Comment interpréter la nature des objets en physique ?

[invite54165721]

ce n'est pas facile de penser qu'on a un champ avec un nombre d'occupation égal a deux plutot que de se dire qu'on a deux particules.
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[Amanuensis]

ce n'est pas facile de penser qu'on a un champ avec un nombre d'occupation égal a deux plutot que de se dire qu'on a deux particules.

Peut-être plus simple de penser qu'on a un champ de charge -2 ?

(La notion d'occupation n'est pas nécessaire, ni même utile.)

[andretou]

Simple : l'électron ne tourne pas autour du proton.

Cela signifie-t-il qu'il faut renoncer à l'idée de mouvement de l'électron autour du proton ? Mais on a déjà renoncé à l'idée que l'électron a une position fixe !...

[Deedee81]

ce n'est pas facile de penser qu'on a un champ avec un nombre d'occupation égal a deux plutot que de se dire qu'on a deux particules.

Je n'ai pas bien compris ce que tu veux dire. Tu veux parler d'un état de Fock à "deux photons" par exemple ? (ou deux électrons)
Pour moi, ça ne pose pas de soucis, du moment qu'on n'abuse pas du mot "particule". Et comme le dit Amanuensis ci-dessus, il y a des grandeurs physiques objectives quantifiées qui règlent le problème.

[mach3]

Cela signifie-t-il qu'il faut renoncer à l'idée de mouvement de l'électron autour du proton ? Mais on a déjà renoncé à l'idée que l'électron a une position fixe !...

il faut renoncer à tout ce qui à trait à la trajectoire : position, vitesse, etc. Ce n'est pas applicable à l'électron lié. C'est équivalent à vouloir parler de la position et la vitesse d'une onde stationnaire (décomposable en deux ondes de même intensité et fréquence mais ayant des vitesses opposées) : elle est partout et n'a pas de vitesse.

m@ch3

[Deedee81]

Cela signifie-t-il qu'il faut renoncer à l'idée de mouvement de l'électron autour du proton ? Mais on a déjà renoncé à l'idée que l'électron a une position fixe !...

Hé oui (la notion de position ou de mouvement existe encore (*), mais c'est beaucoup plus compliqué au niveau quantique, tout bêtement).

(*) Un exemple où c'est très parlant.
Si l'électron est plutôt bien localisé, il forme alors un petit paquet d'ondes, et s'il n'est pas éjecté, sa fonction d'onde va rapidement (fraction infime d'une seconde) s'étaler tout autour du noyau.
Mais pour des états extrêmement excités, l'électron peut être très éloignés de son noyau, on parle d'états de Rydberg, alors le paquet d'ondes peut se maintenir longtemps.
Il n'est alors pas abusif de parler d'un "électron tournant autour du noyau". Mieux, il va rayonner en tombant d'orbitale en orbitale en s'approchant du noyau et le rayonnement est (à très peu de chose près) celui donné par un corpuscule chargé et la théorie de Maxwell et tombant en spirale vers le noyau.

[coussin]

Cela signifie-t-il qu'il faut renoncer à l'idée de mouvement de l'électron autour du proton ? Mais on a déjà renoncé à l'idée que l'électron a une position fixe !...

Bien entendu.
Et ce n'est pas une surprise : la dynamique de cet électron est régie par l'équation de Schrödinger, pas l'équation de Newton.

[andretou]

il faut renoncer à tout ce qui à trait à la trajectoire : position, vitesse, etc. Ce n'est pas applicable à l'électron lié. C'est équivalent à vouloir parler de la position et la vitesse d'une onde stationnaire (décomposable en deux ondes de même intensité et fréquence mais ayant des vitesses opposées) : elle est partout et n'a pas de vitesse.

m@ch3

Ta description me fait penser à l'expérience des fentes de Young (dans laquelle on ne peut pas attribuer de trajectoire à l'électron).
L'état de l'électron dans l'expérience des fentes de Young et l'état de l'électron lié sont-ils les mêmes ? Sinon quelle est la différence ?

[Deedee81]

Ta description me fait penser à l'expérience des fentes de Young (dans laquelle on ne peut pas attribuer de trajectoire à l'électron).
L'état de l'électron dans l'expérience des fentes de Young et l'état de l'électron lié sont-ils les mêmes ? Sinon quelle est la différence ?

C'est du même genre, mais l'état est différent.

Dans l'atome, l'électron reste confiné dans une zone autour du noyau (état lié)
Dans Young, l'électron se propage partout (état libre).

C'est la même différence qu'entre une onde stationnaire et une onde progressive en physique classique.

[andretou]

Et qu'en est-il de la masse de l'électron dans son état lié ? Le nuage électronique a-t-il une masse ? Ou la masse de l'électron est-elle entièrement convertie en énergie de liaison avec le proton ?

[mach3]

Ta description me fait penser à l'expérience des fentes de Young (dans laquelle on ne peut pas attribuer de trajectoire à l'électron).
L'état de l'électron dans l'expérience des fentes de Young et l'état de l'électron lié sont-ils les mêmes ? Sinon quelle est la différence ?

Ce n'est pas tout à fait la même chose, mais il y a un lien, c'est le comportement ondulatoire : une onde n'a pas de position ni de longueur d'onde bien précises (donc, dans le cas d'une particule, de quantité de mouvement précise, via de Broglie), ou alors si l'un est très précis l'autre est totalement imprécis, exemples extrêmes :
-une sinusoïde continue, longueur d'onde parfaitement connue mais position partout
-un dirac, position parfaitement connue, mais toutes les longueurs d'onde en même temps.

Pour un électron libre non contraint on peut parfois parler de trajectoire (par exemple les électrons dans les canons à électron des vieilles télés ou des vieux oscilloscopes analogiques on un comportement conforme à la mécanique classique compte-tenu de la précision qu'on en attend).

Dans le cas du passage par une fente, on perd le caractère "classique" sur une dimension : si on se limite à décrire se qui se passe dans un plan parallèle à la fente, on peut encore parler de trajectoire (toujours avec une précision limitée), mais dans la direction orthogonale à la fente et à la direction de propagation, on perd cette capacité de description et ce d'autant plus que la largeur de fente est petite par rapport à la longueur d'onde de l'électron. L'onde est diffractée perpendiculairement à la fente.

Dans le cas du passage par un trou, le caractère est perdu sur deux dimensions, il n'y a que sur l'axe de propagation qu'on peut encore parler de position et de vitesse (toujours avec une précision limitée).

Vu sous l'angle de l'inégalité de Heisenberg, à chaque fois la position de l'électron suivant un ou deux axes a été contrainte (rendue précise) et donc sa quantité de mouvement suivant ce ou ces axes est devenue indéterminée.

Pour un électron lié on est dans un cas où la contrainte est sur les 3 dimensions de l'espace (l'électron est maintenu dans un petit volume) et si cette contrainte est très forte (niveau d'énergie très bas, en contraste avec les atomes de Rydberg cités par deedee où justement la contrainte n'est plus très forte), alors on perds toute notion de position et de vitesse, peu importe la direction.

m@ch3

[mach3]

Et qu'en est-il de la masse de l'électron dans son état lié ? Le nuage électronique a-t-il une masse ? Ou la masse de l'électron est-elle entièrement convertie en énergie de liaison avec le proton ?

La masse de l'électron c'est la masse de l'électron, ça ça ne bouge pas.

Par ailleurs l'atome possède une masse légèrement inférieure à celle du noyau + celle des électrons, car le champ électromagnétique contribue négativement à la masse.

m@ch3

[Deedee81]

EDIT croisement avec mach3

Le nuage électronique a-t-il une masse ?

Je n'aime pas trop cette expression, mais c'est en tout cas mieux que l'autre proposition.
Ca donne l'impression que c'est comme un nuage classique avec une certaine densité en chaque point. Mais ça c'est faux.

Tout ce qu'on peut dire c'est que l'état de l'électron, qui correspond à la fonction d'onde, à ce "nuage", a un certain nombre de propriétés dont la charge et la masse.

Quelqu'un d'autre ici arrivera peut-être à le dire de manière plus claire.

[Amanuensis]

Le nuage électronique a-t-il une masse ?

Oui.

Dans le référentiel relativement auquel l'atome est immobile, il a une énergie non nulle et une quantité de mouvement nulle. Il a donc comme masse 1/c² fois son énergie.

Maintenant, pour la valeur de l'énergie, j'imagine qu'il faut travailler avec la QFT, cadre dans lequel est modélisé le champ électronique.

[andretou]

Je n'aime pas trop cette expression, mais c'est en tout cas mieux que l'autre proposition.
Ca donne l'impression que c'est comme un nuage classique avec une certaine densité en chaque point. Mais ça c'est faux.

Comment alors décrire au mieux l'électron quand il est dans un état lié ? La difficulté est d'exprimer sa présence avec ses propriétés (notamment masse et charge) sans suggérer de localisation ni de matérialité. Un "ectoplasme électronique" peut-être (ce terme existe en biologie !) ?...
Au demeurant, comment concilier la non-localité de l'électron lié avec l'existence de cette charge élémentaire, une et indivisible, laquelle ne peut donc être a priori que ponctuelle (contrairement à sa masse qui peut être répartie et redistribuée) ?

[mach3]

Comment alors décrire au mieux l'électron quand il est dans un état lié ?

avec sa fonction d'onde, tout simplement (et ça marche qu'il soit lié ou pas). Il n'y a pas mieux et il n'y a de toutes façons pas besoin de plus.

m@ch3

[andretou]

avec sa fonction d'onde, tout simplement (et ça marche qu'il soit lié ou pas). Il n'y a pas mieux et il n'y a de toutes façons pas besoin de plus.

m@ch3

La mécanique quantique est sans aucun doute le meilleur modèle mathématique qui soit pour rendre compte des phénomènes quantiques et établir des prédictions utiles et précises, cela n'est pas contestable.
Mais de mon point de vue on ne peut pas se contenter du formalisme quantique pour comprendre la réalité ultime des choses ! Pour ma part, je refuse de croire que la mécanique quantique serait elle-même l'explication de cette réalité, ce serait confondre les plans d'un édifice avec l'édifice lui-même (quand bien même les plans seraient parfaitement justes !).
Si un chimiste déclarait que "la flamme est un phénomène que l'on n'a pas besoin de comprendre puisque, avec ou sans flamme, les équations chimiques sont parfaitement équilibrées et rendent comptent de la réaction de combustion", il aurait certainement raison. Mais à mon avis il passerait à côté de quelque chose !

[shub22]

Est-ce que de façon latente ou non formulée de façon explicite cette discussion n'évoquerait pas un procédé platonicien ou neo-platonicien de justification du réel ?
Est-ce qu'une chose peut exister avant d'avoir été créée ? Oui répond Platon elle existe ou préexiste sous forme d'essence.
Plutôt qu'une approche ontologique ou ontique si on fait référence à Heidegger, on pourrait préférer l'approche ou une approche relationnelle.
Est-ce que tout le "réel" ou tout ce qui "existe" n'est pas qu'une affaire de relation ? Est ce que l'observable existe avant d'être observé ?
Ce dernier raisonnement -ou position plutôt- serait peut-être une forme de justification du positivisme auquel Heisenberg croyait.

Si j'ai bien compris sa position, la question de savoir si l'objet existe ou non avant qu'on l'ait mesuré n'a pas de sens: et donc ne mérite pas d'être posée.
Est-ce que la vaguelette existe avant qu'on ait jeté le caillou dans la rivière ? Ça reviendrait à ça

[mach3]

Shub22, On évite de deriver vers l'ammoscaphèsophie, merci. mach3, pour la modération

[albanxiii]

Mais de mon point de vue on ne peut pas se contenter du formalisme quantique pour comprendre la réalité ultime des choses !

C'est assez gonflé de dire cela à propos de quelque chose que vous ignorez totalement (le formalisme quantique, et la physique en général).

Je laisse les autres continuer à perdre leur temps avec vous.

[Deedee81]

Salut,

La mécanique quantique est sans aucun doute le meilleur modèle mathématique qui soit pour rendre compte des phénomènes quantiques et établir des prédictions utiles et précises, cela n'est pas contestable.
Mais de mon point de vue on ne peut pas se contenter du formalisme quantique pour comprendre la réalité ultime des choses ! Pour ma part, je refuse de croire que la mécanique quantique serait elle-même l'explication de cette réalité, ce serait confondre les plans d'un édifice avec l'édifice lui-même (quand bien même les plans seraient parfaitement justes !).

Andretou, il n'y a que deux manières de comprendre le monde :
- pas des raisonnements
- par des informations issues de l'expérience/observation
Le reste c'est du vent (et je suis gentil).

Et il se fait que le formalisme quantique et les modèles associés sont la meilleure synthèse connue de ces deux points dans le domaine des particules et consort.
Comme je l'ai dit dans un livre : le débat sur "la fonction d'onde est-elle réelle ou juste un outil encodant les connaissances sur l'objet physique" est un faux débat car la fonction d'onde, c'est quoi : ben comme son nom l'indique, une fonction mathématique, associée à un lien aux données expérimentales, c'est-à-dire un modèle du monde. Comme tout en science (et pas seulement en physique). Et pour ce qu'on en sait, c'est le meilleur modèle actuel (et difficile de discuter de ce qu'on ne sait pas.... ce ne serait même pas hors charte, juste stupide). Ni plus, ni moins (et tout autre débat sur la réalité de la fonction d'onde est de la masturbation de mouches).

Comment peux-tu dire que "de ton point de vue on ne peut pas s'en contenter"..... alors que tu le connais pas. C'est comme si je disais "ce dictionnaire n'est pas suffisant" sans même savoir ce qu'il y a dedans. Apprend le formalisme (au moins, pour les bases, c'est pas si difficile. C'est surtout les calculs qui sont ardus, mais dans une première étape on peut s'en passer) et tu verras à quel point cela te donne un éclairage profond sur la nature physique des "choses". Seulement après tu pourras te poser la question "bon, maintenant, comment aller au-delà". On apprend à marcher avant de vouloir finir premier au marathon de New-York (pour les valides of course ).

Ton exemple de la chimie est mal venu car, oui, le chimiste (et le thermicien pour le coup) vont bien au delà de juste une équation équilibrée. Mais c'est aussi ce qu'on fait en physique. Simplement tu l'ignores parce que tu n'a jamais lu un vrai livre (pas de la vulgarisation) de MQ.

[Amanuensis]

Si j'ai bien compris sa position, la question de savoir si l'objet existe ou non avant qu'on l'ait mesuré n'a pas de sens

Non, ce n'est pas cela qu'il faut comprendre. Il ne s'agit pas de l'objet, mais de l'attribut mesuré.

On peut comparer cela à un référendum: on ne connaît pas le résultat du vote avant d'avoir dépouillé les bulletins, on ne peut que faire des estimations probabilistes (et on ne s'en prive pas). Comprendre que les votants n'existent pas serait un peu absurde, non?

(L'analogie n'est aussi bizarre qu'il pourrait paraître: l'opinion d'une personne n'est pas binaire ("quantifiée"), or répondre à un référendum force la réponse à être binaire.)

[andretou]

Salut,



Andretou, il n'y a que deux manières de comprendre le monde :
- pas des raisonnements
- par des informations issues de l'expérience/observation
Le reste c'est du vent (et je suis gentil).

Et il se fait que le formalisme quantique et les modèles associés sont la meilleure synthèse connue de ces deux points dans le domaine des particules et consort.
Comme je l'ai dit dans un livre : le débat sur "la fonction d'onde est-elle réelle ou juste un outil encodant les connaissances sur l'objet physique" est un faux débat car la fonction d'onde, c'est quoi : ben comme son nom l'indique, une fonction mathématique, associée à un lien aux données expérimentales, c'est-à-dire un modèle du monde. Comme tout en science (et pas seulement en physique). Et pour ce qu'on en sait, c'est le meilleur modèle actuel (et difficile de discuter de ce qu'on ne sait pas.... ce ne serait même pas hors charte, juste stupide). Ni plus, ni moins (et tout autre débat sur la réalité de la fonction d'onde est de la masturbation de mouches).

Comment peux-tu dire que "de ton point de vue on ne peut pas s'en contenter"..... alors que tu le connais pas. C'est comme si je disais "ce dictionnaire n'est pas suffisant" sans même savoir ce qu'il y a dedans. Apprend le formalisme (au moins, pour les bases, c'est pas si difficile. C'est surtout les calculs qui sont ardus, mais dans une première étape on peut s'en passer) et tu verras à quel point cela te donne un éclairage profond sur la nature physique des "choses". Seulement après tu pourras te poser la question "bon, maintenant, comment aller au-delà". On apprend à marcher avant de vouloir finir premier au marathon de New-York (pour les valides of course ).

Ton exemple de la chimie est mal venu car, oui, le chimiste (et le thermicien pour le coup) vont bien au delà de juste une équation équilibrée. Mais c'est aussi ce qu'on fait en physique. Simplement tu l'ignores parce que tu n'a jamais lu un vrai livre (pas de la vulgarisation) de MQ.

Tu as sans doute raison, et du coup c'est décidé, 2019 sera pour moi l'année de la mécanique quantique !
En attendant, il n'en demeure pas moins que ma question reste en souffrance...

Au demeurant, comment concilier la non-localité de l'électron lié avec l'existence de cette charge élémentaire, une et indivisible, laquelle ne peut donc être a priori que ponctuelle (contrairement à sa masse qui peut être répartie et redistribuée) ?

[Deedee81]

En attendant, il n'en demeure pas moins que ma question reste en souffrance...

En fait, là, charge et masse même combat.
Mais on ne peut pas considérer (je le disais plus haut) l'électron comme un nuage (ou une onde) classique dont la masse ou la charge serait répartie.
Schrödinger avait interprété initialement la fonction d'onde comme ça (comme un fluide). Et ça c'est avéré faux.

De même dire "la masse ou la charge ou l'électron sont à un endroit précis mais inconnu donné par la probabilité |psi|²" n'est pas non plus suffisant car :
- la fonction d'onde ce n'est pas que l'amplitude, il y a une phase et c'est crucial (interférences)
- cette "incertitude" n'est pas un problème de connaissance, c'est intrinsèque (et d'ailleurs pour marier avec les probabilités classiques on a créé la matrice densité, un objet bien spécifique)
- cette probabilité ne se manifeste qu'à travers les mesures classiques qui n'ont pas besoin d'être réalisée pour que les effets de la charge se manifestent (par exemple dans les solutions des états des électrons dans un atome)

C'est donc difficile à vulgariser car foncièrement non classique (et toute vulgarisation passe à un moment ou un autre par un appel à des concepts classiques, les seuls que "l'humain dans la vie courante" peut connaitre au départ).
C'est aussi pour ça que je préfère l'interprétation des états relatifs (à par exemple Copenhague) car cela évite cet écueil mais cette interprétation est là aussi difficile à vulgariser, pour la même raison.
Mon habituel "un électron est une onde mais pas classique" est un raccourcit un peut facile (car il ne peut être compris qu'avec beaucoup d'explications en plus).
Et là, le formalisme est par contre puissant pour comprendre. Et je comprend que pour le profane ça puisse être troublant/frustrant au possible.

[invite54165721]

@Andretou
Pourquoi une entité une et indivisible se devrait elle d'etre ponctuelle? je ne vois pas le rapport.

[invite54165721]

et il n'y a pas forcément une différence a ce niveau entre masse et charge élémentaire
prends le tableau de particules élémentaires et trie les par masse croissantes. on doit en trouver une avec une masse non nulle qui est la plus petite. sa masse n'est pas divisible non plus.

[Deedee81]

Salut,

Pourquoi une entité une et indivisible se devrait elle d'etre ponctuelle? je ne vois pas le rapport.

Tu as raison, ce n'est pas une obligation (le fait est que c'est le cas, mais ça c'est juste un constat )

[andretou]

@Andretou
Pourquoi une entité une et indivisible se devrait elle d'etre ponctuelle? je ne vois pas le rapport.

Si une entité n'est pas ponctuelle, alors elle a nécessairement des dimensions (une longueur, une surface, un volume, un diamètre...), et du coup on pourrait théoriquement la diviser et distinguer des sous-parties, des régions, des zones, des pôles, bref on pourrait établir une géographie de cette entité qui ne serait donc plus une et indivisible...
D'après ce raisonnement, puisque la charge de l'électron est une et indivisible, alors par contraposition elle est nécessairement ponctuelle.

[Deedee81]

on doit en trouver une avec une masse non nulle qui est la plus petite

Probablement le neutrino électronique
(je dis probablement car pour les masses des neutrinos on a juste 0 < m <= borne supérieure. Et comme on a déjà eut des surprises avec les neutrinos, faut être méfiant, on ne sait jamais, ça pourrait être le neutrino muonique par exemple ou le tauique).

[Deedee81]

Si une entité n'est pas ponctuelle, alors elle a nécessairement des dimensions (une longueur, une surface, un volume, un diamètre...), et du coup on pourrait théoriquement la diviser et distinguer des sous-parties, des régions, des zones, des pôles, bref on pourrait établir une géographie de cette entité qui ne serait donc plus une et indivisible...

Elle pourrait être divisible "dans sa description" mais être indivisible / insécable, en pratique. Et totalement homogène à tout point de vue.
Mais bon, ça reste théorique (*), en pratique c'est ponctuel.

(*) par exemple, en théorie des cordes, les particules élémentaires sont insécables et non ponctuelles (corde à une dimension).
Bien qu'il y ait une "structure" : les modes de vibrations (mais ça distingue juste les différentes sortes de particules si bien que pour une particule donnée, il n'y a qu'une possibilité)
(pour la forme de la corde, je ne me prononce pas, je ne suis pas assez calé en TDC pour le dire, doit sûrement y avoir un état fondamental et des états excités, enfin, je suppose).