Vide quantique

[Malo257]

Bonjour.
Je me pose une question depuis quelques temps et c'est : est ce que la théorie du vide quantique s'applique aussi aux atomes ?

Merci de m'éclairer sur le sujet.
-----

[Deedee81]

Salut,

Je me pose une question depuis quelques temps et c'est : est ce que la théorie du vide quantique s'applique aussi aux atomes ?

Qu'est-ce que tu appelles "théorie du vide quantique" et "s'appliquer à" ????

Si tu veux parler des fluctuations du vide (créations aléatoires, spontanées et brèves de paires de particules comme des photons électrons-positrons. Un exemple assez simple étant l'échange de photons virtuels dans l'interaction électrostatique coulombienne. Avec "quelques" calculs on peut même retrouver la loi de Coulomb (*) ) alors la réponse est oui.
Mais la probabilité d'une telle fluctuation doit être infime, même sans faire le calcul, c'est forcément extraordinairement, fabuleusement faible.... Sans aucune conséquence pratique ni même mesurable.
D'une manière générale les "assemblages" n'apparaissent pas facilement, surtout à cause de la masse, l'échange de mésons pi (assemblage de quarks) dans l'interaction nucléaire par exemple ne se produit que sur des distances de l'ordre de la taille d'un proton. EDIT à noter qu'un proton est beaucoup plus lourd qu'un pion, donc même pour l'hydrogène ça doit être peau de chagrin.

Si tu parlais de fluctuations du vide quantique dans des atomes, alors oui aussi et là mesurable (outre les interactions, il y a par exemple le décalage Lamb, un effet du type Casimir)
https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Casimir
https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9calage_de_Lamb

Si ce n'est pas du tout de ça que tu parles, peux-tu préciser ?

(*) Le calcul est par exemple dans le Nelipa : https://www.amazon.fr/Physique-parti.../dp/B0014IG1OQ
Bouquin que je conseille d'ailleurs, super agréable à lire, très bon bouquin. Très orienté physique des particules. Ce n'est pas de la vulgarisation ! Les mathématiques y sont costaudes, ça commence presque d'entrée par récapituler la forme des termes scalaires, vectoriels, spinoriels etc.... dans les lagrangiens, par exemple.

[jacknicklaus]

(*) Le calcul est par exemple dans le Nelipa : https://www.amazon.fr/Physique-parti.../dp/B0014IG1OQ
Bouquin que je conseille d'ailleurs, [...]

Conseillé à un forumeur de 15 ans !?

[albanxiii]

En fait il faudrait surtout savoir ce que Malo257 veut dire par "théorie du vide quantique".
Théorie quantique, je connais, vide quantique, aussi. Mais pas les deux ensemble.
Je suspecte une petite confusion.

Oui, la théorie quantique s'applique aux atomes. Elle a même été élaborée pour expliquer le comportement des atomes au début de 20ème siècle. Cette mécanique quantique fonctionne bien quand on l'applique à des particules. Elle permet de comprendre beaucoup de choses en rapport avec les atomes, la spectroscopie, les propriétés des solides, etc.

Tout ceci concerne la matière. Les physiciens se sont dit que ça serait surement très "rentable" (du point de vue de la compréhension de la nature) de considérer aussi le champ électromagnétique comme un objet quantique. Mais quand on commence à regarder comment faire d'un peu plus près, ça devient (beaucoup) plus compliqué... je passe sur les détails.
La notion de vide quantique est introduite quand on essaye d'appliquer la mécanique quantique au champ électromagnétique. C'est l'état de plus basse énergie du champ électromagnétique en version quantique. Donc, rien de magique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Malo257]

En fait il faudrait surtout savoir ce que Malo257 veut dire par "théorie du vide quantique".
Théorie quantique, je connais, vide quantique, aussi. Mais pas les deux ensemble.
Je suspecte une petite confusion.

Oui, la théorie quantique s'applique aux atomes. Elle a même été élaborée pour expliquer le comportement des atomes au début de 20ème siècle. Cette mécanique quantique fonctionne bien quand on l'applique à des particules. Elle permet de comprendre beaucoup de choses en rapport avec les atomes, la spectroscopie, les propriétés des solides, etc.

Tout ceci concerne la matière. Les physiciens se sont dit que ça serait surement très "rentable" (du point de vue de la compréhension de la nature) de considérer aussi le champ électromagnétique comme un objet quantique. Mais quand on commence à regarder comment faire d'un peu plus près, ça devient (beaucoup) plus compliqué... je passe sur les détails.
La notion de vide quantique est introduite quand on essaye d'appliquer la mécanique quantique au champ électromagnétique. C'est l'état de plus basse énergie du champ électromagnétique en version quantique. Donc, rien de magique.

Je veux parler des fluctuation du vide et j'utilise le thermes de "théorie" car, à ma connaissance, on n'a pas pu prouver à 100% que c'est vrai. C'est pour ça que je parle aussi de théorie de la relativité générale par exemple.

[Malo257]

Conseillé à un forumeur de 15 ans !?

J'ai beau avoir 15 ans, cela ne m'empêche pas de lire du Stephen Hawking (paix a son âme) et des articles de nombreux scientifiques (notamment ceux de Leonard Susskind et Juan Maldacena sur l'équation ER=EPR que je trouve passionnante).

[syborgg]

Salut,



Qu'est-ce que tu appelles "théorie du vide quantique" et "s'appliquer à" ????

Si tu veux parler des fluctuations du vide (créations aléatoires, spontanées et brèves de paires de particules comme des photons électrons-positrons. Un exemple assez simple étant l'échange de photons virtuels dans l'interaction électrostatique coulombienne. Avec "quelques" calculs on peut même retrouver la loi de Coulomb (*) ) alors la réponse est oui.
Mais la probabilité d'une telle fluctuation doit être infime, même sans faire le calcul, c'est forcément extraordinairement, fabuleusement faible.... Sans aucune conséquence pratique ni même mesurable.
D'une manière générale les "assemblages" n'apparaissent pas facilement, surtout à cause de la masse, l'échange de mésons pi (assemblage de quarks) dans l'interaction nucléaire par exemple ne se produit que sur des distances de l'ordre de la taille d'un proton. EDIT à noter qu'un proton est beaucoup plus lourd qu'un pion, donc même pour l'hydrogène ça doit être peau de chagrin.

Si tu parlais de fluctuations du vide quantique dans des atomes, alors oui aussi et là mesurable (outre les interactions, il y a par exemple le décalage Lamb, un effet du type Casimir)
https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Casimir
https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9calage_de_Lamb

Si ce n'est pas du tout de ça que tu parles, peux-tu préciser ?

(*) Le calcul est par exemple dans le Nelipa : https://www.amazon.fr/Physique-parti.../dp/B0014IG1OQ
Bouquin que je conseille d'ailleurs, super agréable à lire, très bon bouquin. Très orienté physique des particules. Ce n'est pas de la vulgarisation ! Les mathématiques y sont costaudes, ça commence presque d'entrée par récapituler la forme des termes scalaires, vectoriels, spinoriels etc.... dans les lagrangiens, par exemple.

Ce livre de Nelipa est il la traduction francaise de "introduction to gauge field theories" du meme auteur, ou sont-ce 2 livres differents ?
Les livres russes "anciens" en sciences dures sont souvent interessants et instructifs, ca me fait penser que j'ai appris pas mal de choses en lisant la traduction anglaise du fameux livre de Pontryagin sur les groupes topologiques, qui pourtant date des annees 40.

[Deedee81]

Salut,

Conseillé à un forumeur de 15 ans !?

J'ai quand même prévenu que ce n'était pas de la vulgarisation et il n'y a pas que lui qui lit le forum

Je veux parler des fluctuation du vide et j'utilise le thermes de "théorie" car, à ma connaissance, on n'a pas pu prouver à 100% que c'est vrai. C'est pour ça que je parle aussi de théorie de la relativité générale par exemple.

Je ne comprend pas bien ton 100% car les effets des fluctuations sont parfaitement vérifiés expérimentalement : effet Casimir, effet Lamb, etc... et même cette bonne vieille force de Van der Waals....

Il est vrai qu'une des conséquences en relativité générale est le rayonnement de Hawking, et pour des raisons assez évidente il n'est pas (encore) vérifié expérimentalement.
Mais là c'est aussi le problème général non pas de prouver la théorie quantique (et ses fluctuations) mais d'avoir une théorie quantique de la gravitation (on en a plusieurs, on ne sait pas laquelle est la bonne : boucles, cordes, twisteurs, et des tonnes de variantes, etc...)

Ce livre de Nelipa est il la traduction francaise de "introduction to gauge field theories" du meme auteur, ou sont-ce 2 livres differents ?
Les livres russes "anciens" en sciences dures sont souvent interessants et instructifs, ca me fait penser que j'ai appris pas mal de choses en lisant la traduction anglaise du fameux livre de Pontryagin sur les groupes topologiques, qui pourtant date des annees 40.

Je crois que c'est ce livre même si en Français il s'appelle "physique des particules" (mais il y introduit rapidement les champs de jauge).

Tu as raison avec les livres russes. Un des livres que je préfère sur la RR est celui d'Ougarov.

Par contre, les Landau et Lifshitz... très prisés.... je les ait trouvé incroyablement arides. Faut prendre sur soi pour les lire jusqu'au bout
(par contre le livre QED de Landau, j'ai rarement vu un livre aussi complet, précis et détaillé sur le sujet !!!! On peut lui rendre ça).

[syborgg]

Salut,


Tu as raison avec les livres russes. Un des livres que je préfère sur la RR est celui d'Ougarov.

Ce que j'apprecie des livres russes en maths c'est le bon equilibre entre approche pragmatique et presentation formelle. C'est tres agreable en compraison avec les livres d'auteurs francais qui sont trop souvent des listes interminables de "definition, lemme, theoreme" sans aucun commentaire. Les russes en revanche font beaucoup de commentaires pertinents et eclairants tout au long du developpement du livre, et ca aide grandemenet a la comprehension du sujet en profondeur.

Pour quelles raisons preferes tu le livre d'Ougarov sur la RR ?

[Deedee81]

Ce que j'apprecie des livres russes en maths c'est le bon equilibre entre approche pragmatique et presentation formelle. C'est tres agreable en compraison avec les livres d'auteurs francais qui sont trop souvent des listes interminables de "definition, lemme, theoreme" sans aucun commentaire. Les russes en revanche font beaucoup de commentaires pertinents et eclairants tout au long du developpement du livre, et ca aide grandemenet a la comprehension du sujet en profondeur.

Ah, le drame Bourbaki

Même en physique je trouve que c'est bien équilibré au niveau des maths, ni trop, ni trop peu.

Pour quelles raisons preferes tu le livre d'Ougarov sur la RR ?

Très complet et très agréable à lire.
EDIT mais il est vrai que je peux difficilement comparer, je n'ai pas lu beaucoup de livre sur la RR. Par contre j'ai lu beaucoup de livre/cours RG où il y a toujours une intro RR.

[syborgg]

EDIT mais il est vrai que je peux difficilement comparer, je n'ai pas lu beaucoup de livre sur la RR. Par contre j'ai lu beaucoup de livre/cours RG où il y a toujours une intro RR.

Ah tiens j'en profite pour demander : connais tu le livre "introduction to general relativity" de Adler/Bazin/Schiffer ? si oui, est il recommandable ?

[Deedee81]

Ah tiens j'en profite pour demander : connais tu le livre "introduction to general relativity" de Adler/Bazin/Schiffer ? si oui, est il recommandable ?

Non, je ne connais pas. Attendons pour voir si d'autres connaissent (après tout on est dimanche )

[Malo257]

Je ne comprend pas bien ton 100% car les effets des fluctuations sont parfaitement vérifiés expérimentalement : effet Casimir, effet Lamb, etc... et même cette bonne vieille force de Van der Waals....

Ce modèle marche à la perfection mais il se peut que ce ne soit pas exactement ça qu'il se passe en vrai. Avant Einstein, on était persuadé que la gravitation était une force et rien d'autre. Après il est fort probable que je me trompe je n'ai que 15 ans

[coussin]

Les théories physiques ne sont pas là pour décrire "ce qu'il se passe en vrai". Elles sont là pour prédire des choses qu'on observe ensuite expérimentalement. C'est tout.
"Ce qu'il se passe en vrai" est du ressort de la philosophie, pas de la physique.

[syborgg]

Les théories physiques ne sont pas là pour décrire "ce qu'il se passe en vrai". Elles sont là pour prédire des choses qu'on observe ensuite expérimentalement. C'est tout.
"Ce qu'il se passe en vrai" est du ressort de la philosophie, pas de la physique.

Allons soyons honete : la plupart des physiciens ne sont ils pas convaincus dans leur fort interieur que ce qu'ils manipulent, c'est "ce qui se passe en vrai" ?... cette dichotomie que tu declames haut et fort est factice a mon avis.

[coussin]

Allons soyons honete : la plupart des physiciens ne sont ils pas convaincus dans leur fort interieur que ce qu'ils manipulent, c'est "ce qui se passe en vrai" ?... cette dichotomie que tu declames haut et fort est factice a mon avis.

Ce serait stupide de croire ça puisqu'il est trivial de trouver une hypothèse invérifiable censée expliquer parfaitement l'Univers dans lequel nous vivons...

[syborgg]

Ce serait stupide de croire ça puisqu'il est trivial de trouver une hypothèse invérifiable censée expliquer parfaitement l'Univers dans lequel nous vivons...

Je ne parle pas des hypotheses inverifiables, je parle de ce que manipule au quotidien le physicien.

[coussin]

Est-ce que la fonction d'onde est "vraie" par exemple. Ce genre de question intéresse certaines personnes, c'est vrai. Perso, ça ne m'intéresse pas.
Je peux revenir sur les fluctuations du vide : est-ce que celles-ci "se passent en vrai". La question n'a pas de sens. Les fluctuations du vide ne sont qu'une interprétation, c'est tout. En particulier, tous les effets généralement imputés aux fluctuations du vide peuvent être décrit par une autre interprétation qui ne fait pas intervenir les fluctuations du vide.
Sachant cela, peut-on répondre à la question quant à la "réalité" des fluctuations du vide ? Non.

[syborgg]

Est-ce que la fonction d'onde est "vraie" par exemple. Ce genre de question intéresse certaines personnes, c'est vrai. Perso, ça ne m'intéresse pas.
Je peux revenir sur les fluctuations du vide : est-ce que celles-ci "se passent en vrai". La question n'a pas de sens. Les fluctuations du vide ne sont qu'une interprétation, c'est tout. En particulier, tous les effets généralement imputés aux fluctuations du vide peuvent être décrit par une autre interprétation qui ne fait pas intervenir les fluctuations du vide.
Sachant cela, peut-on répondre à la question quant à la "réalité" des fluctuations du vide ? Non.

Ta position me semble tres rigide et tes propos peremptoires. Tu presentes les physiciens comme des robots desincarnes qui ne voient le monde qu'en terme de mesures et de calculs... Mais c'est peu etre moi qui est tort apres tout...

[invite54165721]

moi non plus les questions philosophisiques ce n'est pas ma tasse de darjeeling mais il faut bien avouer que que si
on pose des questions techniques du style lemme de schur sur le forum , il y a beaucoup de lecteurs mais aucune réponse!
sauf le traditionnel "c'est tres technique"

[syborgg]

Est-ce que la fonction d'onde est "vraie" par exemple. Ce genre de question intéresse certaines personnes, c'est vrai. Perso, ça ne m'intéresse pas.
Je peux revenir sur les fluctuations du vide : est-ce que celles-ci "se passent en vrai". La question n'a pas de sens. Les fluctuations du vide ne sont qu'une interprétation, c'est tout. En particulier, tous les effets généralement imputés aux fluctuations du vide peuvent être décrit par une autre interprétation qui ne fait pas intervenir les fluctuations du vide.
Sachant cela, peut-on répondre à la question quant à la "réalité" des fluctuations du vide ? Non.

Je ne pensais pas exactement en ces termes : se demander si la fonction d'onde est vraie n'est pas la question (elle est "vraie" dans le monde mathematique c'est tout ce qu'on peut dire), mais plutot qu'elle permet de rentrer en contact avec la realite physique.

[invite54165721]

dans le forum astronomie il a été créé deux sous forums l'un pour les discussions libres et l'autre pour les physiciens et étudiants "avancés" . ce serait bien que dans ce forum on aie un tel choix pour les posts et une redirection ou cas ou.
Je sais bien que ce forum a un large public et ma proposition n'a pour but d'exclure personne des débats.
simplement les étudiants du supérieur sauraient ou poster comme d'ailleurs dans le forum des maths.

[Deedee81]

Bonjour,

Il faut distinguer ce que font et disent les physiciens de... ce qu'ils pensent. Et c'est évidemment difficile de savoir ce qu'ils pensent !!!! Très peu s'épanchent sur leurs croyances, leur philosophie,....
Je ne peux donc parler qu'en mon nom (+ quelques infos issus de sondages auprès des physiciens, lu au hasard de mes lectures).

Non, je ne crois pas que la physique a pour but de décrire la "réalité" ou le "vrai" ou la "nature des choses". Par contre faisant partie des "réalistes" (comme la plupart des physiciens en fait !), j'estime qu'il y a bien une réalité physique, quelle qu'elle soit, derrière nos modèles et nos équations. Mais (et ce "mais" est absolument majeur) :
- On ne doit pas faire d'hypothèse sur la forme que peut prendre cette réalité (comme l'a fait Einstein qui la voyait comme "classique" et s'est planté dans son article EPR)
- Le rôle de la physique, en tant que discipline, n'est pas de décrire cette réalité mais de donner une modélisation théorique (mathématique) des résultats expérimentaux afin de faire des prédictions dont un des buts est de vérifier qu'on a réussi à bien modéliser et d'en tirer des applications (de laboratoire ou technologiques voire commerciales)
- La physique n'a pas pour but de décrire la réalité mais elle essaie de modéliser au mieux cette réalité, forcément, sinon comment espérer que les prédictions collent aux résultats expérimentaux ! Ce n'est pas contradictoire car les buts tant que les méthodes différent entre "je veux savoir ce qu'est la réalité" et ce qui est vraiment fait.
- Il ne faut surtout pas confondre la carte et le territoire (la carte est le modèle mathématique, et ce n'est que ça, des maths, et le lien entre la carte et le territoire est ici l'association de certaines variables mathématiques à des grandeurs physiquement mesurables)
- Il est extrêmement fréquent qu'il y ait plusieurs façons de modéliser la même chose. Et pas seulement par une simple restructuration mathématique (par exemple la forme intégrale ou différentielle des équations de Maxwell), ça peut être plus profond et toucher au lien "grandeurs - variables". Un exemple en est la modélisation de la gravitation suggéré plus haut. On peut parfaitement modéliser la théorie de la gravitation de Newton comme on le fait en relativité générale (modèle de Cartan si ma mémoire est bonne) et donc... plus de Force. Et d'ailleurs même en mécanique classique on peut avoir des forces (postulats de Newton) .... ou pas (formulation de Lagrange et Hamilton, la mécanique analytique). Sans oublier l'existence de parties de la modélisation qui n'ont pas d'équivalent physique mais sont nécessaires à la modélisation, un exemple connu étant la jauge en électromagnétisme, tout à fait arbitraire (mais avec des conséquences profondes car ça cache une symétrie de la nature). Le rejet du concept de Force date de deux siècles, ça date bien d'avant la relativité, cela a provoqué d'interminable débats philosophiques... qui ont cessé car on a compris justement qu'il ne fallait pas confondre la modélisation et le modèle.
- Il faut donc être TRES prudent quand on veut associer un élément d'un modèle à un élément de réalité. Il faut éviter les présupposés philosophiques et les conclusions hâtives. On a parlé de la fonction d'onde ci-dessus : réelle ou pas réelle ? Question stupide s'il en est : c'est une fonction mathématique, ni plus ni moins.... ce qui compte est son lien avec les données mesurables, et cela ne se limite pas aux probabilités (il y a la phase et les interférences). On peut considérer qu'en l'état actuel de nos connaissances la fonction d'onde est le meilleur modèle du concept "particule quantique", cela peut même en constituer sa définition. Mais à nouveau, ne pas confondre ici carte et territoire ou la définition d'une pomme dans le dictionnaire et la pomme réelle. Le fait que cette modélisation soit la meilleure (connue) et extrêmement rigoureuse (mathématique) n'en fait pas l'objet réel, juste sa meilleure "image".
- Pour en revenir aux fluctuations. Là, la modélisation est complexe, difficile et fort trompeuse. C'est un sujet difficile. Je ne vais pas à nouveau pisser des dizaines de paragraphes sur le sujet, je l'ai assez fait et une petite recherche sur le forum peut aider. Je rappellerai juste que les fluctuations quantiques = particules virtuelles en interaction avec des particules dites "réelles" sont pour moi tout à fait tangibles (ce n'est pas qu'un artifice de calcul), j'avais déjà donné de solides arguments pour ça. Mais par contre pour moi les fluctuations "vide-vide" n'ont pas d'existence réelle. Voir l'article de Zeh sur ArXiv dont j'ai déjà donné de nombreuses fois le lien.
- Enfin, la physique n'est jamais aboutie. Elle a évolué, évolue et évoluera encore. Il y a eut et il y aura encore de gros changements théoriques, des changements de paradigmes.... C'est un fait. Et c'est en ça que c'est scientifique et non un dogme. Mais doit on pour autant dire "elle est pas bonne car pas complète" ? Non, ce serait une bêtise car :
-- N'ayant pas de boule de cristal, il est impossible de savoir ce qu'on découvrira demain. Vouloir en discuter porte un nom: tirer des plans sur la queue de la comète.
-- On doit faire avec ce qu'on a maintenant (en particulier sur Futura qui a pour but d'expliquer les sciences en leur état)
-- Les théories sont validées par l'expérience (enfin pas toutes ), et la mécanique quantique en général, et la théorie quantique des champs en particulier, a été validée dans des expériences d'une précision presque diabolique. Voir dans wikipedia le calcul et la mesure du "moment magnétique anomal de l'électron" (anomal, pas anormal hein ). On ne peut donc rejeter les théories comme ça. Elles marchent bien, on doit en tenir compte (c'est même un peu désespérant car on sait que nos théories sont incomplètes et elles marchent.... trop bien, c'est assez énervant). Rappelons d'ailleurs qu'on utilise toujours la théorie de Newton même si elle a été remplacée par la relativité générale. Pour calculer la trajectoire d'un satellite ou d'une sonde, on utilise Newton. Faudrait être cinglé pour se casser la nénette à utiliser les équations tensorielles de la relativité générale pour ça. On n'utilise la relativité générale qu'en champ fort (trous noirs, étoiles à neutrons,...), à très grande échelle (cosmologie) ou lorsqu'on a besoin d'une très grande précision (décalage des horloges atomiques des GPS par exemple).