Ah, désolé gatsu, mais, si je fais un schéma simpliste de 2 charges identiques, en y portant les champs électrostatiques sur la ligne qui joint les charges, et par un raisonnement digne d'un lycéenEnvoyé par gatsu
, ils vont se contrarier entre les deux, jusqu'à s'annuler au milieu, et au contraire se renforcer à l'extérieur ; et inversement pour des charges opposées (maximales au milieu, et contrariées à l'extérieur)
J'ai tout faux ?
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
....c'est vrai. Ce raisonnement marche bien pour expliquer le caractère attractif ou repulsif de l'énergie d'interaction mais comme tu l'indiques, mon explication a deux balles en termes de densité de photons ne marche pas et c'est facile de le voir. Merci de l'avoir note.Ah, désolé gatsu, mais, si je fais un schéma simpliste de 2 charges identiques, en y portant les champs électrostatiques sur la ligne qui joint les charges, et par un raisonnement digne d'un lycéen
J'ai tout faux ?
Je sais bien qu'elle se veut une explication premiere et mon point est qu'elle n'y arrive pas du tout car le baggage nécessaire pour que cette historie d'échange de particule puisse servir d'explication va bien au dela du lycée. C'est d'autant plus bizarre que cette interpretation depend de la jauge choisie; cela ne me gene pas en soit mais je ne comprends pas comment elle peut être choisie comme explication la plus simple.
Le problème c'est que cette histoire d'échange de particules n'explique rien lorsque balance tel que; il n'y a pas de raisonnement associé qui permette de tirer de conclusion sur le type d'interaction/force qui va surgir de ces échanges (pas meme le caractère attractif ou répulsif). D'ailleurs, il n'est meme pas precise ce que "échange" veut dire....
De la meme maniere, il n'est meme pas expliqué ce que attractif ou répulsif veut dire dans ce contexte et aucun lien n'est fait ou ne peut être facilement fait avec les definitions plus classiques de ces caractères vus au lycée (et toujours valides meme en théorie quantique des champs) qu'une force s'applique dans la direction qui tend a faire diminuer l'énergie (potentielle) d'interaction.
Si les eleves (et moi meme d'ailleurs) en viennent a s'interesser a l'énergie du systeme, de quelle énergie parle-t-on lorsqu'on a que des particules (dont la plupart sont affublées de l'adjectif "virtuel").
Que dire du fait que l'interpretation en termes de particules est jauge-dépendant et disparait complètement en jauge de Coulomb ?
Note que je ne cherche pas a dire qu'il n'est pas possible de faire sens d'une description premiere uniquement faite de particules, mais je suis surpris que ce soit la description la plupart du temps choisie pour expliquer au public comment cela marche (alors qu'aucune logique n'est fournie avec cette explication).
les lagrangiens de la TQC se ressemblent tous et ce n'est pas pour rien que la plupart du temps on commence par les photons qui concernent le champ de deformation élastique dans un solide et les modes correspondant. Si on prend une membrane on voit facilement que l'énergie est donnée par des termes associes a la courbure de cette dernière. Pour l'électromagnétisme, le fait que la densité d'énergie électrostatique soit proportionnelle au champ électrique au carre relie a nouveau l'idée de deformation du champ de potentiel (quantifie par son gradient qui est le champ E) et l'énergie du système. Par ailleurs, dans les théories de jauge, il est assez frequent de re-interpreter l'apparition du champ EM comme interagissant avec des particules chargées comme un changement de connexion sur la variété espace-temps (la métrique étant elle meme inchangée) de telle sorte que le lagrangien de la particule chargée peut toujours s'exprimer comme dans le cas de particules libres mais avec des dérivées covariantes. Du coup, je suis assez sur que l'énergie du champ EM associe peut s'exprimer en terme de la courbure de cette connexion.
L'avantage de ce type de description est que ca parle a tout le monde car tout le monde a deja déformé une nappe ou une corde tendue dans sa vie et que l'on peut faire le lien logique deformation = travail = cout en énergie (lorsque la théorie est linéaire en tout cas).
Bonjour,
dans le post initial de ce fil il y a deux questions et il me semble important de ne pas les mélanger. La première concerne l'intérêt de décrire les interactions en termes d'échange de particules à un niveau lycée et la deuxième concerne les possibles "explications" du fait que deux charges électriques de même signe se repoussent.
Pour la première question, je ne vois pas de problème à la description des interactions fondamentales en termes d'échange de particules. C'est "moralement" correct et cela me semble suffisant puisque au niveau qu'on considère (fin du lycée) il ne s'agit essentiellement que de vulgarisation. Entre l'intuition naïve (classique) de ce qu'est une particule et la description mathématiquement correcte des interactions de particules quantiques relativistes, il y a un monde et donc la vulgarisation sera nécessairement en partie fausse, ou mieux imprécise, mais ce n'est pas une raison suffisante pour y renoncer. Au vu du programme des A-levels mis en lien dans le premier post, l'accent est mis sur la "numérologie" des particules élémentaires et tracer des diagrammes permettant de suivre les nombres quantiques me semble extrêmement utile tout simplement pour se familiariser avec la notion fondamentale de conservation de certaines quantités durant les interactions et ce sans se soucier du caractère "réaliste" de ces diagrammes. Une objection avec laquelle je serai d'accord est l'emploi de l'adjectif "virtuel" pour les particules intermédiaires puisque en un sens c'est un "détail technique" qui n'ajoute que de la confusion si on ne l'explique pas et en fait dépend du cadre technique dans lequel on se place.
A ce niveau, il n'est bien sûr pas proposé d'utiliser cette description par "échange de particules" pour décrire des propriétés non-triviales des interactions puisque pour ce faire il faudrait passer du niveau vulgarisation à un traitement mathématique précis. De manière similaire, dire "les interactions sont instantanées" ou "les interactions se font par l'intermédiaire de champs" ne permet la dérivation d'aucun résultat non-trivial tant qu'on a pas été plus précis et expliqué le formalisme dans lequel on se place. C'est pourquoi la deuxième question sur la répulsion des charges identiques me semble très différente de la première. A un niveau scolaire élémentaire, je dirais c'est un fait expérimental et plus généralement de nombreux faits expérimentaux sont bien approchés par la loi de Coulomb. Mais si la question est réellement une question de physique fondamentale, et non de vulgarisation, alors la réponse doit se faire en termes de ce qui est considéré comme le plus fondamental et ce qui est actuellement le plus fondamental pour cette question est la théorie quantique des champs et je ne vois rien de mal à ce que la réponse soit: calcule un diagramme de Feynman. Bien sûr le problème des réponses "élaborées" est de savoir si elles ne sont pas circulaires et ce qu'on suppose au début. Un énoncé correct non-trivial est le suivant: dans un cadre quantique relativiste, l'interaction induite par échange d'une particule sans masse de spin 1 se réduit à grandes distances dans la limite de faibles vitesses à la loi de Coulomb et en particulier est répulsive pour des particules de même charge. De même l'interaction induite par échange d'une particule sans masse de spin 2 se réduit à grandes distances dans la limite de faibles vitesses à la loi de Newton et en particulier est attractive (dans ce cas le résultat dit que la quantité à laquelle la particule de spin 2 est couplée est nécessairement le tenseur énergie-impulsion et donc la masse dans la limite non-relativiste).
Si ce n'était pas clair dans mes interventions précédentes: je partage cette manière de voir.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
J'ai l'impression qu'une partie de la "discussion" peut s'interpréter comme une application particulière de la question plus générale de la vulgarisation. Or on peut voir dans d'autres fils qu'il y a des opinions assez diverses sur le sujet.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
Il y a une raison très precise pour laquelle je les melange naturellement : quand j'étais au lycée et avant que la popularité de la description en termes de particules ne grimpe en fleche on disait simplement que deux charges interagissaient avec l'interaction de Coulomb point final.
La description se faisait dans l'existence d'une force entre deux charges et les proprietes de la force en question étaient encapsulees dans une formule simple qui est la formule de Coulomb. L'existence d'une force a ce niveau au lycée a un sens très précis qui est "permet de changer l'état de mouvement d'un objet".
C'est la raison pour laquelle, quand on s'interroge sur ces questions, il faut se demander en quoi la nouvelle description ou explication est mieux que la précédente d'un point de vu explicatif, pédagogique et quantitatif (pour le niveau du public considéré).
Dire que les particules échangent des photons a autant de sens ou d'utilité au niveau ou c'est fait au lycée que dire "elles s'échangent des sextos et si elles sont de charge opposees elles s'attirent et dans le cas contraire elles se repoussent"; c'est pour ca que je considère que cela n'explique rien du tout; on remplace une inconnue par une autre encore plus obscure et les élèves doivent faire comme si cela coulait de source que tout ce qu'ils observent découle de ces echanges.
mouai mais je ne suis pas sur qu'introduire la zoologie des particules élémentaires implique nécessairement l'utilisation des diagrammes de Feynman et l'interpretation physique qui leur est parfois attribuée (et qui fut débattue pendant des plombes entre Feynman et Dyson par exemple). Je peux très bien m'intéresser a l'effet Compton dans lequel des electrons et des photons interviennent sans trop me demander qui véhicule quoi.Pour la première question, je ne vois pas de problème à la description des interactions fondamentales en termes d'échange de particules. C'est "moralement" correct et cela me semble suffisant puisque au niveau qu'on considère (fin du lycée) il ne s'agit essentiellement que de vulgarisation. Entre l'intuition naïve (classique) de ce qu'est une particule et la description mathématiquement correcte des interactions de particules quantiques relativistes, il y a un monde et donc la vulgarisation sera nécessairement en partie fausse, ou mieux imprécise, mais ce n'est pas une raison suffisante pour y renoncer. Au vu du programme des A-levels mis en lien dans le premier post, l'accent est mis sur la "numérologie" des particules élémentaires et tracer des diagrammes permettant de suivre les nombres quantiques me semble extrêmement utile tout simplement pour se familiariser avec la notion fondamentale de conservation de certaines quantités durant les interactions et ce sans se soucier du caractère "réaliste" de ces diagrammes. Une objection avec laquelle je serai d'accord est l'emploi de l'adjectif "virtuel" pour les particules intermédiaires puisque en un sens c'est un "détail technique" qui n'ajoute que de la confusion si on ne l'explique pas et en fait dépend du cadre technique dans lequel on se place.
Je comprends pourquoi tu cherches a faire cette scission entre les deux questions mais je ne pense pas les élèves suffisamment stupides pour ne pas se demander comment des echanges de photons induisent une attraction; c'est la question la plus posée des que l'on explique les interactions entre charges de cette manière (il me semble que Baez avait écrit quelque chose de pas mal sur le sujet a un moment donne).C'est pourquoi la deuxième question sur la répulsion des charges identiques me semble très différente de la première.
Je pense qu'il y a un problème de fond dans ce que tu dis : primo tu assimiles physique fondamentale et physique des particules élémentaires : observer que des boules chargées se repoussent ou s'attirent a notre échelle est tout aussi fondamental que faire la meme manip de manière détournée en balançant deux electrons l'un sur l'autre a une vitesse proche de la lumière. Quoiqu'on observe dans la deuxième experience, il est fondamental que les lois qui vont en découler collent avec les experiences faites dans ma cuisine.A un niveau scolaire élémentaire, je dirais c'est un fait expérimental et plus généralement de nombreux faits expérimentaux sont bien approchés par la loi de Coulomb. Mais si la question est réellement une question de physique fondamentale, et non de vulgarisation, alors la réponse doit se faire en termes de ce qui est considéré comme le plus fondamental et ce qui est actuellement le plus fondamental pour cette question est la théorie quantique des champs et je ne vois rien de mal à ce que la réponse soit: calcule un diagramme de Feynman.
Deuxio, je suis tout a fait d'accord pour dire que le cadre théorique qu'il faut utiliser de manière precise est celui de la théorie quantique des champs : cela n'implique ni que je doive calculer des diagrammes de Feynman (qui apparaissent via l'utilisation de la théorie des perturbations), ni que l'interaction de Coulomb soit approchée; le caractère approché de l'interaction de Coulomb depend en fait de la manière dont on souhaite la définir et comme je l'ai dit dans mon premier message je connais deux de ces manières : 1) relier la section efficace de collision entre deux charges a un potentiel "classique" et 2) chercher l'energie de l'état fondamental de deux charges ponctuelles a une distance fixe. Dans le premier cas, on trouve des corrections quantiques a l'interaction de Coulomb alors que dans le deuxième cas la formule de Coulomb est exacte. La difference entre les deux méthodes est que l'une est plus adaptée a la physique des hautes energies et que l'autre est plus adaptée a la physique des basses energies ou on s'intéresse encore a trouver des états lies par interaction de Coulomb par exemple (physique atomique, physique du solide etc...); cela est encore plus claire avec la QED en jauge de Coulomb qui donne directement l'interaction de Coulomb dans le hamiltonien sans faire intervenir aucun photon virtuel.
non comme je l'ai dit, il existe une definition (extrêmement bien presentee dans le livre Photons et Atomes de Cohen Tannoudji) meme en QED et en jauge explicitement covariante qui conduit de manière exacte a l'interaction de Coulomb (qui est instantanée d'ailleurs et dont l'instantanéité pour des particules en mouvement meme relativiste est contrebalancée par d'autres termes correspondant a des interactions directes avec les photons transverses). Donc meme si on devait dire que Coulomb est approchée, il faudrait d'abord preciser comment on définit l'interaction sous peine de raconter des bêtises.Bien sûr le problème des réponses "élaborées" est de savoir si elles ne sont pas circulaires et ce qu'on suppose au début. Un énoncé correct non-trivial est le suivant: dans un cadre quantique relativiste, l'interaction induite par échange d'une particule sans masse de spin 1 se réduit à grandes distances dans la limite de faibles vitesses à la loi de Coulomb et en particulier est répulsive pour des particules de même charge.
Coulomb est bien évidemment approchée puisque instantanée...
Pareil que la loi de Newton pour la gravitation.
c'est la ou on essaie de m'emmener c'est vrai mais il me semble que la je parle soit de cours au lycée, soit de réponses a des étudiants sur le sujet sur des forums specialises ou il est apparemment une bonne réponse de dire "c'est un échange de particules virtuelles, regarde dans le Zee il suffit de calculer les premiers diagrammes de Feynman de la matrice S et on retrouve Coulomb de manière approchée". Du cout je ne mets pas ca directement dans la vulgarisation.
Autant apprendre qu'il n'y a pas que les electrons et les protons dans la vie me semble "important" (c'est tout relatif mais bon), autant expliquer les interactions (quoique cela veuille dire...genre pour l'interaction faible bon courage !) par des échanges de particules magiques que l'on aurait aussi bien pu appeler "textos", "nounous verts" etc... a ce niveau de description, je trouve que ca ne sert a rien ET que cela apporte de la confusion dans l'acquisition des connaissances.
C'est a comparer a nouveau avec la simple loi de Coulomb que l'on nous enseignait au lycée. Notons que meme si ils ont appris la loi de Coulomb, cela n'est pas mieux je pense car cela apporte encore plus de confusion qu'autre chose sur l'apprehension que les élèves peuvent avoir d'une meme chose i.e. l'interaction entre deux particules chargées.
En ce qui concerne le grand public je ne sais pas ce qu'il convient de leur vendre comme histoire...je note cependant qu'avec toute le matraquage sur le boson de Higgs, beaucoup de gens du grand public se sont focalises sur le boson sans apprendre que ce qui était important était le mécanisme de Higgs qui est le mécanisme qui explique comment les particules élémentaires acquièrent une masse (et qui fait intervenir le champ de Higgs non pas le boson) et les chercheurs interviewes sont toujours dans la panade pour expliquer comment expliquer simplement la masse avec le boson de Higgs (ca s'explique probablement avec une somme infinie de bosons de Higgs mais du coup le caractère explicatif simple par en sucette).
Ensuite va faire comprendre aux gens pourquoi les masses ne sont pas des échanges de bosons de Higgs; c'est aussi une autre histoireet je ne suis pas sur que leur dire "le Higgs n'est pas un boson de jauge" soit satisfaisant. Du coup, le concept meme de ce que les gens des particules appellent "interactions" semble extrêmement biaise par "appartient a la classe des champs de jauge" i.e. par la théorie et non par l'experience. La question est alors, est ce réellement important de faire rentrer de telle préjugés dans la tete d'élèves de lycée ? Ma réponse est non
oui oui va relire le Cohen sur la QED --- pages 124 et 423 par exemple --- (que tu dois avoir dans ton labo) et tu pourras me le redire a ce moment la.
Par ailleurs, essaie de lire ce que j'écris et corrige moi uniquement après avoir lu (par exemple je n'ai jamais dit que l'interaction de Coulomb seule était suffisante pour décrire l'interaction entre des particules en mouvement, elle apparait en revanche naturellement comme contribution, instantanée, provenant des modes longitudinaux du champs EM).
pour en remettre une couche, sur l'échange de particules, voici un autre extrait du document Normalesup :http://www.diffusion.ens.fr/vip/pageA04.html
Les progrès de la mécanique quantique permettent à Hideki Yukawa d'élaborer en 1935 la première théorie de l'interaction forte : elle serait due à l'échange de particules appelées mésons entre deux nucléons, à la manière de deux joueurs de tennis s'échangeant une balle.
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
oui et voila l'une des manières les plus simples que j'ai jamais lu sur ces joueurs de tennis qui s'échangent une balle (je dois dire que ce cours est vraiment excellent) mais des choses restent a faire du point de vue de la formalisation de la logique (qui melange ici aussi champs et particules) pour en faire quelque chose d'explicatif pour des lycéens ou meme des étudiants a la fac a un niveau licence. Une des difficultés majeures me semble être le sens (physique) de la matrice de transfert T qui n'est pas commune pour des personnes qui n'ont jamais fait de théorie des collisions en mécanique quantique et qui illustre cette "main mise" des gens de la physique des particules sur un cadre théorique qui n'est pas que le leur.
Pour parler d'attraction et de repulsion, je pense qu'il faut simplement se focaliser sur certains elements de la matrice T et a ce stade on s'en moque alors de "retrouver Coulomb" car le sens de ce terme de Coulomb ne sera pas le meme que le Coulomb historique.
Je comprends le point.
Mais l'examen du document #1 montre que le cours au lycée en question est de la pure vulgarisation sur quelques sujets, dont, sans doute aucun, celui discuté dans ce fil.
La frontière devient floue. De tous temps une partie du cursus scolaire a été de la vulgarisation. Mais en physique cela n'allait pas jusqu'au lycée. Maintenant, si, et on ne peut plus se permettre d'opposer vulgarisation et cours au lycée. Faut au moins "cours en L1" (?)...
Dernière modification par Amanuensis ; 29/06/2015 à 13h25.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
ca ne me derange pas d'appeler cela vulgarisation si ce n'est pas pour faire botter en touche ma question car "elle depend des points de vue" ou "c'est pas grave c'est que de la vulgarisation".
Je n'ai juste pas envie de me faire rétorquer que la vulgarisation n'implique pas de logique ni de réelle explication que des élèves ou un public peut faire siennes et éventuellement les appliquer a d'autres cas pour voir si ils ont compris.
Maintenant, si on est d'accord que dans le pire des cas je parle de vulgarisation "utile" alors le terme ne me gene pas.
Désolé, je n'ai pas réussi à exprimer correctement le point.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
oui ... j'ai connu plus accessible
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
