Qu'est ce qu'un electron ? Qu'est ce qu'une charge ?

[Antropos]

Bonjour, l'endroit me semble approprié pour poser la question.

Je n'ai pas trouvé de réponses sur internet.


Concrètement, l'électron est-il le facteur principal, fondamental de l’électromagnétisme ? Peut-on dire que tout part de lui en ce qui concerne l'électromagnétisme ?

J'essaye de comprendre ce qu'est l'électron. D'où vient-il et comment est-il crée ?

Ensuite, j'essaye toujours de comprendre ce que signifie le terme charge négative ou positive. Concrètement, qu'est-ce que cela signifie matériellement parlant ?


Merci de d'avance.
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[penthode]

hello ,

ce sont des questions de base de la physique auxquelles répondra un bon bouquin , comme un cours de première/terminale S

[Antropos]

Bonjour,

Je suis déjà passé par là. Je ne demande pas simplement des termes abstraits et techniques. Je parle de la nature d'une charge ou d'un électron.

Le programme S ne parle pas non plus de leur origine.

[penthode]

là tu passes dans la mécaqua : bon courage

quand à l'origine... je doute que quelqu'un sache !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Je tente une réponse.

Concrètement, l'électron est-il le facteur principal, fondamental de l’électromagnétisme ? Peut-on dire que tout part de lui en ce qui concerne l'électromagnétisme ?

Non, ce n'est qu'une particule chargée parmi d'autres. Evidemment le courant électrique dans un métal, c'est des électrons. Mais dans une solution, ça peut parfaitement être un courant de protons par exemple.

J'essaye de comprendre ce qu'est l'électron. D'où vient-il et comment est-il crée ?

Il est là depuis toujours.

Mais dans des collisions extrêmement violentes (au moins un millions d'électron-volts, à comparer aux quelques électron-volts des liaisons chimiques) tu peux avoir création d'une paire électron - positron.

Ensuite, j'essaye toujours de comprendre ce que signifie le terme charge négative ou positive. Concrètement, qu'est-ce que cela signifie matériellement parlant ?

Il faut juste voir la charge comme une simple quantité physique mesurable associée à certaines particules et liée au champ électromagnétique
(ou au photon si tu te places dans le monde quantique, la constante de couplage est q, la charge élémentaire de l'électron).

Tu peux le voir aussi, dans le monde quantique, comme la quantité conservée associée à la symétrie U(1) de phase de l'électron
(plus précisément, l'équation de Dirac qui décrit la fonction d'onde de l'électron, est invariante sous une transformation globale phase dans le plan complexe, la fonction d'onde étant complexe)
(ce lien invariance <-> conservation est le https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%...her_(physique) )

L'origine du lien de cette quantité au champ électromagnétique est juste un constat.... sauf à se plonger dans les théories de jauges localement invariantes
(la symétrie ci-dessus est globale, la relativité nous inciterait à penser qu'une invariance locale, c'est-à-dire une transformation différente en tout point de l'espace-temps, serait normale.
Or l'équation de Dirac n'est PAS localement invariante.... sauf si on ajoute un champ lié au champ de Dirac = fonction d'onde de l'électron..... et une fois fait, on constate que ce champ ajouté est justement.... celui décrit par l'électromagnétisme !!!! : c'est magique )

Je pense que mes explications peuvent sembler un peu abstraite. Mais difficile d'expliquer plus en détail sans être encore plus abstrait ou sans plonger dans les équations.

[Sethy]

Ensuite, j'essaye toujours de comprendre ce que signifie le terme charge négative ou positive. Concrètement, qu'est-ce que cela signifie matériellement parlant ?

Je ne peux pas te répondre sur l'ensemble de tes questions, mais sur la charge par exemple, ce qu'il faut savoir c'est que ce 1,609e-19 Coulomb n'est pas la "vraie" charge de l'électron. Il s'agit d'une charge "écrantée " par le "vide" qui s'étend autour de lui et au sein duquel se passent des phénomènes de nature quantique. Ces phénomènes font qu'on observe une valeur plus faible de la charge qu'elle ne l'est réellement.

Tu trouveras plus d'information ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Électr...les_virtuelles

[Deedee81]

Noether, théories de jauge, groupe de renormalisation (c'est lié à la dernière réponse), le pauvre Antropos va perde la boule

Antropos, si tu trouvais cela trop difficile/abstrait, il sera peut-être plus simple de revenir à des questions plus simples puis d'y aller pas à pas.

[coussin]

Je ne peux pas te répondre sur l'ensemble de tes questions, mais sur la charge par exemple, ce qu'il faut savoir c'est que ce 1,609e-19 Coulomb n'est pas la "vraie" charge de l'électron. Il s'agit d'une charge "écrantée " par le "vide" qui s'étend autour de lui et au sein duquel se passent des phénomènes de nature quantique. Ces phénomènes font qu'on observe une valeur plus faible de la charge qu'elle ne l'est réellement.

Tu trouveras plus d'information ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Électr...les_virtuelles

Oui et non. Étant donné qu'un électron nu, ça n'existe pas je dirais que c'est la "vraie" charge.

Mais bon, c'est complètement hors sujet...

[Deedee81]

Oui et non. Étant donné qu'un électron nu, ça n'existe pas je dirais que c'est la "vraie" charge.

Je ne dirais pas ça. Alors oui, l'électron nu, c'est vrai. Mais on ne peut pas considérer l'ensemble des fluctuations autour de l'électron comme une pure abstraction (seul le tout ayant un sens). Car dans les collisions à très haute énergie, la particule qui "heurte" l'électron voit bel et bien une variation de la charge (et plus généralement des constantes de couplage). Ces variations sont données par le groupe de renormalisation et les équations de Callan-Symanzik.

Mais bon, c'est complètement hors sujet...

En fait, je trouve que le groupe de renormalisation et le lien avec les théories des phénomènes critiques (les transitions du second ordre comme le ferromagnétisme) extrêmement éclairant sur la "nature" de la charge. Voir le livre de Michel Lebellac, des phénomènes critiques aux champs de jauge par exemple.

Mais pour expliquer ça à un profane, franchement, galère sur un forum.

[albanxiii]

Bonjour,

Je parle de la nature d'une charge ou d'un électron.

Ce sont des noms que l'on donne à des choses ou des phénomènes pour en faire des modèles manipulables avec des théories issues de l'esprit humain. Maintenant il faut vous pencher sur ces théories si vous en voulez plus.
Vu d'où vous semblez partir prévoyez 5 à 10 ans d'études si vous ne faites pas ça à temps plein.

[Sethy]

Bonjour,



Ce sont des noms que l'on donne à des choses ou des phénomènes pour en faire des modèles manipulables avec des théories issues de l'esprit humain. Maintenant il faut vous pencher sur ces théories si vous en voulez plus.
Vu d'où vous semblez partir prévoyez 5 à 10 ans d'études si vous ne faites pas ça à temps plein.

Pour ma part, j'ai l'impression qu'Antropos a peut être étudié plus que vous ne le supposez.

Et je ne trouve pas que la nature de la charge, de ce qu'est un électron soit si trivial que ça à comprendre même à bac+2 ou +3.

[Antropos]

Merci pour vos réponses qui se complètent toutes.

Il faut juste voir la charge comme une simple quantité physique mesurable associée à certaines particules et liée au champ électromagnétique
(ou au photon si tu te places dans le monde quantique, la constante de couplage est q, la charge élémentaire de l'électron).

Mais cette quantité physique est sensée représenter quoi justement ? C'est une énergie ? Il n'y a rien de "chargé" au sens premier du terme finalement ? Comme une pile ou une batterie chargée.

Il s'agit d'une charge "écrantée " par le "vide" qui s'étend autour de lui et au sein duquel se passent des phénomènes de nature quantique. Ces phénomènes font qu'on observe une valeur plus faible de la charge qu'elle ne l'est réellement.

Une charge "atténuée" par le vide ? Ton explication a le mérite de me faire comprendre l'approximation (et l'instabilité aussi j'ai l'impression) de ces paramètres et de leur définition. Ce qu'on ne m'avait jamais enseigné d'ailleurs, mais je n'ai plus fait de physique depuis la terminale (^^) Mais je ne comprend toujours pas ce qu'est la "charge". Car quand tu parles d'une charge "écrantée" je la vois comme quelque chose de tangible si j'ose dire, alors qu'en fait il n'y a rien de "chargé ?

Antropos, si tu trouvais cela trop difficile/abstrait, il sera peut-être plus simple de revenir à des questions plus simples puis d'y aller pas à pas.

Mais justement, je commencerais justement par-là (^^)
Tu commencerais par où toi Deedee ?

[Deedee81]

Mais cette quantité physique est sensée représenter quoi justement ? C'est une énergie ? Il n'y a rien de "chargé" au sens premier du terme finalement ? Comme une pile ou une batterie chargée.

Il y a lien avec la charge des batteries, il s'agit alors d'échange d'ions portant des charges électriques.

Quand à ce que représente la quantité physique, tu peux voir les protocoles de mesure de la charge électrique comme une définition de cette quantité.

Mais justement, je commencerais justement par-là (^^)
Tu commencerais par où toi Deedee ?

Ca dépend du point de départ où tu te trouves. Est-ce que tu connais la mécanique quantique et Schrödinger sur le bout des doigts ?
Si non il faut commencer par là.
Si oui la suite est l'équation relativiste de Dirac et de Klein-Gordon.
Puis la quantification du champ scalaire, puis l'électrodynamique quantique puis les jauges locales puis le groupe de renormalisation.
(au moins pour la question de ce fil)
De quoi lire quelques centaines de pages (même au niveau vulgarisation)

[Sethy]

Mais avec toutes ces connaissances, peux-tu dire que tu connais vraiment la nature de l'électron, ce qu'est une charge electrique ?

Mon intuition est qu'on peut plutôt dire ce qu'il n'est pas.

[Deedee81]

Mais avec toutes ces connaissances, peux-tu dire que tu connais vraiment la nature de l'électron, ce qu'est une charge electrique ?
Mon intuition est qu'on peut plutôt dire ce qu'il n'est pas.

Me réponse est non. Dans la mesure ou "la nature de" est une question plus métaphysique que physique.
On peut par contre avoir des descriptions de plus en plus détaillées, de plus en plus profondes. Et là, pour les charges (au sens large) on ne peut pas être déçu.
Mais il y a encore des choses à comprendre (par exemple la quantification de la charge.... à moins que la théorie des cordes ne soit juste )

[Antropos]

Quand à ce que représente la quantité physique, tu peux voir les protocoles de mesure de la charge électrique comme une définition de cette quantité.

C'es effectivement abstrait. Je comprends que l'on parle de charge du moment qu'il y a une inégalité entre le nombre de protons et d’électrons d'une particule. Ce que je comprend moins, c'est que sont les électrons et les protons. matériellement parlant. Ils semble être à l'origine de l'énergie électrique. Mais leur nature tangible m'échappe.

Ça dépend du point de départ où tu te trouves. Est-ce que tu connais la mécanique quantique et Schrödinger sur le bout des doigts ?
Si non il faut commencer par là.
Si oui la suite est l'équation relativiste de Dirac et de Klein-Gordon.
Puis la quantification du champ scalaire, puis l'électrodynamique quantique puis les jauges locales puis le groupe de renormalisation.
(au moins pour la question de ce fil)
De quoi lire quelques centaines de pages (même au niveau vulgarisation)

La MQ me paraît effectivement un bon point de départ .. J'ai commandé le livre de Bryan Green qui théorise assez bien la MQ apparemment.
Merci pour cette liste qui structure les étapes à suivre.

[ThM55]

Bonjour à tous. OK pour aborder cela de manière quantique, et je suis d'accord avec tout ce que les intervenants précédents ont écrit. Mais il y a quelque chose qui me trouble un peu dans la formulation de la question. En effet, les théories physiques n'expliquent pas, elles ne donnent pas accès à la nature profonde des choses, elles ne font que décrire, si possible en unifiant dans une même description ce qui était disparate avant qu'elles ne produisent leurs résultats.

On connaît les exemples classique: Galilée+Newton unifient la description de la mécanique céleste et celle de la mécanique ordinaire; la lignée Ampère-Faraday-Maxwell unifie l'électrostatique et le magnétisme pour produire une électrodynamique. On peut ajouter que la théorie quantique des champs unifie la description corpusculaire et la description par les champs. Dans ce cadre, la charge électrique est réinterprétée comme une grandeur intervenant dans une propriété de transformation du champ, celle d'avoir une phase présente en chaque point de l'espace-temps. Cette phase peut être représentée comme un nombre complexe de module unité. C'est ce que Deedee81 expliquait avec l'invariance de jauge. Une telle transformation fera tourner cette phase d'un certain angle, et le sens de rotation détermine le signe positif ou négatif de la charge.

Mais a-t-on pour autant découvert la "nature" de la charge électrique? J'en doute. Ce qu'on a fait, c'est qu'on a modifié la description pour l'adapter à une cadre théorique unifiant. Il est possible qu'une théorie future plus fondamentale donne une description différente.

Mais j'imagine que tout le monde ne sera pas d'accord avec cette position un peu agnostique. Mais je vois que dans son dernier message Deedee81 ne dit pas autre chose, il sera donc sans doute d'accord. Pour finir sur une note un peu plus optimiste, on peut dire que des théories plus englobantes et plus unifiantes devraient "approcher" la réalité de mieux en mieux. Mais il n'y a rien que puisse le prouver sur une base purement logique.

[coussin]

Je rejoins les propos de Deedee : les discussions sur la "nature profonde" des choses est de la philo. Ces discussions ont donc peu de place ici, sur un forum scientifique.
La science, elle, est bien plus pragmatique : tout en science tire son origine de constatations expérimentales avant tout. On a observé les atomes, leurs constituants. On a observé le comportement des ces constituants dans un champ électrique, on a constaté qu'on voyait deux comportements différents et on a associé à ces deux comportements une propriété, forcément binaire, qu'on a choisi d'appeler charges positive et négative.
Point.

[Antropos]

Je rejoins les propos de Deedee : les discussions sur la "nature profonde" des choses est de la philo. Ces discussions ont donc peu de place ici, sur un forum scientifique.
La science, elle, est bien plus pragmatique : tout en science tire son origine de constatations expérimentales avant tout. On a observé les atomes, leurs constituants. On a observé le comportement des ces constituants dans un champ électrique, on a constaté qu'on voyait deux comportements différents et on a associé à ces deux comportements une propriété, forcément binaire, qu'on a choisi d'appeler charges positive et négative.
Point.

Ce n'est pas philosophique de dire "on ne sait pas ce que c'est" si c'est la réponse actuelle. Je m'en contenterais.

On sait jusqu'à une certaine échelle de quoi est fait un morceau de fer. Ce que je n'avais pas compris jusque là, c'est si l'on savait de quoi étaient faites les particules élémentaires des atomes de fer.

Et de quoi sont "faits" les électrons. La "matière" de l'électron, c'est ce que je cherchais à comprendre.

[Sethy]

Si j'ai posé la question à Déedée, c'est parce qu'il donnait l'impression qu'en se farcissant toutes ses théories, Antropos aurait la réponse aux questions qu'il se pose.

Je n'invente rien, je cite :

Je suis déjà passé par là. Je ne demande pas simplement des termes abstraits et techniques. Je parle de la nature d'une charge ou d'un électron.

[Sethy]

Ce n'est pas philosophique de dire "on ne sait pas ce que c'est" si c'est la réponse actuelle. Je m'en contenterais.

Posé comme cela, on pourrait dire qu'on ne saura jamais ce que c'est parce que ce n'est pas l'objet de la science que de répondre à cette question.

A la limite, on sera toujours limité à s'exprimer de la manière suivante : "Tout se passe comme si l'électron ...".

[coussin]

Ce n'est pas philosophique de dire "on ne sait pas ce que c'est" si c'est la réponse actuelle. Je m'en contenterais.

On sait jusqu'à une certaine échelle de quoi est fait un morceau de fer. Ce que je n'avais pas compris jusque là, c'est si l'on savait de quoi étaient faites les particules élémentaires des atomes de fer.

Et de quoi sont "faits" les électrons. La "matière" de l'électron, c'est ce que je cherchais à comprendre.

Vous ne pouvez pas vous poser cette question ad vitam eternam. À un moment donné, la chose en question est élémentaire et "n'est faite de rien de plus". Il y a un niveau de "poupées russes" maximal.
C'est le cas des particules élémentaires qui n'ont pas de constituants. On est arrivé à la dernière poupée russe. Y en a plus.
L'électron est une particule élémentaire.

[Antropos]

Posé comme cela, on pourrait dire qu'on ne saura jamais ce que c'est parce que ce n'est pas l'objet de la science que de répondre à cette question.

A la limite, on sera toujours limité à s'exprimer de la manière suivante : "Tout se passe comme si l'électron ...".

J'aurais deux questions à ce sujet :

-Qu'est-ce qui permet d'affirmer qu'on ne saura jamais ce que c'est ?
-Qui a dit que ce n'était pas l'objet de la science d'atteindre l'objectivité ?

Je ne pose pas la question dans une intention polémique. Je veux juste comprendre ce qui permet scientifiquement de considérer cela

Vous ne pouvez pas vous poser cette question ad vitam eternam. À un moment donné, la chose en question est élémentaire et "n'est faite de rien de plus". Il y a un niveau de "poupées russes" maximal.
C'est le cas des particules élémentaires qui n'ont pas de constituants. On est arrivé à la dernière poupée russe. Y en a plus.
L'électron est une particule élémentaire.

C'est déjà beaucoup plus concret pour moi. On est arrivé à la dernière poupée russe. Rien que cela, on ne nous l'explique pas en Première ou en Terminale.

J'ai donc aussi deux questions, étant profane dans le domaine.

-Les physiciens sont-ils absolument sûr qu'il s'agit de la dernière poupée russe ? J'ai cru comprendre que la string theory stipulait qu'il existait encore autre chose en-dessous. Notamment les "cordes".

-L'électron n'a donc pas de constituants, mais sait-on de quoi est fait l'électron ? C'est une énergie en quelque sorte ? Peut-on dire que sa matière est indéfinissable à l'heure actuelle ? C'est un électron, et c'est tout ?

[Sethy]

J'aurais deux questions à ce sujet :

-Qu'est-ce qui permet d'affirmer qu'on ne saura jamais ce que c'est ?
-Qui a dit que ce n'était pas l'objet de la science d'atteindre l'objectivité ?

De par la méthode scientifique, qui part d'expériences. Ces expériences amènent à proposer des modèles qui peuvent, ou non, être validé par de nouvelles expériences (c'est l'idée avancée pour Coussin si je ne me méprends pas), Voire dans le meilleur des cas, laisser entrevoir des choses totalement nouvelles (comme le fameux boson de Higgs, Brout, Englebert & cie).

Même si un modèle est ultra-séduisant, il ne reste qu'un modèle.

Il y aura toujours le risque (ou la chance ?) qu'une nouvelle expérience vienne contredire le modèle et oblige à tout remettre en question.

Donner une réponse absolue, reviendrait à affirmer péremptoirement qu'aucune expérience inédite ne pourra jamais être faite qui contredise les résultats. Et ça, je pense qu'on est d'accord, ce n'est plus de la science.

[coussin]

C'est un électron et c'est tout.

[Antropos]

De par la méthode scientifique, qui part d'expériences. Ces expériences amènent à proposer des modèles qui peuvent, ou non, être validé par de nouvelles expériences (c'est l'idée avancée pour Coussin si je ne me méprends pas), Voire dans le meilleur des cas, laisser entrevoir des choses totalement nouvelles (comme le fameux boson de Higgs, Brout, Englebert & cie).

Même si un modèle est ultra-séduisant, il ne reste qu'un modèle.

Il y aura toujours le risque (ou la chance ?) qu'une nouvelle expérience vienne contredire le modèle et oblige à tout remettre en question.

Donner une réponse absolue, reviendrait à affirmer péremptoirement qu'aucune expérience inédite ne pourra jamais être faite qui contredise les résultats. Et ça, je pense qu'on est d'accord, ce n'est plus de la science.

Est-ce qu'il ne s'agit justement pas là d'une conclusion philosophique ? C'est la conclusion du programme d'épistémologie que j'ai étudié en khâgne.

Je ne comprends pas ce qui scientifiquement permet de supposer que la "réalité" objective de la matière ne sera pas un jour comprise.
J'ai beau chercher, je ne vois pas ce qui permet d'affirmer objectivement la possibilité qu'à une certaine étape il ne sera plus possible de contredire le résultat final. Puisqu'il existe déjà des résultats sur d'autres sujets, notamment mathématiques, qui ne peuvent plus être contredit.

Et c'est justement contradictoire avec ce qu'affirme coussin, qui stipule que l'électron est la dernière des poupées russes. Et que donc selon lui, on ne peut plus contredire ce résultat. C'est le "final".

C'est un électron et c'est tout.

Oui mais c'est un peu subjectif comme postulat.

La matière de l'électron est l'électron ? On comprend sa mobilité et ses interactions, mais on ne sait pas ce que c'est ?

La théories des cordes ne permet-elle pas de dépasser le postulat "il n'y a que l'électron ?"

[Antropos]

je ne vois pas ce qui permet d'affirmer objectivement la possibilité qu'à une certaine étape il ne sera plus possible de contredire le résultat final.

Je voulais dire "Je ne vois pas ce qui ne permet pas de supposer qu'à une certaine étape il ne sera plus possible de contredire le résultat final.

Supposer qu'un résultat sera nécessairement toujours contredit me semble être une hypothèse qui ne relève pas plus de la science que d'affirmer qu'à une certaine étape le résultat ne pourra nécessairement plus être contredit.

[coussin]

La matière de l'électron est l'électron ? On comprend sa mobilité et ses interactions, mais on ne sait pas ce que c'est ?

La théories des cordes ne permet-elle pas de dépasser le postulat "il n'y a que l'électron ?"

Si on sait ce que c'est : c'est un électron. Point.
Après, vous viendrez demander ce qu'est une corde, vraiment. Ça n'en finit pas.
C'est l'histoire des poupées russes : faut s'arrêter à un moment.

[Antropos]

Si on sait ce que c'est : c'est un électron. Point.
Après, vous viendrez demander ce qu'est une corde, vraiment. Ça n'en finit pas.
C'est l'histoire des poupées russes : faut s'arrêter à un moment.

Ça n'a pas grand sens. C'est un mot.

A quoi ressemble la matière de l'électron ? Comment sait on que c'est quelque chose de tangible ?

Si on doit s'arrêter à un moment donné c'est que le résultat final ne peut plus être contredit donc ?
Je ne comprend pas non plus pourquoi vous parlez de fin des poupées russes alors que la théorie des cordes stipule qu'il y a encore quelque chose en-dessous.

[coussin]

OK. Disons alors qu'un électron est une corde qui vibre. Est-ce que ça vous avance ? Logiquement, vous allez vouloir savoir ce qu'est cette corde qui vibre, non ? De quoi elle est faite cette corde.