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Question sur le photon



  1. #1
    potatoes38

    Question sur le photon


    ------

    Bonjour ,

    J'ai du mal à comprendre pourquoi le photon est décrit comme une particule élémentaire alors qu'il a une masse nul et j'ai pas trouvé d'info sur le volume de cette particule ... Alors pourquoi décrire le photon comme un particule ? Alors qu'il n'a pas de masse et que c'est la base de définition de la matière ( masse et volume ) ?

    -----

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  3. #2
    coussin

    Re : Question sur le photon

    En théorie quantique des champs, une "particule" n'est pas une petite bille de volume fini. Ça mène à beaucoup de confusion je sais...
    La confusion est entretenue car quand une particule est en interaction, elle tend à se localiser spatialement là où l'interaction a lieu. Ça n'arrange donc pas les choses...

  4. #3
    Ernum

    Re : Question sur le photon

    Salut,
    tu fais confusion entre particule et matière, notamment à la fin de ton post.

    Fais une petite recherche et observe les paramètres qui définissent une particule élémentaire, il n'est nullement question de volume.
    Autre piste, regarde qu'elle est l'unité utilisée en physique des particules pour exprimer la masse (electronvolt).

  5. #4
    Ernum

    Re : Question sur le photon

    Citation Envoyé par Ernum Voir le message
    ...
    Fais une petite recherche et observe les paramètres qui définissent une particule élémentaire, il n'est nullement question de volume.
    Bonne lecture: CEA

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    potatoes38

    Re : Question sur le photon

    Bonsoir ,

    Merci de vos retours et aussi pour les 2 liens. Je suis allez voir de nombreux articles sur la théorie quantique des champs et sur les champs physique. Mais du coup je comprends encore moins , certains articles disent que la matière n'existe pas réellement et que seulement les champs existent... ça dépasse mon niveau de compréhension ..

  8. #6
    pm42

    Re : Question sur le photon

    Citation Envoyé par potatoes38 Voir le message
    Merci de vos retours et aussi pour les 2 liens.
    Vu ton post, il semble que tu te réprésente une particule comme une petite bille constituant la matière. C'est sur cette base là que coussin t'a répondu.
    Cette vision n'est pas fausse en soi mais daté. Disons que c'est celle qu'on avait au début du XXème siècle et elle apparait toujours dans la vulgarisation parce que c'est une bonne façon d'introduire les concepts d'atomes, etc.

    Mais depuis, on a progressé et on s'est rendu compte qu'il existait beaucoup plus de particules, que les forces fondamentales passaient par l'échange de particules, que celles-ci étaient aussi des ondes dont la position n'était pas forcément définie, qu'elles n'avaient pas forcément de taille ou de masse (comme le photon), etc.

    Citation Envoyé par potatoes38 Voir le message
    Je suis allez voir de nombreux articles sur la théorie quantique des champs et sur les champs physique. Mais du coup je comprends encore moins , certains articles disent que la matière n'existe pas réellement et que seulement les champs existent... ça dépasse mon niveau de compréhension ..
    C'est normal : tu as sauté des étapes de vulgarisation. La théorie quantique des champs est pointue et décrit les particules autrement, comme des excitations de champs.
    Dire "donc la matière n'existe pas réellement" se discute. C'est plutôt qu'elle existe mais que la façon qu'on a de la décrire habituellement n'est pas la plus adaptée quand on passe à cette théorie qui généralise.
    C'est un peu comme quand on dit "les couleurs n'existent pas, c'est juste l'oeil humain qui traduit les ondes électromagnétiques de cette façon là". D'un coté, c'est vrai, d'un autre coté, les couleurs existent quand même. Tout dépend du contexte dans lequel on emploie le mot "exister".

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  10. #7
    potatoes38

    Re : Question sur le photon

    Citation Envoyé par pm42 Voir le message
    Vu ton post, il semble que tu te réprésente une particule comme une petite bille constituant la matière. C'est sur cette base là que coussin t'a répondu.
    Cette vision n'est pas fausse en soi mais daté. Disons que c'est celle qu'on avait au début du XXème siècle et elle apparait toujours dans la vulgarisation parce que c'est une bonne façon d'introduire les concepts d'atomes, etc.

    Mais depuis, on a progressé et on s'est rendu compte qu'il existait beaucoup plus de particules, que les forces fondamentales passaient par l'échange de particules, que celles-ci étaient aussi des ondes dont la position n'était pas forcément définie, qu'elles n'avaient pas forcément de taille ou de masse (comme le photon), etc.


    C'est normal : tu as sauté des étapes de vulgarisation. La théorie quantique des champs est pointue et décrit les particules autrement, comme des excitations de champs.
    Dire "donc la matière n'existe pas réellement" se discute. C'est plutôt qu'elle existe mais que la façon qu'on a de la décrire habituellement n'est pas la plus adaptée quand on passe à cette théorie qui généralise.
    C'est un peu comme quand on dit "les couleurs n'existent pas, c'est juste l'oeil humain qui traduit les ondes électromagnétiques de cette façon là". D'un coté, c'est vrai, d'un autre coté, les couleurs existent quand même. Tout dépend du contexte dans lequel on emploie le mot "exister".
    C'est exact j'imaginais la matière de façon " normale" comme des "billes ayant une masse et un volume" et du coup j'ai a peu prés réussi à comprendre de ce point de vue là. Pour ce qui est des bosons j'ai tjr du mal... Je me renseigne notamment dualité onde-corpuscule même si ça reste compliqué. J'ai l'impression que la mécanique quantique est très "anthropocentrique" si vous voyez ce que je veux dire, j'ai l'impression que la théorie dépend de notre point de vue et non de la nature même . Merci pour ce retour

  11. #8
    pm42

    Re : Question sur le photon

    Citation Envoyé par potatoes38 Voir le message
    Je me renseigne notamment dualité onde-corpuscule même si ça reste compliqué.
    C'est effectivement contre-intuitif et pas simple.

    Citation Envoyé par potatoes38 Voir le message
    J'ai l'impression que la mécanique quantique est très "anthropocentrique" si vous voyez ce que je veux dire, j'ai l'impression que la théorie dépend de notre point de vue et non de la nature même
    En fait, pas vraiment mais je comprend pourquoi cela donne cette impression.
    Le problème est le même en physique depuis toujours : le plus simple est de supposer que le soleil tourne autour de la Terre parce que c'est ce qu'on voit. Et que la Terre est plate puisque c'est ce qu'on ressent.
    Mais quand on regarde dans le détail, on voit que cela ne colle pas à 100% et on se rend compte qu'il faut dépasser cette vision intuitive.

    De la même façon, à notre échelle, on voit ce qui résulte d'un immense nombre d'interactions de petites particules et on a l'impression que le monde peut être décrit par des lois simples, déterministes, non probabilistes.
    Mais quand on creuse, on trouve des phénomènes qui ne collent pas et on se rend compte qu'en fait, le monde se décrit à l'échelle des particules par de la dualité onde-corpuscule, par des probabilités et pas des trajectoires/vitesses bien déterminées, etc.

    Ceci dit, il y a effectivement des questions sur le rôle de l'observateur en mécanique quantique mais c'est une discussion en soi.

  12. #9
    coussin

    Re : Question sur le photon

    Je ne sais pas ce qui est le plus anthropocentrique : que la matière est faite de petites billes qui s'empilent comme des legos ou qu'il n'existe que des champs, entité mystérieuse qu'on a du mal à définir...

  13. #10
    BrainMan

    Re : Question sur le photon

    Citation Envoyé par coussin Voir le message
    Je ne sais pas ce qui est le plus anthropocentrique : que la matière est faite de petites billes qui s'empilent comme des legos ou qu'il n'existe que des champs, entité mystérieuse qu'on a du mal à définir...
    Pour moi un champ n'a rien d'une entité mystérieuse, c'est juste une représentation mathématique.
    Je le vois comme un ensemble de "petit fanions" orientés et d'une certaine longueur, sur un plan ou dans l'espace.
    Par contre là où je vous suis c'est la difficulté à imaginer ce qu'est ce "substrat" qui donne lieu à ces "fanions" (ou vecteurs, ou que sais-je).
    A priori, et je ne sais pas si c'est comme ça qu'on peut s'imaginer tous "ces" substrats, je pense qu'en disant qu'il s'agit de la trame d'espace-temps ça peut aider.

    Sinon, concernant le photon et pourquoi c'est "une particule", on n'a pas répondu à potatoes38 il me semble.
    C'est simplement qu'Albert Einstein a démontré que la lumière ne pouvait être composé que de "petites choses" quantifiées, sur la base des travaux de Max Plank, qui a montré qu'il y avait un paradoxe énergétique (catastrophe ultraviolette) à considérer l'énergie de la lumière comme un continuum.
    https://fr.wikipedia.org/wiki/Catastrophe_ultraviolette

    Einstein a alors développé l'idée de photon.
    Citation Envoyé par WIkipedia
    L'idée d'une quantification de l'énergie transportée par la lumière a été développée par Albert Einstein en 1905, à partir de l'étude du rayonnement du corps noir par Max Planck, pour expliquer l'effet photoélectrique qui ne pouvait pas être compris dans le cadre d’un modèle ondulatoire classique de la lumière, mais aussi par souci de cohérence théorique entre la physique statistique et la physique ondulatoire3. La découverte de l'effet Compton en 1923, donnant également des propriétés corpusculaires à la lumière, et l’avènement de la mécanique quantique et de la dualité onde-corpuscule amènent à considérer ce quantum comme une particule, nommée photon en 1926.
    https://fr.wikipedia.org/wiki/Photon

    .

  14. #11
    coussin

    Re : Question sur le photon

    Je suis d'accord pour le champ en tant qu'objet mathématique. Mais alors, il est aussi aisé de voir que ce n'est certainement pas une réponse satisfaisante pour les non-spécialistes qui n'ont connu que de la vulgarisation...
    Quand vous dîtes à un non-spécialiste qu'un champ est "simplement" un truc défini en tout point de l'espace, il vous regarde interloqué, avec raison

  15. #12
    pm42

    Re : Question sur le photon

    Citation Envoyé par coussin Voir le message
    Quand vous dîtes à un non-spécialiste qu'un champ est "simplement" un truc défini en tout point de l'espace, il vous regarde interloqué, avec raison
    Et introduire la catastrophe ultra-violette ne sert pas à grand chose et est sans rapport avec la question initiale.
    Au passage, toute la physique est "juste une représentation mathématique" et c'est quasiment sa définition depuis Galilée donc quand on a dit ça, on n'a pas dit grand chose.

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  17. #13
    ThM55

    Re : Question sur le photon

    A la base de tout cela il y a la notion d'état quantique. Une "particule" est un état physiquement réalisable qui possède certaines propriétés de transformation sous le groupe de Poincaré. La nature de ces propriétés est que l'espace des états à une particule forme une représentation linéaire de ce groupe. La classification mathématique de ces représentation correspond à la classification des particules. L'espace des états quantiques généraux est beaucoup plus vaste et complexe que celui à une particule. C'est une révolution conceptuelle qui unifie tous les types de champs et de particules (que ce soient les particules de "matière" ou celles de "champs" et de "forces") dans un même formalisme. En fait cette révolution est tellement radicale et abstraite qu'à mon avis elle n'est pas du tout "passée dans les textes de vulgarisation". Il n'y a plus de "matière" ni de "champs" il y a la notion de "champ quantique" qui unifie le tout en réalisant ces états de diverses représentations. C'est pourquoi on classe à bon droit le photon comme une "particule élémentaire" au même titre que l'électron, mais il ne faut pas le penser comme une petite bille de lumière à la manière de Newton. Dans une collision Compton, la collision entre le photon et l'électron n'est pas bien localisée dans l'espace: dans les règles de Feynman dans l'espace, on intègre sur la position des sommets internes. On parle d'une collision car elle a des traits communs pour la relation entre les états initiaux et finaux avec la collision de deux boules de billard, mais c'est trompeur et on ne doit pas l'oublier quand on contemple un diagramme de Feynman: la collision entre le photon et l'électron se produit un peu partout à la fois, avec une atténuation qui est représentée par les propagateurs.

    Cette réflexion me fait penser à une autre observation: sur l'index de ces forums Futura je vois que la Physique est classée avec la Chimie dans les "Sciences de la Matière". C'est plutôt réducteur, la physique théorique moderne nous parle aussi des état quantiques, de l'espace, du temps, des interactions, des symétries, de l'entropie, etc.

  18. #14
    BrainMan

    Re : Question sur le photon

    Citation Envoyé par coussin Voir le message
    Je suis d'accord pour le champ en tant qu'objet mathématique. Mais alors, il est aussi aisé de voir que ce n'est certainement pas une réponse satisfaisante pour les non-spécialistes qui n'ont connu que de la vulgarisation...
    Quand vous dîtes à un non-spécialiste qu'un champ est "simplement" un truc défini en tout point de l'espace, il vous regarde interloqué, avec raison
    Oui mais justement, si on admet que la question du champ est purement affaire de convention, ça permet de se recentrer et se dire que ce champ est la représentation d'une des propriétés d'un "substrat", que j’appelle ici trame Espace-Temps.
    D'ailleurs pour ce qui est du photon, physiquement parlant c'est alors simplement une variation locale d'une propriété de ce substrat.
    Les propriétés du substrat (composé d'une seule particule pour l'ensemble de l'Univers ?... là est véritablement le mystère) rendent alors compte du fait qu'un photon qui est donc localement une particule est aussi une onde qui se propage "dans" ("en étant" en fait la variation du substrat) ce substrat.

  19. #15
    BrainMan

    Re : Question sur le photon

    Une discussion sur la "taille" du photon.
    https://forums.futura-sciences.com/p...le-photon.html

  20. #16
    albanxiii
    Modérateur

    Re : Question sur le photon

    Bonjour,

    Citation Envoyé par potatoes38 Voir le message
    Mais du coup je comprends encore moins , certains articles disent que la matière n'existe pas réellement et que seulement les champs existent... ça dépasse mon niveau de compréhension ..
    My two cents... Je n'ai jamais rien compris en lisant de la vulgarisation, il n'y a que quand j'ai commencé à mettre vraiment les mains dans les diverses théories que c'est devenu plus clair et que j'ai pu raccrocher ce dont on entend parler en vulgarisation avec les vrais concepts qui se trouvent derrière.
    Not only is it not right, it's not even wrong!

  21. #17
    ThM55

    Re : Question sur le photon

    Si je peux me permettre de faire un peu de pub: sur ce sujet, je conseille un cours d'optique quantique donné par Alain Aspect (futur prix Nobel?) et Michel Brune, de l'Ecole Polytechnique, sur la plateforme Coursera: https://www.coursera.org/learn/quant...-single-photon. Ce n'est pas ruineux: on a accès à l'ensemble du cours, des exercices et des examens pour 40 euros. Sans payer, on peut juste visionner les vidéos.

    J'ai visionné les premières leçons, elles demandent seulement une connaissance de base de la mécanique classique et quelques éléments de mécanique quantique. Mais c'est très élémentaire et le contenu théorique est décrit par des exemple simples, donc pas besoin d'avoir lu tout Landau-Lifschitz et Cohen-Tannoudji pour le suivre. L'intérêt ici est qu'Aspect et Brune sont des expérimentateurs hors pair et expliquent comment le formalisme est réalisé en laboratoire et surtout dans quels cas on peut se contenter de l'approche semi-classique (sans photons, avec le champ électromagnétique classique) et quand la notion de photon est indispensable et ce qu'elle signifie concrètement;

    On notera que c'est en anglais. Pour des raisons de géopolitique, l'anglais est devenu le langage de la physique. Mais ce sera facile à comprendre et si votre niveau en anglais est insuffisant, il y a des sous-titres en français. De plus Aspect a un accent français à couper au couteau, même s'il prononce mieux le th que la plupart de ses compatriotes (qui le prononcent "ze" ).

    C'est abordable et à mon avis même si vous ne maîtrisez pas bien toutes les techniques mathématiques, vous en tirerez une meilleure compréhension qu'avec de la vulgarisation.

  22. #18
    pm42

    Re : Question sur le photon

    Il est quand même curieux que sur un forum de vulgarisation, on finisse par conseiller à un primo-posteur dont on ne sait rien de la formation si ce n'est qu'il est peu probable qu'il ait étudié la physique de suivre un cours niveau enseignement supérieur en anglais avec des oscillateurs harmoniques quantiques.
    On dit parfois "il faut avoir fait Polytechnique pour comprendre" et là, c'est effectivement un cours offert par la dite école.

    Ceci dit, c'est un peu le biais de la section physique du forum qui finit par parler de tenseurs de Ricci et d'espaces fibrés à des gens sans savoir ni même se demander s'ils ont le bac.

  23. Publicité
  24. #19
    potatoes38

    Re : Question sur le photon

    Merci pour vos retours. J'ai décidé d'en apprendre plus sur les champs et de nombreux articles vulgarisés existent et sont plutôt bien écrits !

    Citation Envoyé par pm42 Voir le message
    Il est quand même curieux que sur un forum de vulgarisation, on finisse par conseiller à un primo-posteur dont on ne sait rien de la formation si ce n'est qu'il est peu probable qu'il ait étudié la physique de suivre un cours niveau enseignement supérieur en anglais avec des oscillateurs harmoniques quantiques.
    On dit parfois "il faut avoir fait Polytechnique pour comprendre" et là, c'est effectivement un cours offert par la dite école.

    Ceci dit, c'est un peu le biais de la section physique du forum qui finit par parler de tenseurs de Ricci et d'espaces fibrés à des gens sans savoir ni même se demander s'ils ont le bac.
    Effectivement c'est impossible pour moi de comprendre ce genre d'articles , c'est très loin de mon niveau et dans une langue que je ne maîtrise pas. Je suis loin d'avoir le bac donc j'ai aucune base en physique ou mathématique!

    Même si je ne comprends pas tout , j'engrange des connaissances et j'arrive à comprendre certaines choses.

    Bonne journée.
    Dernière modification par potatoes38 ; 24/01/2021 à 12h11.

  25. #20
    ThM55

    Re : Question sur le photon

    C'est vrai mais on pourrait faire référence à un conseil de Roger Penrose qui écrit des équations et parle de sujets très mathématiques dans ses textes de vulgarisation (The road to reality, A la découverte des lois de l'univers, par exemple): si on ne comprend rien aux maths, regarder la forme des équations, essayer de distinguer ses constituants et faire jouer son imagination pour deviner ce qu'elle veut dire, en vérifiant sa compréhension dans le texte. Bon, je ne garantis pas le résultat, je suis moins optimiste que Penrose. Mais j'ai proposé ce cours à titre informatif, chacun est libre de jeter un coup d'oeil puisque les vidéos sont gratuites et de décider si ça vaut la peine ou s'il faut passer à autre chose.

    Je pense qu'il est abordable sans grande difficulté pour quelqu'un qui a eu le bac avec un bon niveau en maths et a appris par la suite quelques rudiments d'équations différentielles, de mécanique et un premier cours de mécanique quantique. Je constate que même ceux qui ont atteint ce niveau ont du mal avec la notion de photon. Ce cours clarifie pas mal de choses.
    Dernière modification par ThM55 ; 24/01/2021 à 12h14.

  26. #21
    pm42

    Re : Question sur le photon

    Citation Envoyé par potatoes38 Voir le message
    Effectivement c'est impossible pour moi de comprendre ce genre d'articles , c'est très loin de mon niveau et dans une langue que je ne maîtrise pas. Je suis loin d'avoir le bac donc j'ai aucune base en physique ou mathématique!
    L'important, c'est de faire preuve de curiosité, d'être patient et d'y aller progressivement.
    Si quelque chose t'est impossible d'accès, ce n'est pas grave, tu trouveras toujours plus adapté.

    Citation Envoyé par potatoes38 Voir le message
    Même si je ne comprends pas tout , j'engrange des connaissances et j'arrive à comprendre certaines choses.
    On en est tous là : personne ne comprend tout. C'est effectivement plus facile d'aller plus loin quand on a une formation scientifique et encore plus quand on s'est spécialisé dans un domaine mais tu as la chance d'avoir accès à beaucoup de vulgarisation et au forum pour poser des questions.

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