[QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman
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[QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman



  1. #1
    invitea38c2068

    [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman


    ------

    Bonjour,

    Je suis en train de préparer une présentation que je donnerai jeudi prochain 22/03/2018 et à la fin de laquelle j'évoque la physique moderne, et notamment la physique des particules. N'ayant pas encore étudié sérieusement la QFT, j'aimerais que vous confirmiez certaines phrases que je compte dire, afin que la vision que je donne soit la plus correcte et précise possible.

    - Le principe de moindre action n'est plus vrai en physique quantique, car la constante de Planck est le quantum d'action qui constitue une limite basse à la valeur que peut prendre l'action et empêche celle-ci de se minimiser.
    - Feynman adapte dans sa thèse le principe de moindre action pour en proposer une version quantique dans laquelle tous les chemins joignants l'état X1 à l'état X2 sont parcourus, et à chaque chemin est associée une action sur laquelle Feynman s'appuie pour définir une phase. En sommant toutes les phases de tous les chemins imaginables on obtient un nombre complexe dont le module carré est la densité de probabilité pour que le système évolue effectivement de X1 vers X2.
    - L'idée centrale de cette formulation est que le chemin correspondant à une action minimale (le chemin parcouru classiquement) est le chemin qui contribue le plus à la densité de probabilité pour que la particule évolue de l'état X1 à l'état X2, que les chemins qui lui sont proche y contribuent également dans une moindre mesure et que les chemins les plus éloignés n'y contribuent que très peu.
    - Dans le cadre de la QED, il va ensuite exploiter cette idée pour proposer une décomposition intelligente de l'intégrale de chemins pour ne garder que les chemins les plus pertinents.
    - Par exemple, deux électrons qui entrent en collision à basse énergie - donc classiquement - vont se repousser électriquement et repartir dans l'autre sens, comme le prévoit le principe de moindre action. La version quantique de cette vision consiste à dire que les électrons échangent un photon.
    - A haute énergie, la collision peut néanmoins résulter sur la création d'autres particules qu'une paire d'électron (exemple ?). La méthode découverte par Feynman permet de calculer la densité de probabilité de chaque issue. Pour ce faire, il faudrait intégrer la phase associée à chacune des évolutions imaginables aboutissant à une issue donnée, mais les évolutions les plus complexes sont très improbables et Feynman s'applique à ne considérer que les chemins les plus simples et donc les plus probables.
    - Ainsi, effectuer un développement perturbatif d'une théorie quantique de champ permet d'estimer avec une précision arbitraire la densité de probabilité associée à chaque issue d'une collision.
    - Enfin, en généralisant cette idée à toutes les interactions entre particules possibles, on est amené à écrire le Lagrangien du modèle standard, dont l'intégrale n'est donc pas à minimiser mais à injecter dans la formule de Feynman.

    Si vous pouviez "débunker" chacune de ces phrases ça me serait d'une grande aide

    Voici la slide associée, je ne suis pas vraiment sûr de la formule que j'utilise que j'ai reconstitué de façon intuitive, mais qui me semble coller à l'expression du propagateur selon Feynman. Par contre, la page wiki https://fr.wikipedia.org/wiki/Int%C3%A9grale_de_chemin n'a pas trop l'air d'accord avec moi sur les conditions aux limites, donc je fais p-e une confusion quelque part.

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    Pour finir, si vous aviez une phrase sur "la raison pour laquelle la relativité générale n'est pas quantifiable" (pas de développement perturbatif possible ? Et qu'est-ce qui fait qu'on doive nécessairement trouver un moyen de les combiner ?), ça me permettrais d'être complet.

    En espérant ne pas trop me tromper, comme je l'ai dis je n'ai pas étudié sérieusement le sujet mais comme je parle longuement du principe de moindre action avant je ne pouvais pas ne pas finir par ça.

    Merci d'avance.

    -----

  2. #2
    albanxiii
    Modérateur

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    Bonjour,

    - le problème est surtout que la notion de trajectoire n'a plus de sens en mécanique quantique, et que le principe de moindre action consiste à trouver l'action extrémale pour une certaine trajectoire

    - Feynman a proposé de calculer des amplitudes de probabilité entre deux états en faisant la somme des sur tous les chemins possibles reliant ces deux états

    - il n'y a plus de notion d'action minimale

    - rien à voir avec les diagrammes de Feynman

    La fin part un peu dans tous les sens. La QFT peut se traiter sans l'intégrale de chemin, et vice-versa. J'ai l'impression que vous mélangez allègrement les deux.

    Je vous conseille le livre de Feynman and Hibbs "Quantum mechanics and path integrals".
    Not only is it not right, it's not even wrong!

  3. #3
    ThM55

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    Bonjour. Vous écrivez notamment "- Par exemple, deux électrons qui entrent en collision à basse énergie - donc classiquement - vont se repousser électriquement et repartir dans l'autre sens, comme le prévoit le principe de moindre action. La version quantique de cette vision consiste à dire que les électrons échangent un photon."

    Ce n'est pas l'essentiel, et d'ailleurs l'échange d'un seul photon ne représente que le premier terme dans la série de perturbation. Il y a une infinité d'autres termes qui correspondent à l'échange de N photons (N > 1), où certains de ces photons se matérialisent en une paire électron-positron qui se recombinent etc, etc....

    La différence essentielle entre le classique et le quantique est que les trajectoires des électrons ne sont pas déterminées comme elles le sont en physique classique par une équadiff. Ce que la physique quantique fournit c'est une probabilité pour des ensembles de valeurs possibles des grandeurs à la sortie de l'expérience.

    En ce qui concerne le rôle du principe de moindre action en MQ, historiquement, c'est Dirac qui l'a d'abord étudié dans un article de 1932 intitulé "The lagrangian in quantum mechanics". Il y établit que la transition de probabilité entre états d'un système mécanique est en exp(iS/hbar), où S est l'action. Mais il a arrêté son analyse à une évolution sur une durée infinitésimale. Feynman l'a étendue aux intervalles de temps finis avec son intégrale (en 10 ou 15 minutes devant un témoin médusé, un physicien allemand dont j'ai oublié le nom, l'anecdote est dans un des livres de souvenirs de Feynman). Mais on doit aussi rappeler qu'indépendamment, les idées de Dirac ont aussi inspiré Julian Schwinger. Il a établi ce qu'on appelle le "principe d'action de Schwinger", qui est le pendant différentiel de la formulation intégrale, qui permet de formuler l'électrodynamique quantique de manière très simple, bien que beaucoup moins intuitive que les méthodes de Feynman. Mais je pense (je me trompe peut-être, je n'ai jamais étudié cela de manière approfondie) que cela n'a pas la même efficacité quand on essaie de l'étendre aux théories de jauge non abéliennes.Julian Schwinger a été aussi important que Feynman pour le développement de l'électrodynamique quantique, mais ce n'était pas une "grande gueule", ni un bon client pour les média, ce qui fait qu'il est totalement inconnu du grand public.
    Dernière modification par ThM55 ; 18/03/2018 à 11h13. Motif: Orthographe

  4. #4
    invitea38c2068

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    Merci pour ces précisions, oui j'ai lu la BD sur Feynman et j'ai bien senti que Schwinger avait une formulation sembable à celle de Feynman, mais qu'il était plus du genre à travailler dans le calme ce qui fait qu'on a moins retenu son nom. Après c'est peut-être le même genre de chose que pour Poincarré et Einstein : Poincarré a fait les maths mais sans vraiment s'efforcer à "penser physique", et on retient celui qui en a fait l'interprétation.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    invite69d38f86

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    une petite remarque sur les chemins de feynman qui donnent des amplitudes
    si on les prolonge par des chemins qui reviennent au point de départ on a des boucles et au lieu d'avoir des amplitudes a la fin on a des probabilités.

  7. #6
    stefjm

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    Citation Envoyé par Babacool51 Voir le message
    Après c'est peut-être le même genre de chose que pour Poincarré et Einstein : Poincarré a fait les maths mais sans vraiment s'efforcer à "penser physique", et on retient celui qui en a fait l'interprétation.
    Pas d"après ce qu'écrit H. Lorentz : https://fr.wikisource.org/wiki/Deux_...h%C3%A9matique

    C'est sur qu'un journaliste va préférer un vivant qui tire la langue à un mort...
    Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».

  8. #7
    invitea38c2068

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    Citation Envoyé par alovesupreme Voir le message
    une petite remarque sur les chemins de feynman qui donnent des amplitudes
    si on les prolonge par des chemins qui reviennent au point de départ on a des boucles et au lieu d'avoir des amplitudes a la fin on a des probabilités.
    Ah oui vraiment ?? Auquel cas pas besoin d'élever au carré ? Vous auriez une source ?

  9. #8
    invite69d38f86

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    le long d'un chemin on a z = l'exponentiell de i angle. si un chemin est a la suite d'un autre les angles s'ajoutent en multipliant les exponentielles. quand on prend un chemin qui fait marche arriere, les angles tournent dans l'autre sens lors des multiplications d'exponentielles (on multiplie par des conjugué de z (des z barre) = exp(- i angle)
    si le retour se fait "dans ses pas" on a z fois z barre qui est un réel positif
    sinon pour un chemin 1 2 on a z1 fois z2 barre qui est un complexe mais le chemin 2 1 donne un complexe conjugué et dans la somme sur les boucles ca donne un nombre réel.
    d'ailleurs en prenant deux telles boucles la somme peut etre négative. ca explique pourquoi dans les fentes de young on peut avoir des franges noires alors que chaque trou individuellement l'éclaire. ca vient des ces boucles qui ont une contribution négatives.+

  10. #9
    invite69d38f86

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    on retrouve ainsi avec les boucles le résultat traditionnel avec les fentes de Young.
    A l'instant t0 un photon est émis depuis une source S située à égale distance de deux fentes F1 et F2, puis à l'instant t on observe un impact en un point d'abscisse x sur l'écran.
    je note S F1 x le chemin possible si le photon passe par la fente 1
    de meme x F2 S désigerait le chemin inverse de t a t0 remontant le temps et retournant vers S a travers F2
    a la boucle S F1 x F2 S est associé le nombre complexe
    <S F1><F1 x><x F2><F2 S>
    on fait la somme sur les 4 boucles possibles
    S etant dans le plan de symétrie les 4 valeurs de <S Fi ><Fj S> sont égales a un meme nombre N
    on trouve donc pour les boucles
    N(<F1 x> <x F1> + <F1 x> <x F2> + <F2 x> <x F1> + <F2 x> <x F2> ) =
    N(<F1 x> + <F2 x>)(<F1 x> + <F2 x>)*
    qui est la regle habituelle on ajoute les fonctions d'onde puis on multiplie le résutat par son conjugué.

    ca c'est quant on attribue le meme poids aux quatre boucles. si celles qui passent par deux fentes différentes on un poids nul
    on a
    N(<F1 x> <x F1> + <F2 x> <x F2> )
    c'est le cas sans frange ou l'on a mesuré par quel fente il passe.

    on peut aussi avoir une information partielle sur le chemin
    par exemple avec des poids 1/2 dans
    N(<F1 x> <x F1> + <F1 x> <x F2>/2 + <F2 x> <x F1>/2 + <F2 x> <x F2> )
    là on a des franges estompées car les contributions négatives des z + z* n'annulent pas tout

  11. #10
    invite69d38f86

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    il y a un aspect qui n'est pas souvent soulevé dans cette expérience.
    un photon est emis a un instant t0 puis il impacte un écran a un autre instant t
    il a eu (au moins) deux chemins possibles qui sont de longueurs différentes. l'interprétation par les intégrales de chemins ou de maniere équivalente par des boucles de retour n'imposent pas que le photon ait une meme vitess au long de ces chemins;
    on ne parle pourtant pas de parcours a des vitesses differantes de c dans la description habituelle; on se contente de parler
    de déphages différents
    les integrales de chemins parlent des deux

  12. #11
    invitea38c2068

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    Bonjour alovesupreme.

    Je n'ai pas trouvé le temps de me pencher suffisament sur vos commentaire à propos des boucles pour vous répondre.

    Par contre, ce passage :

    il a eu (au moins) deux chemins possibles qui sont de longueurs différentes. l'interprétation par les intégrales de chemins ou de maniere équivalente par des boucles de retour n'imposent pas que le photon ait une meme vitess au long de ces chemins;
    on ne parle pourtant pas de parcours a des vitesses differantes de c dans la description habituelle; on se contente de parler
    de déphages différents
    les integrales de chemins parlent des deux
    Répond à une question que je me posais depuis longtemps. Dans la page wiki de la formulation en intégrale de chemins, on parle d'évoluer d'un état X1 à l'instant t1 vers un état X2 à l'instant t2, or pour moi afin de faire coller le formalisme à l'animation de conchoïde qu'on trouve partout, il fallait laisser l'instant final t2 libre (ce qui apparaît dans ma slide).

    Mais en effet, ça marche aussi si on fixe t2 mais qu'on autorise c à dépendre du chemin qu'on considère.

    La conférence ayant déjà été donnée j'apporterai cette correction textuellement.

    Bonne après-midi.

  13. #12
    invitea38c2068

    Re : [QFT] Précisions sur la formulation en intégrales de chemin de Feynman

    Je ne trouve pas comment modifier un commentaire, spirale de cornu et non conchoïde.

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