Où est passée l'énergie

[invite11f2a3ff]

Bonjour, j'ai une question sur les interférences.

Quand deux ondes, par exemple lumineuses, en opposition de phase, se chevauchent, ben paf, d'un coup y a pus d'onde.

Et alors où passe l'énergie que véhiculaient ces ondes ??!?

@+
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[invite3d779cae]

D'apres mes souvenris, si on prend comme valeur arbitraire 1 pour l'intensité d'une source lumineuse sur l'ecran, alors le fait de placer une 2eme source identique de maniere a créer une interférence, les bandes sombres auront pour intensité 0 et les bandes claires 4 (car dans les equations il y a un carré quelque part mais je ne saurais plus dire a quel moment). Donc en fait l'energie lumineuse sur l'ecran est juste répartie différement mais il n'y a pas de perte.

[invite92276dd8]

Les énergies sont opposées et s'annulent.

C'est un peu comme si on avait un poids dans une main et un ballon d'hélium dans l'autre. Quand on les accroche ensemble, le poids ne tombe plus et le ballon ne monte pas. A condition, bien sûr, que les forces soient de même valeur

Dans l'esprit vibratoire, on se sert de ce principe pour isolser accoustiquement les oreilles des pilotes. Un casque émet une onde identique à celle perçue par le pilote, mais avec un déphasage de 180°, en opposition de phase. De cette manière, le son arrivant aux oreilles du pilote est... nul.

Sinon, oui, dans le cas des interférences, l'énergie est juste répartie différemment

[invite11f2a3ff]

Pour les interférences OK je vous fais confiance, mais je comprends toujours pas si on prend juste deux photons :

Vous prenez deux photons de fréquence nu.
Chacun tansporte l'énergie E1=+h*nu=E2

Vous les mettez en opposition de phase, et puis pouf, ça donne E1+E2=2*h*nu=0. Perso je trouve pas ça très logique. C'est ce phénomène que j'aimerais comprendre. Peut-être qu'en fait ça se passe pas excatement (voire pas du tout) comme je l'ai décrit.

@+

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

Cela dépend du mécanisme d'émission et de mise en opposition de phase.

Dans le cas de deux haut parleurs émettant deux sons qui s'annulent, les hauts-parleurs vont voir une résistance mécanique nulle, et leur impédance va augmenter. Du coup, les générateurs de courant qui les alimentent vont consommer moins d'énergie.
L'absence d'énergie acoustique émise se traduit par une diminution d'autant de la consommation électrique du montage qui alimente les haut-parleurs.

Dans le cas d'un verre anti-reflet, qui combine en réalité deux reflets en opposition de phase sur deux couches très minces, il y a un mécanisme quantique qui détermine la probabilité de transmission ou de réflexion des photons. Ceux qui ne sont pas réfléchis sont transmis.
L'absence d'énergie lumineuse réfléchie se répercute sur une augmentation de l'énergie lumineuse transimse. C'est-à-dire que les verres anti-reflets sont plus transparents que les verres classiques. C'est assez contre-intuitif, parce que cela fait intervenir une sorte de délocalisation quantique : les photons qui s'annulent d'un côté sont "téléportés" de l'autre côté de la surface anti-reflet.

[invite11f2a3ff]

Ouais d'accord, ça va aller, mais j'ai toujours le même problème. Là vous me parlez d'expériences avec plein de photons partout. Ok, mais ce que j'aimerais savoir c'est ce qu'il se passe quand on a deux bêtes photons dans le vide intersidéral.

cordialement

[Pio2001]

Ca c'est pas possible. Ca voudrait dire aucun photon du tout.

[ClairEsprit]

Ouais d'accord, ça va aller, mais j'ai toujours le même problème. Là vous me parlez d'expériences avec plein de photons partout. Ok, mais ce que j'aimerais savoir c'est ce qu'il se passe quand on a deux bêtes photons dans le vide intersidéral.

Tu as deux bêtes photons dans le vide intersidéral quand tu fais une expérience qui te permet de mesurer le fait que tu as deux bêtes photons dans le vide intersidéral. Le problème, c'est que quand tu fais une expérience qui te permet de localiser tes deux photons et de les considérer en tant que tels, tout bêtes autant qu'ils sont, tu n'observes aucun effet d'interférence. Si tu veux faire une expérience avec un phénomène d'interférence, tu vois un phénomène d'interférence (du noir en l'occurence), mais tu ne sais pas où sont tes photons. Il n'y a pas plus de photons que de beurre en broche. Bref, il s'agit encore et toujours de la dualité onde corpuscule et ces deux aspects sont inconciliables, ils sont complémentaires.

[invite11f2a3ff]

D'accord, donc en fait ma question n'a pas de sens si je comprends bien. Je n'arrive quand même pas à comprendre la raison théorique qui fait qu'avec deux photons ça ne marche pas.
Peut-être qu'il vaudrait mieux que j'attende un vrai cours de MQ avant de me tordre l'esprit à comrpendre ça.

Merci quand même pour votre patience.

@+

Latouffe

[Pio2001]

Qu'on prenne deux ou cinquante milliards de photons, c'est la même chose. On considère une onde toute entière qui se propage, ça peut onduler ou ne pas onduler. Il faut voir le photon non pas comme une "particule", mais plutôt comme une "quantité d'ondulation", une "petite quantité d'onde".

On dit qu'il y a opposition de phase quand deux sources produisent deux ondes opposées. Il n'y a alors pas d'onde du tout : pas de photons émis par les sources. Les mécanismes de production de photons ne produisent plus de photons, ou alors les photons sont réfléchis à l'intérieur de l'appareil qui les produit.

Si on veut isoler deux photons dans le vide et leur donner un état tel qu'ils soient en opposition de phase, je pense que cela devrait correspondre à un état quantique tel que les photons ne puissent pas se trouver à cet endroit.

[invite7a0a8d2e]

Bonjour,

En gros si je comprend bien,

Si on ne sait pas ou se trouvent les photons, c'est une onde et ca interfere. Si on sait ou se trouvent les photons, c'est des particules et ca n'interfere pas.

La difference provient de l'observation.
L'information "prélevée ?" par l'observateur cohere l'onde à son etat non quantique, la particule le quanta de l'onde ayant l'energie e=h*nu
h : constante de planck
nu : longueur de l'onde lorque la particule est dans son etat quantique.

Ca parait logique ?

[ClairEsprit]

Si on ne sait pas ou se trouvent les photons, c'est une onde et ca interfere. Si on sait ou se trouvent les photons, c'est des particules et ca n'interfere pas.

C'est ça, si ce qui est entendu dans la phrase par "c'est" représente les concepts que l'on cherche à objectiver par l'observation, mais pas la réalité objective.

La difference provient de l'observation.

L'observation est le moyen de mettre à l'épreuve du réel les concepts physiques. Cela n'est rien d'autre, et ne présume donc en rien de ce qu'est la réalité objective.

Il se trouve que les concepts de particules sont vérifiés par l'expérience qui cherche a les mettre en évidence. Si on cherche des photons, on les trouve ! Les instruments de mesure sont choisis en fonction de cela et finalement ce sont eux avec l'interaction avec l'environnement qui matérialisent en quelque sorte le concept de photon. Dans ce cas, cependant, un tel système de mesure ne verra jamais de phénomène d'interférence.

Il se trouve, de la même manière, si on cherche à valider le concept d'onde, qu'il existe d'autres systèmes de mesure qui le font parfaitement, mais qui ne mettront jamais en évidence le concept de corpuscule.

L'enseignement concret de tout cela est que finalement la dualité onde/corpuscule fait plus partie de la réalité objective que les concepts individuels d'onde d'un côté, et de corpuscule de l'autre. Il ne faut donc pas confondre concept physique et réalité objective. Nos concepts physiques d'onde et de particule ne peuvent pas se rejoindre dans une expérience concrète, voici tout ce que l'on peut dire. Et ceci est valable pour un photon ou pour un corpuscule massif.

[invite15206f09]

La réponse à la question diffère selon que l’on considère une onde mécanique ou une onde de probabilité quantique.

Dans le cas mécanique, j’adhère entièrement en l’interprétation de pio2001 : les ondes mécaniques s'annulent jusqu'à leur source respective. A noter toutefois que cela n'est possible que pour des ondes linéaires. Dans le cas d'ondes sphériques il leur est impossible d'être partout en opposition de phase.

Dans le cas d'ondes de probabilité quantiques la seule manière rigoureuse de traiter le problème est d'utiliser le formalisme de la théorie quantique des champs. Dans le cas de photons, le formalisme à appliquer est la QED. Le "chevauchement" des deux photons est alors traité comme une interaction entre les deux photons qui n'est rien d'autre qu'une diffusion, au sens le plus général du terme. Le résultat théorique montre que pour des photons de grande longueur d'onde (ondes radio kilométriques par ex.) les probabilités de diffusion sont celles que l'on obtient en considérant le phénomène uniquement sous un angle ondulatoire : il y a interférence. Si les photons ont une longueur d'onde très courte, les franges d'interférence disparaissent et le phénomène ressemble davantage à un choc élastique. Mais à la base, le calcul théorique est exactement le même !

Pour finalement répondre à la question de départ, je dirais que l'énergie n'a pas disparue dans le cas de photons puisque l'on observe soit une interférence soit un choc élastique. L'énergie est redistribuée dans l'espace c'est tout.

[invite0bbfd30c]

Le "chevauchement" des deux photons est alors traité comme une interaction entre les deux photons qui n'est rien d'autre qu'une diffusion, au sens le plus général du terme. Le résultat théorique montre que pour des photons de grande longueur d'onde (ondes radio kilométriques par ex.) les probabilités de diffusion sont celles que l'on obtient en considérant le phénomène uniquement sous un angle ondulatoire : il y a interférence. Si les photons ont une longueur d'onde très courte, les franges d'interférence disparaissent et le phénomène ressemble davantage à un choc élastique.

As-tu déjà observé le phénomène?

[invite0bbfd30c]

Si on cherche des photons, on les trouve ! Les instruments de mesure sont choisis en fonction de cela et finalement ce sont eux avec l'interaction avec l'environnement qui matérialisent en quelque sorte le concept de photon. Dans ce cas, cependant, un tel système de mesure ne verra jamais de phénomène d'interférence.

On peut parfaitement détecter des photons un par un tout en les voyant former une figure d'interférences...

[ClairEsprit]

On peut parfaitement détecter des photons un par un tout en les voyant former une figure d'interférences...

Je suppose que tu entends par là mesurer un click quelque part sur la chaîne de mesure mais sans localiser le photon en question, qui produira dans une autre partie du système une figure d'interférence. Si c'est cela, alors c'est ce que j'appelle ne pas avoir en même temps un photon et une figure d'interférence dans la même expérience, je veux dire par là, pour le même système faisant office de référentiel spatio temporel. On est d'accord sur le fait, je suppose, que ne pas localiser le photon, c'est ne pas mesurer de corpuscule du tout : le concept de photon est par essence ponctuel, donc doit être localisé pour être identifié en tant que tel.
Si tu entends autre chose, alors, c'est nouveau pour moi !

[invite0bbfd30c]

le concept de photon est par essence ponctuel, donc doit être localisé pour être identifié en tant que tel.

Je ne saisis pas ta façon de voir... quand la fonction d'onde d'un atome est délocalisée sur 1mm de long, l'atome en question n'existe plus "en tant quel tel"? On n'a plus le droit de dire "atome" ou "photon" dès qu'il y a délocalisation?

[invite1ff1de77]

Il ne faut donc pas confondre concept physique et réalité objective. Nos concepts physiques d'onde et de particule ne peuvent pas se rejoindre dans une expérience concrète, voici tout ce que l'on peut dire.

what about la fameuse expérience EPR?
je suis loin de pouvoir comprendre son principe
mais j'ai lu qu'elle montre a la fois l'aspect ondulatoire et corpusculaire de la lumière?
....

[ClairEsprit]

quand la fonction d'onde d'un atome est délocalisée sur 1mm de long, l'atome en question n'existe plus "en tant quel tel"? On n'a plus le droit de dire "atome" ou "photon" dès qu'il y a délocalisation?

Absolument !

[ClairEsprit]

what about la fameuse expérience EPR?
je suis loin de pouvoir comprendre son principe
mais j'ai lu qu'elle montre a la fois l'aspect ondulatoire et corpusculaire de la lumière?
....

L'expérience des fentes d'Young est plus représentative de la dualité onde/corpuscule.
Tu trouveras de nombreux fils sur ce forum traitant de l'expérience EPR. Dans sa formulation initiale elle entendait plutôt mettre en évidence le - supposé - caractère incomplet de la mécanique quantique. Elle partait du principe que si on peut, sans perturber un système, prédire de façon certaine une certaine valeur d'une grandeur physique, alors il existe un élément de réalité correspondant à cette valeur physique. Elle montrait ensuite comment prédire une valeur physique avec certitude en préparant soigneusement une expérience donnée. Cela entre en quelque sorte en contradiction avec la négation des concepts physiques que met en lumière la mécanique quantique à certaines échelles (pour faire court ! je sens les boucliers se lever). Dans sa formulation moderne, le débat ne tourne plus autour du caractère incomplet mais autour du phénomène de "réduction du paquet d'onde" et de localité. Je te laisse consulter les nombreux messages sur ce sujet dans le forum, rédigés par des personnes faisant souvent beaucoup plus autorité que moi en la matière.

[invite0bbfd30c]

quand la fonction d'onde d'un atome est délocalisée sur 1mm de long, l'atome en question n'existe plus "en tant quel tel"? On n'a plus le droit de dire "atome" ou "photon" dès qu'il y a délocalisation?!

Absolument !

Le moins que l'on puisse dire, c'est que c'est un point de vue très personnel!

[ClairEsprit]

Le moins que l'on puisse dire, c'est que c'est un point de vue très personnel!

C'est le point de vue, si je ne m'abuse, d'Heisenberg, et de Bohr dans une certaine mesure (si j'ose dire), même s'il ne le dit pas aussi clairement que le premier. Je veux bien cependant disséquer de nouveau mes sources pour m'en assurer.

[invite0bbfd30c]

C'est le point de vue, si je ne m'abuse, d'Heisenberg, et de Bohr dans une certaine mesure (si j'ose dire), même s'il ne le dit pas aussi clairement que le premier. Je veux bien cependant disséquer de nouveau mes sources pour m'en assurer.

Je serais étonné que ce soit dit sous cette forme (c'est à dire "quand un atome a une fonction d'onde assez bien localisée on peut parler d'atome, quand il a une fonction d'onde très étendue on ne peut plus parler d'atome"). En tout cas les techniques expérimentales modernes permettent de manipuler des atomes très fortement délocalisés, et des champs de un photon aussi très délocalisés, et on ne se prive évidemment pas de parler d'atome ou de photon dans ces cas là (je ne vois pas pourquoi il faudrait se l'interdire).

[ClairEsprit]

En tout cas les techniques expérimentales modernes permettent de manipuler des atomes très fortement délocalisés, et des champs de un photon aussi très délocalisés, et on ne se prive évidemment pas de parler d'atome ou de photon dans ces cas là (je ne vois pas pourquoi il faudrait se l'interdire).

J'imagine bien que l'on parle de photon dans ce cas là, mais c'est un abus de langange et on devrait se l'interdire. Un

champs de un photon

, c'est vraiment caractéritique de cet abus : on confond l'image corpusculaire et ondulatoire ! Il est pourtant établi que dans ces circonstances, le carré du module du champ correspond à la probabilité de localiser un photon à tel endroit si on effectue une mesure de localisation. Le photon n'est pas le champ et réciproquement. On ne peut identifier un concept de particule ponctuelle avec un concept d'onde !!! Ainsi, tant qu'il n'est pas possible de donner une position précise sur le phénomène, il n'est pas question de parler de corpuscule.

[invite0bbfd30c]

Ainsi, tant qu'il n'est pas possible de donner une position précise sur le phénomène, il n'est pas question de parler de corpuscule.

Certainement pas... dans le langage moderne on a intégré depuis longtemps aux "corpuscules" dont on parle leur aspect ondulatoire, donc on ne fait aucune confusion. Parler d'atome ce n'est pas nécessairement parler d'atome très localisé (d'ailleurs où fixer la limite?), de même pour les photons. Parler d'état à un photon est parfaitement légitime même si le mode dont il est question est très étendu.

[ClairEsprit]

C'est une question de définition. Si pour toi cela ne présente pas d'ambiguité, je trouve que cela n'est pas très cohérent de dire d'une part "dualité onde/corpuscule", qui présente deux aspects qui s'opposent, et dire que les "corpuscules présentent des aspects ondulatoires". Je considère même que c'est une faute grossière, et qui entraîne des confusions regrettables. Si le langage moderne adopte cette dernière formulation, c'est caractéristique selon moi d'une perte inquiétante du contenu epistémologique de la MQ telle qu'elle nous a été léguée.

[invite15206f09]

Lequel des deux phénomènes ?
L'interférence de deux ondes lumineuses est quelques chose de courant.
Le choc de deux photons est réalisé couramment dans les laboratoires utilisant des rayonnements synchrotron très intenses. Cela permet, par exemple, de créer des paires e+ e-, sous certaines conditions. J'admets que dans ce cas le choc n'est plus élastique.
Ceci dit, l'interprétation du choc élastique d'un photon avec un électron par A. Einstein en 1905 lui a valu le prix Nobel de physique ! Donc les photons peuvent se comporter comme des corpuscules.

[invite15206f09]

C'est une question de définition. Si pour toi cela ne présente pas d'ambiguité, je trouve que cela n'est pas très cohérent de dire d'une part "dualité onde/corpuscule", qui présente deux aspects qui s'opposent, et dire que les "corpuscules présentent des aspects ondulatoires".

Je regette mais cette dualité est à l'origine-même de la mécanique quantique. Peut-être est-elle fausse mais pour l'instant personne ne peut l'affirmer puisque cette description duale donne des résultats remarquables (inégalés en termes de précision depuis que la physique existe).

Un photon est un objet quantique, décrit par un champ vectoriel en théorie quantique des champs. Comme tout objet quantique il présente cette curieuse dualité onde-corpuscule que l'on ne sait toujours pas interpréter.

[invite15206f09]

As-tu déjà observé le phénomène?

Lequel des deux phénomènes ?
L'interférence de deux ondes lumineuses est quelques chose de courant.
Le choc de deux photons est réalisé couramment dans les laboratoires utilisant des rayonnements synchrotron très intenses. Cela permet, par exemple, de créer des paires e+ e-, sous certaines conditions. J'admets que dans ce cas le choc n'est plus élastique.
Ceci dit, l'interprétation du choc élastique d'un photon avec un électron par A. Einstein en 1905 lui a valu le prix Nobel de physique ! Donc les photons peuvent se comporter comme des corpuscules.

[invite0bbfd30c]

Le choc de deux photons est réalisé couramment dans les laboratoires utilisant des rayonnements synchrotron très intenses.

Ah bon? Tu connais des expériences où a déjà été observée une collision entre deux photons libres? Quelles sont elles? Je croyais qu'on n'en était plus très loin (notamment avec l'utilisation de lasers très intenses) mais pas que ça avait déjà été fait (je ne parle pas d'effets faisant intervenir des photons virtuels, ou bien encore des collisions "assistées" par d'autres particules, il me semble que ce n'était pas le sujet).

je trouve que cela n'est pas très cohérent de dire d'une part "dualité onde/corpuscule", qui présente deux aspects qui s'opposent, et dire que les "corpuscules présentent des aspects ondulatoires". Je considère même que c'est une faute grossière, et qui entraîne des confusions regrettables.

Il est pourtant complètement évident que les objets quantiques présentent à la fois des aspects ondulatoire et corpusculaire... désolé! Tout le mond parle de photon pour désigner un quantum de champ électromagnétique, peu importe l'étendue du mode en question. Qu'est-ce que tu proposes à la place? Etat de Fock n=1? oui, très bien...