Questions, expérience fentes de Young

[franklin.]

Bonsoir,

pour commencer, je crois que je vais un peu enfoncer des portes ouvertes ;
après avoir lu un article sur les ondes gravitationnelles, j'ai, je crois, compris qu'une onde est finalement une perturbation d'un milieu :
- une perturbation du milieu eau dans le cas du jet d'un caillou dans une mare par exemple,
- une perturbation du milieu air dans le cas du son,
- une perturbation du milieu électromagnétique dans le cas de la lumière,
- et enfin une perturbation du milieu espace/temps dans le cas d'une onde gravitationnelle ; ce qui paraît logique ici puisque des objets massifs déforment l'espace/temps ; (j'ajoute qu'il faut peut-être dans ce cas au moins deux objets massifs en relation, comme les deux trous noirs qui ont permis la première détection d'ondes gravitationnelles ?)
j'espère ne pas faire erreur dans cette énumération, (j'ajoute que ces perturbations se mesurent en fréquences)...

Et j'en arrive aux questions en relation avec le titre de cette nouvelle discussion et pardonnez-moi si les questions que je vais poser sont ambitieuses et totalement à côté de la plaque, il s'agit tout de même d'un sujet de haute volée, mais je préfère quand même poser ces 2 questions quitte à recevoir une volée de bois vert :
je me réfère à la vidéo : Sciences étonnantes #53 : La plus belle expérience de la physique concernant donc l'expérience des fentes de Young.

La première question est celle-ci :

A 9mn53s de la vidéo, l'intervenant fait remarquer que "la figure avec les deux fentes ouvertes n'est pas égale à celle qu'on obtient en additionnant les deux figures obtenues avec une seule fente" ;
en effet les images montrent que les électrons sont présents sur l'ensemble des deux surfaces avec une seule fente ouverte ;

Voilà ma remarque : la figure d'interférences lorsque les deux fentes sont ouvertes ne veux pas dire qu'il n'y a pas d'électrons qui "impriment" la surface à l'endroit des bandes sombres, mais que les bandes sombres sont la conséquence de l'annulation des fonctions d'ondes à cet endroit (voir à 4mn52 de la vidéo).
Ainsi l'addition des deux figures, lorsque l'une ou l'autre des fentes sont ouvertes, peut tout à fait être compatible avec une figure d'interférences (lorsque les deux fentes sont ouvertes en même temps), c'est juste qu'à certains endroits (les bandes sombres), les figures d'ondes s'annulent, et non pas que les électrons y sont absents. (Dîtes-moi si je suis clair ou pas, si l'idée est correctement énoncée).

La deuxième question m'est venue d'une réflexion et c'est pour ça que je suis revenu à cette vidéo :

Je me suis demandé comment on observait dans cette expérience le passage d'électrons par chaque fente.
Il me semblait me souvenir que les expérimentateurs utilisaient la lumière, et si je me réfère à cette même vidéo, cela semble être le cas (voir la vidéo à 11mn44s ou l'intervenant explique : "dans notre montage, on peut du coup imaginer mettre une grosse source lumineuse, juste après les deux fentes, et des détecteurs de lumière à côté", et il remarque à 11mn58 de la vidéo que "la figure d'interférence disparaît") ;

Peut-être cela va vous paraître stupide, mais si on utilise de la lumière pour observer l'électron, (hypothétiquement une fonction d'onde donc), la lumière à toutes les chances d'annuler cette fonction d'onde puisqu'elle est non seulement une onde elle-même et qu'elle "couvre" dans le cas d'un rayon lumineux complet l'ensemble des fréquences ; ici c'est comme si elle comblait tous les "creux" et les "bosses" des ondes (veuillez me pardonner aussi ici l'utilisation de termes vulgaires et non réellement scientifiques pour illustrer l'idée.
Pour le dire autrement j'ai l'impression que c'est comme si l'on voulait observer les rides de l'eau agitée par le jet d'un caillou en envoyant des dizaines de litres d'eau et en attendant que ces dizaines de litres d'eau soit renvoyées par la ridule, il y a des fortes chances ici que la ridule soit comme "effacée", (il s'agit juste dans cette dernière remarque d'une image pour exprimer l'idée générale).

Pardonnez-moi si mon intervention est absurde, je souhaitais tout de même m'y risquer.

Merci...
-----

[Deedee81]

Salut,

j'espère ne pas faire erreur dans cette énumération,

Non, ça va

(j'ajoute que ces perturbations se mesurent en fréquences)...

Ou en longueur d'onde. On doit aussi ajouter l'amplitude et éventuellement la polarisation (pas pour le son qui n'a pas de polarisation, c'est une onde longitudinale) et la direction (plus éventuellement des sommes de tout ça, tout comme une onde sonore peut avoir deux tonalités simultanées).

Ensuite ça va jusque ça (il y en a un prémisse dans ce qui précède mais là c'est clair) :

les figures d'ondes s'annulent, et non pas que les électrons y sont absents. (Dîtes-moi si je suis clair ou pas, si l'idée est correctement énoncée).

Non ça c'est faux. Il n'y a pas une onde et des électrons (enfin, sauf si on est un adepte de de Broglie-Bohm mais ça ne change pas grand chose en fait) ce sont une seule et même chose. La probabilité de trouver un électron (un impact) étant proportionnel au carré de l'onde (là c'est vrai aussi pour de Broglie). S'il n'y a pas d'onde il n'y a pas d'électrons.

Et précisions sur ce qui suit (et plongée profonde dans les marais boueux de l'interprétation quantique )

Peut-être cela va vous paraître stupide, mais si on utilise de la lumière pour observer l'électron, (hypothétiquement une fonction d'onde donc), la lumière à toutes les chances d'annuler cette fonction d'onde puisqu'elle est non seulement une onde elle-même et qu'elle "couvre" dans le cas d'un rayon lumineux complet l'ensemble des fréquences ; ici c'est comme si elle comblait tous les "creux" et les "bosses" des ondes (veuillez me pardonner aussi ici l'utilisation de termes vulgaires et non réellement scientifiques pour illustrer l'idée.

Non ce n'est pas du tout stupide ni absurde. C'est même tout bon ou presque. Bon d'abord, ce n'est pas les mêmes ondes et il n'y a aucune raison que l'une annule l'autre (tout comme un bruit ne risque pas de faire disparaitre la lumière). Toutefois les deux interagissent fortement et donc oui on peut voir ça comme ça. On perturbe fortement l'électron donc on a toutes les chances de perturber l'électron au point de détruire la figure d'interférences. C'est d'ailleurs ainsi que le présentent beaucoup d'auteurs y compris Feynman. En utilisant le principe d'indétermination de Heisenberg il montre même que lorsque la perturbation est "juste suffisante pour savoir par où passe l'électron" alors l'électron est "juste assez perturbé pour détruire la figure d'interférence".

Deux bémols :
- Tout d'abord quand tu dis "l'onde est effacée" non, ça c'est faux, l'électron arrive sur l'écran, on n'en perd aucun. Il arrive juste à un endroit un peu différent ce qui détruit la jolie figure d'interférences.
- Ensuite je n'aime pas trop personnellement l'explication par perturbation. Et déjà ci-dessus cela parait sacrément vicieux. "Juste assez pour savoir" => "juste assez pour supprimer les interférences". Ca parait tellement pervers que beaucoup ont essayé de contourner ça. C'est plus une conséquence des comportements quantiques en général que d'un simple concept de perturbation bien que ce soit lié car ces comportements quantiques se traduisent justement par le principe d'indétermination. Et c'est hélas difficile à vulgariser en quelques lignes. En espérant ne pas être trop trompeur je dirais que "savoir par où passe l'électron, quelle que soit la raison, suffit à détruire la figure d'interférence". Il peut sembler troublant (et ça l'est) qu'un simple savoir provoque un changement physique. Mais en réalité le fait de savoir ne fait que donner une information sur l'électron ce qui implique qu'il a un certain état (correspondant à cette information) et cet état implique "pas d'interférences". Ca reste malgré tout troublant et on peut l'illustrer par l'expérience suivante.

Il est possible de mesurer la présence d'un objet (par exemple un électron) sans interagir avec lui. Etrangeté de la mécanique quantique :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Contra...%A9_(physique)
Avec l'expérience de pensée "comment tester si une bombe marche sans la faire exploser" (une bombe conçue pour exploser dès qu'on veut la tester, sinon ce ne serait pas marrant).

Bon, c'est pas très efficace (30% de réussite, pas terrible) mais on peut améliorer.

Ici https://arxiv.org/abs/quant-ph/0508102 Cramer analyse une expérience avec un taux d'efficacité très élevé. Expérience réellement réalisée.

Utilisons maintenant ce type de dispositif pour savoir par où passe l'électron. Donc on sait par quelle fente passe l'électron sans interagir avec lui, sans le perturber,.... A ma connaissance l'expérience n'a jamais été réalisée telle qu'elle (il existe une manière plus "barbare" de le faire et qui est analogue au choix différé et qui a bien été réalisée). Mais la mécanique quantique est claire : plus d'interférences. Notons que ce n'est pas un truc "new age" du genre l'esprit influe sur la matière car il n'y a pas besoin de noter ou prendre conscience de la mesure, l'expérience en soi suffit, qu'on prenne connaissance du résultat ou pas.

La mécanique quantique.... c'est ouf
(c'est ce qui la rend passionnante)

[Deedee81]

Précision importante.

Il ya trente-six manières d'interpréter la mécanique quantique. Une interprétation étant une traduction (à peu de chose près) en langage de tous les jours mais "sans modifier la théorie ni ses résultats expérimentaux" (à quelques exceptions près).
https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A...pr%C3%A9tation
(infiniment plus complet en anglais https://en.wikipedia.org/wiki/Interp...ntum_mechanics )
(en plus il y a une bourde en français : la décohérence n'est PAS une interprétation de la MQ mais une application de la MQ aux systèmes en interaction avec leur environnement)

L'interprétation de Copenhague est claire : si on mesure (peu importe comment) la position de l'électron, il y a réduction de la fonction d'onde et plus d'interférence.
Mais elle n'aide pas à comprendre : si on n'interagit pas avec l'électron et si le résultat n'est ni enregistré ni observé.... comment cette foutue fonction d'onde peut-elle se réduire.

Mais il existe pleins d'autres interprétations qui marchent bien. On peut y faire son marché : relationnel, mondes multiples, transactionnel, de Broglie-Bohm, états relatifs...

[franklin.]

Bonjour,

C'est même tout bon ou presque. Bon d'abord, ce n'est pas les mêmes ondes et il n'y a aucune raison que l'une annule l'autre (tout comme un bruit ne risque pas de faire disparaitre la lumière).

vous dîtes que ce n'est pas les mêmes types d'ondes...
Alors logiquement, je vous demanderais quelles sont ces deux types d'ondes aux propriétés si différentes qui vous amènent à les comparer dans leur nature, au son et à la lumière ?
En effet, vous suggérez que ce serait comme retenir d'un côté les propriétés ondulatoires du son ("bruit"), et celles de la lumière de l'autre ("électromagnétisme"), et qu'il n'y aurait donc aucune interaction possible, puis qu’ici les ondes seraient de natures différentes ;

j'ajouterais que vous retenez de l'expérience, les propriétés électromagnétiques ("la lumière"),
Mais quelles sont alors, l'autre ou les autres ondes concernées dans cette expérience :
-donc d'un côté l'électromagnétisme ("la lumière") que vous retenez et
-de l'autre il ne s'agit bien entendu pas du "son" mais de quelle type d'ondes alors ?

...j'espère avoir été le plus clair possible dans cette première réponse...

merci...

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Mais quelles sont alors, l'autre ou les autres ondes concernées dans cette expérience :
-donc d'un côté l'électromagnétisme ("la lumière") que vous retenez et
-de l'autre il ne s'agit bien entendu pas du "son" mais de quelle type d'ondes alors ?

Bonjour,
Les ondes de probabilité quantique d'une particule ne sont pas des ondes électromagnétiques, mais des ondes propres à chaque type de particule.
Dans le cas de l'électron elle interagissent par la charge de l'électron, l'onde probabilité de l'électron porte donc une charge, alors que l'onde électromagnétique porte des champs, mais pas de charge.

[franklin.]

Bonsoir,

Les ondes de probabilité quantique d'une particule ne sont pas des ondes électromagnétiques, mais des ondes propres à chaque type de particule.
Dans le cas de l'électron elle interagissent par la charge de l'électron, l'onde probabilité de l'électron porte donc une charge, alors que l'onde électromagnétique porte des champs, mais pas de charge.

je relève aussi cette citation #2 de xk150, issue de la discussion lancée le 01/06/2019 dont le titre est Interaction électromagnétique :

"Cela peut être vrai , mais ce n'est pas le cas le plus général : http://www.cea.fr/comprendre/Pages/p...unication.aspx
Beaucoup sont produites par le déplacement de charges électriques : https://jcmarot.files.wordpress.com/...agnetiques.pdf"

...du coup si je vais sur le site du cea, je relève ceci : "Ces ondes sont par exemple produites par des charges électriques en mouvement."
...et vous ajouter xk150 que ces ondes sont produites par le déplacement des charges électriques...

Donc si je m'en tiens aux citations, au final c'est bien l'interaction et plus précisément le mouvement des charges entre elles qui est semble-t-il à l'origine des ondes électromagnétiques.

En fait, ce qui me pose problème dans vos interventions c'est que vous semblez dissocier charges, champ et ondes électromagnétiques ; alors qu'au fond il semble tout simplement qu'un champ électromagnétique ou une onde sont corrélés au mouvement des charges entre elles...
une onde électromagnétique serait le résultat direct du mouvement des charges entre elles, et un champ le résultat de leur interaction...
je ne sais pas si j'appréhende ces faits correctement, mais il me semble que oui...car j'ajoute :

dans la discussion Interaction électromagnétique d'où vient la citation de xk150, il y a quelques pièces jointes illustratives qui m'amènent à la remarque sur la relation entre charges, champs et ondes électromagnétiques...

...j'espère donc être clair dans ma remarque suivante : en poursuivant l'interprétation issue des images jointes, il y a d'une part les charges portées par les électrons, et celles portées par les protons, si on fixe cette relation en "un arrêt sur image", on observe alors un champ électromagnétique qui serait en quelque sorte la répartition des "zones d'influence des différentes charges dans l'espace" (charges positives ou négatives), et une onde serait le résultat d'un mouvement des charges entre elles (mouvement des charges entre elles que l'on pourrait peut-être qualifier de fréquentiel et dont résulterait une onde électromagnétique)

En résumer le mouvement et les interactions des charges électriques entre elles sont à l'origine des champs et des ondes électromagnétiques, on pourrait même dire les interactions entre charges sont les champs électromagnétiques, le mouvement de ces charges entre elles sont les ondes électromagnétiques, pour faire l'économie du mot origine qui semble dissocier ces trois concepts, profondément reliés.

(Enfin, j'ai pu voir sur Wikipédia l'article fonction d'onde qui renvoie directement à la première partie de la citation de phys 4 : "Les ondes de probabilité quantique d'une particule ne sont pas des ondes électromagnétiques, mais des ondes propres à chaque type de particule.")

merci...

ps: je ne reposte pas les pièces jointes qui apparaissent dans la discussion Interaction électromagnétique, mais je vous y renvoie, parce que c'est à partir de ces images que tient mon raisonnement entre autre...

[franklin.]

...dans l'intervention précédente j'utilise l'expression mouvement fréquentiel, il serait certainement plus juste d'utiliser l'expression mouvement vibratoire...

merci...

[ornithology]

Tu parles d'électrons et de champ électromagnétique a propos des fentes de Young. Ils sont aussi a l'origine d un petit champ de gravitation. d apres toi ces 2 champs viennent faire quoi pour les interférences?û6u

[franklin.]

Bonsoir,

- Tout d'abord quand tu dis "l'onde est effacée" non, ça c'est faux, l'électron arrive sur l'écran, on n'en perd aucun. Il arrive juste à un endroit un peu différent ce qui détruit la jolie figure d'interférences.

Dans le cas de l'électron elle interagissent par la charge de l'électron

...je reviens pour pincer à nouveau le sujet :

j'ai utilisé le mot "effacée", mais ce que je veux dire c'est qu'en utilisant la lumière comme moyen d'observation du passage de l'électron (voir à nouveau la vidéo : "Sciences étonnantes: la plus belle expérience de la physique" sur you tube, précisément à la 14ème min et 14sec), alors l'utilisation de la lumière se combine avec l'expression de la charge, en effet la nature de la lumière découle des charges.
Ainsi "effacée" ici ne veut pas dire "supprimée" mais plutôt en quelque sorte "masquée", et c'est là où j'utilise cette manière peu orthodoxe de m'exprimer, qui consiste à dire que "les creux" des ondes sont comblés, ("la lumière occupant tous les états d'onde électromagnétique possibles en espérant ne pas utiliser un charabia pseudo scientifique"), de manière plus orthodoxe cela peut-il correspondre à ce que vous nommez "réduction du paquet d'ondes" ?

Enfin pour répondre plus spécifiquement à phys4, toute l'expérience repose quand même sur le caractère électrique voir électromagnétique des particules, puisque pour observer le passage de ces particules, on utilise un écran (or il me semble bien sans avoir vu cette expérience que l'apparition des différentes figures sur l'écran fait appel au caractère électrique, électromagnétique des particules observées) ;
(en conservant en effet cette idée qu'une onde électromagnétique est semble-t-il le résultat de l'interaction des charges entre elles, de leur mouvement les unes par rapport aux autres, ainsi cette citation de Wikipédia : "Une onde électromagnétique monochromatique peut se modéliser par un dipôle électrostatique vibrant", tout en me permettant de vous renvoyer aux pièces jointes de la discussion ouverte le 01/06/2019, titrée : "interaction électromagnétique").

Merci...

[Deedee81]

Salut,

j'ai utilisé le mot "effacée", mais ce que je veux dire c'est qu'en utilisant la lumière comme moyen d'observation du passage de l'électron (voir à nouveau la vidéo : "Sciences étonnantes: la plus belle expérience de la physique" sur you tube, précisément à la 14ème min et 14sec), alors l'utilisation de la lumière se combine avec l'expression de la charge, en effet la nature de la lumière découle des charges.
Ainsi "effacée" ici ne veut pas dire "supprimée" mais plutôt en quelque sorte "masquée", et c'est là où j'utilise cette manière peu orthodoxe de m'exprimer, qui consiste à dire que "les creux" des ondes sont comblés, ("la lumière occupant tous les états d'onde électromagnétique possibles en espérant ne pas utiliser un charabia pseudo scientifique"), de manière plus orthodoxe cela peut-il correspondre à ce que vous nommez "réduction du paquet d'ondes" ?

C'est franchement difficile à comprendre (combler des creux, combiner à l'expression de la charge, etc...). Mais de ce que je comprend.... non, ce n'est pas la réduction du paquet d'ondes.

Deux remarques :
- Je pourrais utiliser des neutrinos pour savoir par où passent les électrons. Bon, en pratique ce serait assez compliqué, mais c'est théoriquement possible. Et les neutrinos ne sont pas chargées et n'interagissent pas avec les charges électriques. Et savoir par où passe l'électron détruirait la figure d'interférence.

Mieux encore, je pourrais utiliser un dispositif de type Elitzur-Vaidman (https://fr.wikipedia.org/wiki/Contra...%A9_(physique) ) pour savoir par où passe l'électron sans même interagir avec lui (c'est une des possibilités bizarres de la MQ. Ce dispositif n'est pas très efficace mais en pratique on peut faire beaucoup mieux : https://arxiv.org/abs/quant-ph/0508102). Et ça aussi cela détruirait les figures d'interférences !!!
- La réduction c'est ça : considérons un électron qui est dans l'état |x>+|y>. C'est un état où l'électron est à la position x et la position y. Il n'a pas une position précise mais inconnue (un état qui serait dû à l'ignorance) comme le montrent les expériences d'interférence justement qui résultent de ce genre d'état. Il n'est pas non plus "dédoublé", quand on le mesure on ne le trouve qu'à un seul endroit. C'est une bizarrerie quantique mais moins difficile à comprendre si on considère le coté ondulatoire car une vague peut parfaitement avoir deux bosses (en x et y) mais ici avec une louche de quantique puisque l'électron reste un et entier (il ne se dédouble pas, ne casse pas en morceaux, ne s'éparpille pas au sens classique d'un morceau de verre qui casserait et s'éparpillerait) et la mesure le montre toujours entier à un seul endroit.

Ensuite justement on le mesure, disons qu'on le trouve en x. Maintenant, on est certain qu'il est là. Son état devient donc |x>. Et donc son état passe de |x>+|y> à |x>. C'est ça la réduction et rien d'autre.

Enfin pour répondre plus spécifiquement à phys4, toute l'expérience repose quand même sur le caractère électrique voir électromagnétique des particules, puisque pour observer le passage de ces particules, on utilise un écran (or il me semble bien sans avoir vu cette expérience que l'apparition des différentes figures sur l'écran fait appel au caractère électrique, électromagnétique des particules observées) ;

Et bien non tu te trompes (un effet DK là Tu raisonnes sur le peu de connaissances que tu as du sujet et tu généralises sans t'en rendre compte). Des expériences de ce type ont déjà été faites avec des neutrons : pas de charge électrique, pas d'onde électromagnétique. On l'a déjà fait aussi avec des atomes neutres (à partir d'un condensat, astucieux d'ailleurs comme méthode je trouve).