Lumière...

[invite85387a78]

Qu'est-ce donc que la lumière?

Certains disent que c'est une onde, d'autre disent que se sont des particules en mouvement, ces particules étant les photons...!

Je ne sais plus que croire...
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[shamrock]

Bonjour

Louis de Broglie apporte la réponse à ce problème par la dualité onde-corpuscule. La lumière est à la fois une onde et une particule (le photon).
La dualité ne se limite pas à la lumière. Toutes les particules connues peuvent aussi être décrites comme des ondes. Cette hypothèse fut confirmée expérimentalement par la diffraction d'un faisceau d'électrons par Davisson et Germer en 1927.

[Gwyddon]

En fait, pour être plus exact, la lumière n'est ni une onde, ni un corpuscule. C'est un état quantique, qui se comporte parfois comme une onde (dans les phénomènes de diffraction par exemple), et parfois comme une particule (dans l'effet Compton par exemple).

Mais il existe aussi des phénomènes purement quantiques, où la lumière ne se comporte ni comme une onde, ni comme un corpuscule

[Floris]

En fait, pour être plus exact, la lumière n'est ni une onde, ni un corpuscule. C'est un état quantique, qui se comporte parfois comme une onde (dans les phénomènes de diffraction par exemple), et parfois comme une particule (dans l'effet Compton par exemple).

Mais il existe aussi des phénomènes purement quantiques, où la lumière ne se comporte ni comme une onde, ni comme un corpuscule

Tu veux parler de l'intrication par exemple?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite85387a78]

Hmmm... ...j'ai aussi une autre question...

J'ai entendu dire, que la lumière peut circuler dans la matière, mais pas les photons... ...cela veut-il dire que dans le cas de circuler dans la matière, la lumière se comporte comme une onde? Donc, les "photons" ne traverseraient pas la matière...?

[invitec3f4db3a]

Les photons se déplacent trés bien dans la matiére sinon la lumière ne passerais pas non plus . ( Les gaz , les vitres ect .... ) seulement les photons ne se déplacent pas en ligne droite , mais sont dévié , tout simplement car ils sont capter par et réémis pas les atomes .

Ce qui donne certaines impression étrange quand on regarde une paille dans un liquide , la paille semble brisé mais c'est juste la lumière qui est dévié

[invitec3f4db3a]

En fait, pour être plus exact, la lumière n'est ni une onde, ni un corpuscule. C'est un état quantique, qui se comporte parfois comme une onde (dans les phénomènes de diffraction par exemple), et parfois comme une particule (dans l'effet Compton par exemple).

Mais il existe aussi des phénomènes purement quantiques, où la lumière ne se comporte ni comme une onde, ni comme un corpuscule

Si la plus part des phénoménes peuvent être decrit sous la forme d'un état quantique , pourquoi continuer a aprehender certaine phénoméne de maniére ondulatoire ou quantifié ?

[Gwyddon]

Je ne comprend pas très bien ta question, mais je vais essayer de te répondre :

_ En MQ, comme tu le verras plus tard, on manipule sans cesse des états, il n'y a aucun soucis. La quantification apparaît dans le spectre des opérateurs décrivant les quantités mesurables (position, quantité de mouvement, moment cinétique, spin, etc...). On les appelle justement les observables.

_ Sinon, de manière plus générale, fais-tu appel à la relativité lorsque tu veux décrire la trajectoire d'une balle de tennis ? A chaque niveau de complexité, on étudie avec le modèle le plus raisonnable, donc on n'utilise pas la quantique à tout va

[invitec3f4db3a]

non bien sur , on va pas utiliser la mecanique quantique pour faire de l'optique géometrique ( berk au passage ) . Mais pourquoi utilise t on encors la terminologie onde corpuscule . Pourquoi on considere globalement un photon comme une particule alors que le photon est justement quelque chose de purement quantique . Je me trompe peut etre , mais la plus part des erreurs concernant l'intrication ou même certains phénoméne quantique , et tout le caractére hermetique de la MQ au grand publique est du a cette ambiguité .

C'est beaucoup plus simple d'expliquer que un photon interferent avec lui même si on considere le photon comme une entité de nature complexe ( presque mathématique même ) que si on se represente un corpuscule .

[deep_turtle]

Le truc c'est que dans la plupart des situations usuelles, on peut se contenter d'une vision classique, que ce soit l'électromagnétisme ou l'optique géométrique... Je ne sais pas si tu as déjà essayé de calculer la propagation d'une onde électromagnétique à travers une lentille, mais je peux te garantir que si ça t'arrive, tu décrouvriras soudainement finalement que l'optique géométrique, c'est pas mal finalement, et s'il y a des situations où elle s'applique, il serait bête de s'en priver...

[invitec3f4db3a]

ouais c'est sur , reste que l'optique géometrique : berk

[Floris]

Ahahah j'hadore ta réaction charly.
Bon c'est vrai j'avoue étre un peut du même sentiment mais bon.

[Gwyddon]

En gros, je crois que deep et moi faisons passer le même message

Reste à savoir que l'on utilise la notion d'états massivement en MQ dès qu'il le faut : par exemple lorsque l'on quantifie le champ électromagnétique, parler de particule n'a plus vraiment d'intérêt (ahhh.. c'était mon examen de ce matin, la MQ c'est vraiment trop bien !)

[invitec3f4db3a]

Chanceux !!!
nan mais c'est vrai , les regimes sinusoïdales forcés, RSF pour les intimes , c'est trop bien !! Le caractére trés mathématiques et trés physique de la fonction de transfert me plonge dans une trance incroyable. Surtout que l'analyse energetique de la chose me laisse pantoie tellement c'est innovant . Enfin faut passé par la ....

[mariposa]

Quabd on cherche a comprendre ce qu'est vraiment le photon on est confronté à ce que j'appelerais les 3 visages du photon. Celui-ci est impliqué dans:


1- La physique classique (Newton pour les particules et Maxwell pour les ondes).
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2- la relativité restreinte (particule voyageant à la vitesse de la lumière).
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3- La mécanique quantique (Il faut quantifier l'énergie lumineuse).
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1- La photon comme particule ponctuelle (mécanique classique).
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Dans un problème de collisions élastiques de particules il suufit de connaitre l'énergie et la quantité de mouvement, soit E et P. On peut par exemple traiter le problème de la collision d'un photon et d'un électron.
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Maintenant si on écrit explicitement l'énergie et la quantité de mouvement on a:
.
E = p.c et p = h/lambda.
.
Il y a 2 bizareries.

1-En géneral une energie cinétique s'écrit E= 1/2.m.v2
2- la quantité de mouvement fait intervenir la longueur d'onde et une constante h (constante de Plank).
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2- Lois de Maxwell contre loi de Newton
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Il semble raisonnable de dire que dans un repère en mouvement les lois doivent garder la même forme. Si on fait une transformation galilléenne la loi de Newton ne change pas. Par contre çà change pour les lois de maxwell. par contre les lois de Maxwell ne change pas par des transformations dites de lorentz. en fait il a fallu changer les lois de Newton pour avoir une belle cohérence.
.
En final on montre que une particule libre a pour Energie:
.
E2 = m°2.c4 + p2.c2
.
Si la vitesse est petite devant celle de la lumière. On a
.
E = m°.c2 + 1/2.m.v2
.
Un résultat bien sympatique puisque on retrouve le terme d'énergie cinétique classique. Par contre intervient un nouveau terme, le fameux m°.c2 d'Einstein qui dit que la masse c'est de l'énergie (d'où la bombe atomique).
.
Si la vitesse est égale à celle de la lumière alors E=P.c et la masse m° =0.
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C'est donc une question de cohérence d'invariance de lois qui fait que si une particule se déplace à la vitesse de la lumière alors celle-ci a une masse nulle.
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---------------------------------------------------------------------------
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3- Lois de Maxwell et mécanique quantique
.

On vient de démontrer a partir des équations de Maxwell la nécessité d'inventer la relativité restreinte par une pure déduction logique. Une conséquence est qu'il peut exister des particules allant de la vitesse de la lumière.
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Comme la vitesse de phase (et de groupe) de la lumière se déplace.......à la vitesse de la lumière et que la lumière échange de la quantité de mouvement, on a envie d'associer à la lumière une particule de masse nulle.
.
La solution définitive nécessite la Mécanique quantique.
En effet la lumière est un objet classique et doit être quantifiée. On démontre que une onde en mécanique quantique est formellement un oscillateur harmonique. Les etats propres sont tous séparés d'une distance:
..
h/lambda qui est la valeur excate que l'on a utlisée dans la mécanique des chocs.
..
La réalité profonde du photon est qu'il est en soi une différence d'énergie entre 2 états d'oscillateurs harmoniques. On dit que le photon est une excitation élémentaire. Le photon n'est donc pas une particule.
..
Ce n'est donc par une particule telle que le suggére une expérience de physique classique. Ce n'est pas non plus une onde telle que le décrit les équations de Mawwell.
..
On peut démontrer que une onde électromagnétique classique est en fait une superposition linéaire des états propres de l'oscillateur harmonique.
..
On notera au passage que nous avons clairement démontré sur un exemple que en mécanique quantique il n'y a ni ondes ni particules. ceci est donc une alternative à l'expérience des trous d'Young qui prouve également la même chose.
.
En résumé le photon n'est en rien une particule, mais en mécanique classique (relativement à certaines expériences) tout se passe comme si il y avait une particule.

[Floris]

On démontre que une onde en mécanique quantique est formellement un oscillateur harmonique. Les etats propres sont tous séparés d'une distance:
..
h/lambda qui est la valeur excate que l'on a utlisée dans la mécanique des chocs.

Bonjour mariposa, merci beaucoup pour ce message très instructif, j'aime bien quand on pose les choses comme sa. Il y à quelque chose que je ne saisit pas, que veux tu dire par "Les etats propres sont tous séparés d'une distance" ?

Si je te lis bien, tu évoque plus loin la relation de Louis de Broglie n'est pas?

merci à toi.
Mes amitièes.
Floris

[mariposa]

Bonjour mariposa, merci beaucoup pour ce message très instructif, j'aime bien quand on pose les choses comme sa. Il y à quelque chose que je ne saisit pas, que veux tu dire par "Les etats propres sont tous séparés d'une distance" ?

Si je te lis bien, tu évoque plus loin la relation de Louis de Broglie n'est pas?

merci à toi.
Mes amitièes.
Floris

.
Quand en mécanique quantique on cherche a résoudre le problème d'un électron dans un puit de potentiel très spécial, le puit de potentiel parabolique, on trouve que les énergies (cad les etats propres) sont régulièrement espacé).
.
A ce niveau c'est une simple curiosité, un exercice d'école.
.
Quand maintenant on cherche à quantifier le champ électromagnétique classique on trouve un hamiltonien qui est a la même forme que le celui de l'électron dans un puit de potentiel parabolique. Donc on trouve des niveaux régulièrement espacés. Là il ne s'agit pas d'un exercice scolaire mais de quelquechose de fondamentale qui est que:
.
L'objet champ électromagnétique ne peut échanger de l'énergie que de façon discrète. Donc tout se passe comme il existait une particule qui était échangé entre l'onde et le milieu extérieur (cad un émetteur ou un récepteur).
.
Ce que l'on conclue de l'échange d'énergie se dit également de la quantité de mouvement. En effet le champ électromagnétique perd une quantité de mouvement p (exprimée par la relation de De Broglie). cette quantité p peut être considérée comme emportée par la particule fictive que l'on appelle "photon.
.
En bref on peut dire que le photon est une particule fictive (dans le milieu professionnel on dit que c'est une excitation élémentaire) qui represente les échanges d'énergie et de quantité de mouvement entre une onde et la matière.
.
Je te remercie de ta question qui me permet d'affiner ma pédagogie.

[invite85387a78]

Même si je ne comprend toujours pas ce qu'est le "vide", (voir: http://forums.futura-sciences.com/thread62785.html),
je voudrais tout de même demander une question qui me tracasse, même si j'ai un peu peur de ne pas comprend la réponse en son intégralité... ...enfin, ce phénomème m'intrigue trop pour que je n'essaye pas de le comprendre...

J'ai lu que dans la MQ, la lumière est définie comme étant une onde, car, paraît-il, si ça serait une particule, il ne pourrait voyager dans le vide... ...mais pourquoi donc? Les quelques éléments et molécules se trouvant dans l'univers sont considéré qu'ils se promènent bien dans le vide, non?

[deep_turtle]

Si si, la lumière voyage dans le vide. Heureusement d'ailleurs, c'est ce qui nous premet de recevoir la lumière depuis le Soleil !

[Floris]

En fait, pour être plus exact, la lumière n'est ni une onde, ni un corpuscule. C'est un état quantique, qui se comporte parfois comme une onde (dans les phénomènes de diffraction par exemple), et parfois comme une particule (dans l'effet Compton par exemple).

Mais il existe aussi des phénomènes purement quantiques, où la lumière ne se comporte ni comme une onde, ni comme un corpuscule

Tu veux parler de l'intrication par exemple?

[Floris]

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Quand en mécanique quantique on cherche a résoudre le problème d'un électron dans un puit de potentiel très spécial, le puit de potentiel parabolique, on trouve que les énergies (cad les etats propres) sont régulièrement espacé).
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A ce niveau c'est une simple curiosité, un exercice d'école.
.
Quand maintenant on cherche à quantifier le champ électromagnétique classique on trouve un hamiltonien qui est a la même forme que le celui de l'électron dans un puit de potentiel parabolique. Donc on trouve des niveaux régulièrement espacés. Là il ne s'agit pas d'un exercice scolaire mais de quelquechose de fondamentale qui est que:
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L'objet champ électromagnétique ne peut échanger de l'énergie que de façon discrète. Donc tout se passe comme il existait une particule qui était échangé entre l'onde et le milieu extérieur (cad un émetteur ou un récepteur).
.
Ce que l'on conclue de l'échange d'énergie se dit également de la quantité de mouvement. En effet le champ électromagnétique perd une quantité de mouvement p (exprimée par la relation de De Broglie). cette quantité p peut être considérée comme emportée par la particule fictive que l'on appelle "photon.
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En bref on peut dire que le photon est une particule fictive (dans le milieu professionnel on dit que c'est une excitation élémentaire) qui represente les échanges d'énergie et de quantité de mouvement entre une onde et la matière.
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Je te remercie de ta question qui me permet d'affiner ma pédagogie.

merci beaucoup mariposa, merci vraiment beaucoup pour ces explications qui de plus sont très claires.
Bien à toi
Flo

[invite85387a78]

Je me reprend, car après vérification, la lumière ne se comporte pas comme une onde, dans le vide, mais plutôt comme une particule, car les ondes ne peuvent se "déplacer" dans le vide. Dsl...

[Karibou Blanc]

car les ondes ne peuvent se "déplacer" dans le vide

si elles le peuvent ! Penses aux ondes radios qui nous permettent (entre autres) de communiquer avec des satellites situés dans le vide spatial.
Le truc est que ce sont des ondes de champs électriques et magnétiques qui s'entretiennent l'une l'autre au cours de la propagation sans le soutien d'un support matériel.

KB

[jojo17]

d'après ce que j'ai lu sur les différentes réponses, le photon est considéré comme une excitation élémentaire. Peut-on alors dire qu'il est une vibration?