Energie de l'electron en orbite

[shub22]

Voilà une question difficile dès qu'on s'intéresse à la physique des particules.

La modélisation de l'énergie de l'électron en orbite existe mais modélisation la + précise concerne semble-t-il le cas de l'hydrogène qui comporte un seul électron. Après il faut tenir compte des forces électrostatiques entre électrons sur différentes orbitales en concurrence avec l'attraction du noyau et là, le calcul devient compliqué.

Je suis en train de lire un livre d'un polytechnicien sur la MQ qui suscite des tas de questions, mais des questions de base encore que j'imagine que tout ce qu'il dit a du être vérifié ultra-vérifié. Donc fiable..
Voici quelque unes de ces assertions:
1° il existe une corrélation entre état flou et et état méta-stable c.-à-d. dire que toute particule est dans un état indéterminé avant qu'on ne l'observe. Le continu et le discret sont 2 possibilités pour la particule mais la quantition (terme qui revient chez lui et dont je ne comprends pas très bien la signification) est surnommée aussi par lui "menace quantique", concept aussi ardu à concevoir et semblant faire partie de sa propre terminologie et conceptualisation.
2° Selon ce que j'ai lu l'énergie d'un électron est de + en + plus élevée au fur et à mesure qu'il progresse vers une orbite (orbitale serait + approprié dans ce cas) éloignée du noyau.
Ces dernières sont repérées par les lettres K,L,M,N etc. donc l'énergie sur une couche périphérique est maximum. Or c'est sur cette couche qu'un photon incident d'énergie E=hν peut le plus facilement détacher la particule qui deviendra électron libre. N'y a-t-il pas contradiction ? Il me semble dans mes souvenirs que plus un électron se rapprochera du noyau en quittant son orbite (i.E. se retrouvera par exemple de la couche N à M) , il émettra un photon. Réciproquement pour le faire atteindre une couche supérieure donc de + haute énergie il faudra lui fournir un photon incident.
Mais la longueur d'onde de ce photon incident rencontrant l'électron doit exactement correspondre à la différence d'énergie associée à la nouvelle énergie qu'il sera censée avoir sur cette orbitale + éloignée, me semble-t-il pour que la migration de l'électron se produise
Si c'est le cas dans la théorie il y aurait donc une extrêmement faible probabilité pour que l'électron quitte son orbitale pour une autre ? Il ne le pourrait , en suivant la théorie qu'en admettant qu'il soit impacté par un photon qui ait PILE la bonne longueur d'onde, donc la bonne énergie en vertu de la loi de Planck.
De plus intuitivement il me semble que plus l'électron se rapproche du noyau au niveau orbital, plus les forces électromagnétiques deviennent gigantesques et donc son énergie cinétique et potentielle doivent devenir énormes % à un électron sur couche périphérique. Et c'est là qu'il me semble que l'électron doit être le plus stable, sur des couches proches du noyau.
Bref tout cela m'embrouille un peu, déjà que ce sont des souvenirs un peu loin

Je m'excuse par avance si ma question parait embrouillée et pas suffisamment claire
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[Deedee81]

Salut,

1° il existe une corrélation entre état flou et et état méta-stable c.-à-d. dire que toute particule est dans un état indéterminé avant qu'on ne l'observe. Le continu et le discret sont 2 possibilités pour la particule mais la quantition (terme qui revient chez lui et dont je ne comprends pas très bien la signification) est surnommée aussi par lui "menace quantique", concept aussi ardu à concevoir et semblant faire partie de sa propre terminologie et conceptualisation.

Curieuse terminologie. Et je n'aime pas cette expression "état flou".

2° Selon ce que j'ai lu l'énergie d'un électron est de + en + plus élevée au fur et à mesure qu'il progresse vers une orbite (orbitale serait + approprié dans ce cas) éloignée du noyau.
Ces dernières sont repérées par les lettres K,L,M,N etc. donc l'énergie sur une couche périphérique est maximum. Or c'est sur cette couche qu'un photon incident d'énergie E=hν peut le plus facilement détacher la particule qui deviendra électron libre. N'y a-t-il pas contradiction ?

Non, car plus l'électron a une énergie élevée plus il se rapproche de l'énergie d'un électron libre (si tu choisi E=0 pour un électron libre, alors l'énergie de liaison est négative). Et donc la différence d'énergie diminue.

Le reste est correct mais....

Si c'est le cas dans la théorie il y aurait donc une extrêmement faible probabilité pour que l'électron quitte son orbitale pour une autre ?

Ce "si c'est le cas" est abusif.

Il ne le pourrait , en suivant la théorie qu'en admettant qu'il soit impacté par un photon qui ait PILE la bonne longueur d'onde, donc la bonne énergie en vertu de la loi de Planck.

Non, car les états excités étant métastables, leur énergie n'est pas infiniment précise. Il suffit d'un photon de "presque" la bonne énergie. Le calcul des probabilités de transition ne sont pas triviaux mais pas si difficile non plus.

Pour la fin de ton message, oui, l'énergie cinétique moyenne d'un électron augmente en se rapprochant du noyau. Mais l'énergie potentielle électrostatique diminue (attractif) encore plus vite. D'où une énergie plus faible (donc liante) quand il s'approche du noyau.

[albanxiii]

Bonjour,

toute particule est dans un état indéterminé avant qu'on ne l'observe.

Non, ceci est faux.
Si je prépare un électron avec un spin up, que je le laisse évoluer sans interaction et que je remesure son spin plus tard, je trouverai toujours up. Dans ce cas là, l'état est bien déterminé.

Le continu et le discret sont 2 possibilités pour la particule mais la quantition (terme qui revient chez lui et dont je ne comprends pas très bien la signification) est surnommée aussi par lui "menace quantique", concept aussi ardu à concevoir et semblant faire partie de sa propre terminologie et conceptualisation.

On dirait le sketch de Coluche, "dans les milieux autorisés, on s'autorise à penser...".

Pour le reste de votre message, on parle d'un électron lié dans un atome. Donc, plus il est "éloigné" du noyau et moins on aura besoin de lui fournir d'énergie pour l'éloigner à l'infini.

[Deedee81]

Non, ceci est faux.

Bien vu, m'avait échappé celle-là.

Shub, peux-tu me communiquer les références du livre par MP (je veux éviter d'en faire la pub, au moins pour l'instant) ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Le fameux livre du polytechnicien : https://forums.futura-sciences.com/p...quantique.html

[Deedee81]

Oulàlà, me souvient. Ca me rappelle le livre de.... euh, comment c'était encore, Le Grand Ranma" ? Ou un truc du genre.

Shub, il serait bon que tu poses tes questions (qui ne sont pas nécessairement dénuées d'intérêt) mais sans faire référence à ce livre. Déjà qu'on a fermé l'autre fil !
(et il est encore temps d'utiliser ce livre, par exemple, pour caler un meuble par exemple).

[shub22]

Oui je crois que ça embrouille même si visiblement il connaît la mécanique quantique (sans doute plutôt bien!) mais en introduisant ses propres concepts comme "état flou": terme plus que bizarre et jamais vu ailleurs et ça rend les choses encore plus incompréhensibles. Et encore il y a une suite que je vous passe sous silence, mais je pense que je devrais effectivement m'en servir comme cale-porte et laisser tomber cette lecture.
On dirait un coup de pub de son éditeur et quand on voit ce qu'il a écrit par ailleurs, on a de quoi avoir des doutes: l'origine quantique de la conscience (ahem, 5 points d'exclamation) et le suivant s'appelle carrément La conscience quantique et l'au-delà. Là j'abandonne!!
Bon j'aurais dû regarder sa bibliographie avant d'acheter le livre
Il cite une phrase de Jim Al-Khalili dans son livre Quantum que vous connaissez peut-être: si la mécanique quantique nous a appris quoi que ce soit, c'est que chercher des explications rationnelles est futile
Là pour le coup c'est la voie de la raison je crois.
Merci pour vos explications sinon et je vais en rester là je crois

[Deedee81]

Salut,

Le Grand Ranma

Non, le Grand Ramtha, un guerrier lémurien d'il y a 35000 ans

Merci pour vos explications sinon et je vais en rester là je crois

Pour les questions sur la physique quantique ça reste bien venu.
Et de toute façon, il y a déjà assez de trucs bizarres et étranges en mécanique quantique sans devoir plonger plus loin dans la conscience quantique ou autre bizarreries New Age.
(mon préféré : faire disparaitre les franges d'interférences de Young en mesurant pas où passe l'électron à l'aide d'un dispositif de mesure sans interaction ou d'un dispositif dit de mesure faible. Mais il y en a pleins).

[shub22]

Salut,



Non, le Grand Ramtha, un guerrier lémurien d'il y a 35000 ans



Pour les questions sur la physique quantique ça reste bien venu.
Et de toute façon, il y a déjà assez de trucs bizarres et étranges en mécanique quantique sans devoir plonger plus loin dans la conscience quantique ou autre bizarreries New Age.
(mon préféré : faire disparaitre les franges d'interférences de Young en mesurant pas où passe l'électron à l'aide d'un dispositif de mesure sans interaction ou d'un dispositif dit de mesure faible. Mais il y en a pleins).

C'est vrai qu'il semble qu'il y en ait plein et la récente expérience de Jérusalem met en relief une bizarrerie de plus.
Pouvez-vous me donner la référence dont vous parlez à la dernière ligne, celle qui fait disparaître les franges d'interférence à l'aide d'un dispositif sans interaction ?

[Deedee81]

Pouvez-vous me donner la référence dont vous parlez à la dernière ligne, celle qui fait disparaître les franges d'interférence à l'aide d'un dispositif sans interaction ?

Elle est de moi.
Je combine juste l'expérience de Young avec la mesure du passage de l'électron (voir le cours de Feynman par exemple)
Et les mesures sans interaction (https://fr.wikipedia.org/wiki/Contra...%A9_(physique) ou beaucoup mieux : https://en.wikipedia.org/wiki/Elitzu...an_bomb_tester ou encore mieux https://arxiv.org/abs/quant-ph/0508102 (l'expérience qu'il analyse a réellement été réalisée) )

Rien de fabuleux mais j'aime bien. J'en parle ici aussi : http://www.scribd.com/doc/50186918/M...tique-Tome-VII

[shub22]

Rien de fabuleux mais j'aime bien. J'en parle ici aussi : http://www.scribd.com/doc/50186918/M...tique-Tome-VII

Est-ce que ce livre PDF existe en format livre, je veux dire des pages et couverture et tout ce qui s'ensuit ?
Pour ce cas-ci, je préférerais avoir des bouquins en bonne et dûe forme comme ça je peux écrire (au crayon) dans la marge, noter (toujours au crayon) des choses etc.

toute particule est dans un état indéterminé avant qu'on ne l'observe.

Non, ceci est faux.
Si je prépare un électron avec un spin up, que je le laisse évoluer sans interaction et que je remesure son spin plus tard, je trouverai toujours up. Dans ce cas là, l'état est bien déterminé

c'est cela qui est difficile à comprendre dans ce concept d'indétermination quantique...
Je reprends une phrase citée par Deedee dans son livre:
Lorsque la nouvelle mécanique quantique fut découverte, les physiciens classiques, ce qui incluait tout le monde sauf Heisenberg, Schrödinger et Born, dirent "écoutez, votre théorie n'est bonne à rien puisque vous ne pouvez pas répondre à des questions comme : quelle est la position exacte de la particule ? Par quel trou passe-t-elle ? Et quelques autres." La réponse de Heisenberg fut : "je n'ai pas besoin de répondre à de telles questions parce que vous ne pouvez pas les*poser expérimentalement. Nous n'avons pas à nous les poser." (Mécanique quantique, tome VII)

Bon je sais que la méca Q c'est difficile, peut-être la partie la + difficile de toute la physique mais il me semble que si le spin de l'électron est dans l'état up, vous ne l'observez pas pendant un certain temps , quand vous l'observez il est toujours dans l'état up, mais qu'est-ce qui vous dit qu'il a été effectivement ou conservé cet état up pendant tout le laps de temps où vous ne l'observiez pas ?
Si on prend au pied de la lettre la phrase ci-dessus d'Heisenberg, normalement on n'en sait rien entre 2 observations de son état: c.-à-d. que son état de up devient indéterminé jusqu'au moment où on le re-observe et on trouve qu'il est encore (toujours?) dans l'état up..

Bon je chipote désolé

[Deedee81]

Salut,

Est-ce que ce livre PDF existe en format livre, je veux dire des pages et couverture et tout ce qui s'ensuit ?
Pour ce cas-ci, je préférerais avoir des bouquins en bonne et dûe forme comme ça je peux écrire (au crayon) dans la marge, noter (toujours au crayon) des choses etc.

Non, mais tu peux l'imprimer

c'est cela qui est difficile à comprendre dans ce concept d'indétermination quantique...
[...]

Ce qui est troublant c'est que la MQ est, hors mesure, parfaitement déterministe (évolution strictement déterministe de la fonction d'onde avec l'équation de Schrödinger par exemple).
Mais la mesure ne l'est pas, en fait le lien "grandeurs quantiques" - "grandeurs classiques".
C'est tout de suite plus compréhensible quand on voit comment sont représentées ces grandeurs : valeurs propres, spectres, etc.... Mais le coté aléatoire reste étrange.

C'est d'ailleurs pour cela que j'estime qu'il faut maîtriser à fond la mécanique quantique (théories, équations, applications) avant d'essayer de l'interpréter car :
- bon, tout bêtement, on ne peut pas interpréter quelque chose qu'on connait mal
- mais aussi parce que la MQ, hors interprétation (si ce n'est l'interprétation minimaliste dite instrumentale), permet déjà d'éclaircir beaucoup de choses

[coussin]

Rien de troublant. Ce qui est déterministe est la fonction d'onde, qui n'est qu'une densité de probabilité. Mesurer, c'est tirer aléatoirement à partir de cette densité de probabilité. Et ce tirage donne un résultat bien évidemment aléatoire.
À mon avis, on devrait commencer par rabâcher aux étudiants les notions de probabilités et statistiques. Connaître parfaitement une PDF n'a rien à voir avec prédire exactement le résultat d'une mesure.

[shub22]

La question est "est-ce que l'on peut considérer la MQ hors mesure" et la réponse semble être non d'après Heisenberg
Bon je vais essayer de me remettre aux maths. Tout ça ce sont des choses que j'ai étudiées il y a fort longtemps et ça va être du boulot
Merci pour les explications en tout cas

[Deedee81]

Salut,

Juste un point.

la fonction d'onde, qui n'est qu'une densité de probabilité

Pas tout à fait. Il y a aussi une phase qu'on ne peut négliger. Sinon, on ne s'encombrerait pas des complexes et on travaillerait uniquement avec |psi|². Il est donc clair que c'est un peu plus que des probas. De plus, ces probas n'interviennent que lors de la mesure et il serait faux (là c'est mon avis) de le faire intervenir dans l'interprétation déterministe de la fonction d'onde (l'équation d'évolution).

Mais d'accord avec le reste. On ne peut se passer, en pratique scientifique, de l'interprétation probabiliste. Et c'est quelque chose que les étudiants doivent digérer (bon, au moins en polytech c'est le cas, j'ai eut un cours costaud de proba et de statistique. Mais je ne sais pas du tout pour les autres parcours académiques).

La question est "est-ce que l'on peut considérer la MQ hors mesure" et la réponse semble être non d'après Heisenberg

Il est clair qu'à un moment ou l'autre, faut bien faire une mesure. Sinon il n'y a plus de physique

Mais attention. Les copenhaguistes (dont Bohr fut le chef de fil) avaient une interprétation fortement ancrée sur les concepts classiques (même si de Bohr à Dirac en passant par Schrödinger et Heisenberg, il y a de fortes variations dans l'interprétation). C'est quelque chose qui doit être dépassé pour deux raisons :
- La mécanique quantique s'applique (pour ce qu'on en sait) à tout. Et on doit expliquer les lois/concepts/grandeurs classiques à partir de la MQ et pas l'inverse. Et présupposer les grandeurs classiques dans l'interprétation revient à se mordre la queue.
- Une des clefs dans la compréhension du passage quantique => classique est la décohérence quantique. Relativement récente elle était totalement inconnue du temps de Heisenberg. Et bien entendu, ils ont fait avec ce qu'ils avaient et en particulier, historiquement, ils partaient des théories classiques pour construire la MQ, pas le choix. Mais maintenant on sait qu'on peut aller plus loin même si on est certainement loin d'avoir tout compris des fondements de la mécanique quantique. Mais en tout cas, on doit profiter des gros progrès qui ont été fait dans la seconde moitié du vingtième siècle y compris encore récemment avec les expériences du groupe de Zeilinger sur ce sujet (ils ont même pu réfuter toute une classe de théories non locales, remarquable).

[shub22]

La décohérence quantique est une des rares choses (de mon point de vue bien sûr haha) qui me paraisse totalement claire dans cette question "pourquoi les lois sont-elles aussi différentes en MQ et en physique classique"
Par contre je pense (peut-être à tort!) qu'il y a bien un monde "en-soi" pour reprendre le terme de Kant en ce qui concerne la MQ et c'est là que se situe la majeure partie des interrogations.
La différence entre le flou et le certain, la quantification qui impose des états discrets correspondant à des nombres lesquels ne sont pas tirés au hasard très certainement etc.
L'épistémologue Bernard d'Espagnat introduit le terme de intersubjectivité déjà inventé par Kant pour dire qu'en fait dans la MQ, tout n'est ou ne serait affaire que de relations. Ce qui reviendrait à dire que exit la question d'un en-soi finalement.
A mon avis cela ne fait (interprétation très personnelle j'en conviens) que déplacer le problème

[Deedee81]

A mon avis cela ne fait (interprétation très personnelle j'en conviens) que déplacer le problème

Ce n'est pas si personnel en fait et j'ai le même point de vue.

Sur le relationnel, beaucoup le pensent aussi (et pas qu'en MQ !). Mais attention, même de ce point de vue, il y a une énorme variation dans les interprétations.
La vue relationnelle de Rovelli est par exemple très positiviste alors que j'en ai une vue très réaliste.

P.S. on est vachement hors sujet là. Je propose d'en arrêter là avec les interprétations.

[shub22]

Oui la discussion a dérivé sur d'autres choses.
Merci en tout cas à tous et je pense que effectivement sans les mathématiques une vraie approche et compréhension de la MQ dans tous ses aspects est plutôt difficile sans doute.