,

"quantons"

On a aussi essayé "ondicule". Curieusement ces termes ont eut du mal à s'imposer (alors que "orbitale" au lieu de "orbite" s'est généralisé). Mystère du vocabulaire.

analogie tout à fait intéressante avec la découverte de l'ornythorinque

Ah oui, tiens, sympa comme analogie.

Et en fait, si on compare avec les mammifères placentaires ou marsupiaux, il n'en fait pas partie non plus !!!! (c'est une autre classe, celle des monotrèmes).

Pour ce qui est d'une seule fente, une explication strictement corpusculaire suffit. Elle n'est donc pas assez discriminante. Sauf s'il y a diffraction mais dans ce cas elle est équivalente à une double fente. Comme il est souvent plus difficile autant d'observer que d'expliquer à un débutant la diffraction qu'une interférence à deux fentes...... voili voilà (explications complémentaire à celle d'Amanuensis).

Autre raison, capitale celle-là. Le double aspect onde - particule dans une expérience de type Young ou avec une seule fente, ce n'est pas problématique. Ce qui devient franchement bizarre, c'est lors de tentatives d'observer par où passent les particules (voir le cours de Feynman, c'est fort bien expliqué). Et pour savoir par quelle fente passe les particules..... il en faut au moins deux

J'ai même utilisé (sur papier) un truc très marrant : détecter par où passent les particules avec un détecteur sans interaction (un autre truc quantique étonnant). Résultat théorique : bien que les particules (électrons, photons) ne soient pas du tout perturbés (ce qui pourrait se vérifier par des expériences annexes) cela détruit quand même les interférences.

Il faut bien avouer que la MQ, parfois, on a vraiment l'impression qu'elle prend un malin plaisir à se moquer de nous. Ce qui la rend encore plus intéressante

[invite11137106]

Merci pour toutes ces précieuses précisions Deedee.
C'est on ne peut plus clair
Et oui, je vais me procurer ce fameux livre de Feynmann