Bonjour
Si j'ai bien compris le champ électromagnétique se "propage" ou plutôt se matérialise par des photons (virtuels), qui ont des collisions avec des particules qui passent dans le coin. On imagine bien que du coup un photon va repousser une particule chargée négativement, mais comment visualiser un photon qui "attire" un proton par ex?
Cordialement
"On imagine bien" mais en fait on imagine mal!Envoyé par PhilTheGap
L'interaction ne se fait pas par des "collisions" avec des photons. Elle se fait avec les champs. La présence de particules chargées modifie la configuration du champ et on peut montrer que si les particules ont des charges de même signe, l'énergie totale augmente si elles sont plus proches. De même si les deux charges sont différentes l'énergie totale diminue si elles sont plus proches. Autrement dit il y a des forces d'attraction et de répulsion.
La mauvaise compréhension vient souvent de la technique de calcul par approximations successives appelée "diagrammes de Feynman" où la propagation du champ est représentée par des lignes ondulées qui ressemblent comme des jumelles au lignes de photons externes. Ces lignes internes (photons dits "virtuels") ne sont que des artefacts de calcul. Si on veut on peut les voir comme des photons qui apparaissent temporairement en respectant les incertitudes d'Heisenberg, mais leurs propriétés ne sont pas du tout celles d'un photon libre. Ce soi disant photon peut par exemple dans sa pseudo "collision", absorber de l'impulsion venant de la particule et donc l'attirer vers l'autre particule. Tout cela est probabiliste et les effets observables se calculent par des sommes et des moyennes.
Si j'ai bien compris le champ électromagnétique se "propage".PhilTheGap
bonjour
Le champ ne se propage pas, il est juste là. Une excitation de ce champ se propage.
a+
La réalité la plus évidente est fondée dans des brumes, tandis qu'une fiction d'une étrange bizarrerie illumine l'esprit.
Jean-Paul Sartre
Je ne vois pas ce que ta réponse apporte... J'ai mis entre guillemets "propage" et par ailleurs tu peux voir là: https://uel.unisciel.fr/physique/vib...re_ch2_03.html
Je cite "Ces deux équations (vectorielles) sont les équations de propagation des champs (vectoriels) électriques et magnétiques".
La mauvaise compréhension vient souvent de la technique de calcul par approximations successives appelée "diagrammes de Feynman" où la propagation du champ est représentée par des lignes ondulées qui ressemblent comme des jumelles au lignes de photons externes. Ces lignes internes (photons dits "virtuels") ne sont que des artefacts de calcul. ThM55
bonsoir
Ce n’est pas vrai. Les effets d’Unruh et de Lamb justifient l’existence des particules virtuelles et leur réalité pendant le court intervalle de temps de leur existence.
L’effet Casimir, utilise aussi les effets des particules virtuelles.
a+
Dernière modification par BACHIR2023 ; 30/06/2023 à 01h46.
Salut,
Dite les gars : on ne va pas se lancer dans une discussion sur la "réalité" des particules virtuelles. Merci. On sait bien que les avis divergent (et je ne fais pas partie des majoritaires) et que ces avis sont pour l'essentiel non réfutables. Ca ne peut que tourner rond.
EDIT et de fait j'en ai parléMais le mot "réel" est à prendre avec des pincettes ci-dessous. Remerci
Juste un petit point sur ça :
Très mauvais exempleL'effet Hawking est mieux. On peut en effet se demander comment (selon l'observateur) on peut avoir un bain thermique de particules ou pas de bain thermique. Ca parait contradictoire.
Je conseille la lecture de https://www.cambridge.org/core/books...CD6205F8327F4C
(il y a plusieurs super bons bouquins sur ce thème, celui-là est sans conteste le meilleur (*), même si le Fulling vaut la peine aussi).
Dans ce livre ils soulèvent la question. Et pour comprendre, ils modélisent l'observateur accéléré par un oscillateur quantique. Or pour être accéléré il faut forcément une fore.
Et ils montrent que la formation d'états excités de l'oscillateur (se comportant "comme si" il était dans un bain thermique) sont dus aux effets de la force. Donc ce bain est une apparence.
Par contre dans le cas du rayonnement de Hawking ce rayonnement est réel (au sens habituel de ce mot en physique des particules).
On peut alors se demander par quel miracle un effet apparent et un effet réel donnent le même résultat (enfin presque). Sans trop creuser cela est dû à deux choses :
- La même chose qui se produit avec Casimir quand on compare le calcul sous forme de fluctuations vide-vide et le calcul par échange de particules virtuelles entre les charges des plaques (c'est presque toujours le premier qui est donné, plus simple), dû à une coïncidence diagrammatique (en fait c'est tout à fait normal, le nombre de graphes possibles et le nombre de graphes avec lignes externes amputées.... c'est forcément la même chose)
- Dans le cas de Hawking, la présence d'un champ gravitationnel non présent dans le cas de Unruh (là on ne fait jamais que le calcul vide-vide, le calcul avec champ gravitationnel et gravitons est un vrai cauchemar)
Les deux se combinent pour désorienter celui qui étudie la théorie
(*) EDIT je peux me permettre le superlatif car il y a fort peu de bouquin (non vulgarisés et complet) sur le sujet. Et je les ai tous lu. Ah oui, le Wald sur la thermodynamique des trous noirs est très bien aussi. Nettement plus circonscrit et je l'ai trouvé dur à lire, mais particulièrement intéressant.
L'essentiel a été dit par ThM55, deux précisions de bon aloi.
1) Comme il le dit, ce n'est pas des collisions. Ca, c'est une vision corpusculaire des photons, paassss bon, en tout cas à l'échelle de la physique des particules. C'est vrai que dans l'effet Compton la cinématique obéit à la même loi que des boules de billard, mais ça c'est juste une bête conséquence de la conservation de l'énergie et de l'impulsion, ni plus ni moins, mais je défie qui que ce soit de retrouver la section efficace avec de la mécanique classique
Il est beaucoup plus juste de parler "d'interaction". Une interaction entre la particule chargée et un photon virtuel, l'interaction pouvant augmenter ou diminuer l'énergie (v.s. les cas sans interaction), tout comme il existe des états non liés et des états liés (bon, analogie qui a ses limites, le photon virtuel ne forme pas d'état lié ici, mais c'est une analogie pour le sens de variation de l'énergie).
2) Même parler de propagation est quelque peu douteux ici. Les photons virtuels dans les diagrammes de Feynman ne sont pas orientés. Il ne s'agit pas d'un photon partant d'une particule et allant sur l'autre mais véritablement d'un "photon échangé". Seul varie l'énergie et l'impulsion du photon échangé (qui n'a même pas le bon goût d'être sur la couche de masse
On peut parler de "réalité" de ce photon échangé (why not), d'autant qu'il y a quelque chose : il y a interaction. Mais il faut éviter une vision naïve "d'un" photon échangé ou de "deux" photons, selon les hasard quantique, non, c'est tous les cas à la fois !!!! Et pire encore la vision "boule de billard". (et il y a encore des complications pour imaginer tout ça quand on tient compte de la renormalisation, les particules "nues" n'existant pas, seul existe la "particule habillée" qui doit être vue comme un tout). Mais je suis d'accord aussi que ce n'est pas facile d'imaginer mentalement ce qui se passe vraiment. Le monde microscopique n'a pas la gentillesse de se conformer aux lois macroscopiques auxquelles nos yeux et cerveaux sont habitués
Dernière modification par Deedee81 ; 30/06/2023 à 07h57.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Je vais reprendre les références ici, les meilleures (y en a d'autres mais je ne donne que les meilleurs et qui couvrent quasiment tout) :
Birrel et Davies : https://www.cambridge.org/core/books...CD6205F8327F4C
Fulling : https://www.cambridge.org/core/books...F0CC75C5E93FE6
Wald : https://www.amazon.com.be/-/en/Rober.../dp/0226870278
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Pour expliquer ce que j'entends par "artefact de calcul", je vais renvoyer à un diagramme sur Wikimedia-commons (dont l'auteur semble être un certain Deedee):
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/21/Diagramme_Feynman01.gif
Que signifie ce diagramme? Montre-t-il deux électrons qui échangent un photon? Non, ce n'est pas aussi simple.
Premièrement, il s'agit d'un diagramme qui dénote de manière visuelle une formule compliquée qui donne une amplitude de probabilité reliant des paramètres dynamiques des électrons entrant à ceux des électrons sortants.
Deuxièmement, la formule contient une intégrale sur toute les impulsions du "photon virtuel". Il faut donc penser littéralement à une somme infinie continue de diagrammes identiques à celui-ci, somme pondérée par ce qu'on appelle le propagateur du photon (qui est en 1/k^2 où k est l'impulsion du photon). Donc on voit déjà que cela n'a rien à voir avec l'effet Unruh, qui n'a pas un tel spectre en particules réelles.
Enfin, ce diagramme n'est que le premier d'une suite infinie de diagrammes avec tous les nombres possibles de lignes de photons internes et de boucles électron-positron internes. En voici un exemple parmi une infinité qui montre une interaction électron-proton:
https://upload.wikimedia.org/wikiped...20171031195110
Pour représenter la réalité, il faut faire la somme de toutes les intégrales qui sont représentées par chacun de ces diagrammes.
(en fait comme la plupart des intégrales divergent, il faut les régulariser et absorber les divergences dans des constantes renormalisées, mais je ne mentionne cela que pour être complet, ce n'est pas le sujet)
Par contre il y a une autre remarque significative: même après renormalisation, la série diverge. Dyson avait fourni un argument convaincant montrant que le rayon de convergence pour la constante de couplage est nul. C'est une série asymptotique: les premiers termes améliorent la précision avant de devenir néfastes. C'est pour toutes ces raisons que je qualifie cette image mentale d'électrons qui échangent des photons virtuels d'artefact de calcul. C'est une image qui, dans l'absolu, est fausse. Elle permet de faire de bons calculs jusqu'à un certain point et c'est une chance de l'avoir, mais il faut être conscient de ses limites. Je n'ai peut-être pas utilisé le bon terme, il y a sans doute mieux que "artefact".
Pour la question du sens de la force pour des charges identiques ou différentes, on peut produire un argument simple qui montre cet effet directement. Au lieu d'écrire tout cela j'aurais mieux fait de le donner tout de suite, il est aux pages 27 et 28 du "Quantum field theory in a nutshell", de Zee voir la formule 6 page 28, accessible sur Google Books:
https://www.google.be/books/edition/...sec=frontcover
Un champ scalaire produit une attraction entre deux sources, et cela ne se fait pas en échangeant des particules virtuelles comme deux enfants dans deux canots pneumatiques qui s'échangent une balle.
Pour résumer mon idée en deux lignes: les difficultés de compréhension de la mécanique quantique viennent à mon avis du fait qu'on a continué à utiliser mentalement le concept classique de particule dans le domaine quantique. Les diagrammes de Feynman sont très utiles mais ils incitent à conserver ces images mentales erronées.
Très bien ton explication et tu as raison d'insister sur l'aspect "intégrale, somme des diagrammes". Et ci-dessus j'avais oublié la divergence asymptotique qui rajoutent une couche entre la description et la physique.
(tiens je ne savais pas que l'argument était de Dyson)
La difficulté est encore pire car on ne sait même pas quelle serait la tronche d'une théorie sans cette divergence.
(les formulations asymptotiques sont libres de ce soucis mais elles ne sont pas assez complète pour aider sur ce point)
P.S. oui l'image est bien de moi
Il faut sans doute noter aussi que l'on ne peut vraiment comprendre qu'avec une étude approfondie (et pas vulgarisée).
Tout simplement parce qu'on parle là d'un "monde" qui échappe à nos sens et qui est très différent du monde macroscopique/classique.
Or tous les cours/livres non vulgarisés sont bourrés de maths (surtout si on va vers la théorie quantique des champs), extrêmement longs, pointus, complexes.
Et si l'aspect expérimental est abordé ça reste que de petites parties. Et la partie "compréhension/interprétation" est rarement évoquée (dans des cours de cette ampleur et vu la difficulté ils auraient beau faire).
Moralité on est noyé et il devient fort difficile de faire la part entre math/physique/"réalité" (quel que soit le sens de ce mot).
Pour un physicien théoricien, expérimentateur ou un ingénieur.... ce n'est pas grave. On a la théorie, qu'on développe ou qu'on applique et basta.
Pour un profane ou même un étudiant abordant le domaine.... ça peut être très déroutant.
Bon, c'est mon avis, il y a peut-être des exceptions (tant dans les livres que les personnes abordant le sujet).
Dernière modification par Deedee81 ; 30/06/2023 à 10h38.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Oui et en plus il faut bien reconnaître qu'on ne sait pas tout! Ceci est hors sujet, je serai donc très bref. L'effet Casimir semble montrer une différence d'énergie causée par les fluctuations du vide entre deux situations. Mais tout cela est très incertain: si on admet l'existence de ces fluctuations, pourquoi n'apparaissent-elles pas comme une énorme constante cosmologique? J'estime qu'on devrait éviter de prendre cet effet comme preuve définitive de ces fluctuations. On me dira que cela a été mesuré, mais comme toujours dans les expériences, il faut identifier les causes possibles. Si on n'est pas à température nulle et si on n'est pas devant un conducteur parfait, il y a des sources thermiques de fluctuations électromagnétiques. Je trouve que là aussi les cours dans leur enthousiasme manquent de rigueur.
D'accord avec Casimir. D'ailleurs quand on voit les schémas montrant que les longueurs d'ondes sont quantifiées entre les plaques, il est clair que c'est des interactions entre particules chargées (des conducteurs) et pas des fluctuations du vide (vide-vide).
Ou en tout cas de clarté sur ce point.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
L'effet Casimir s'explique parfaitement sans faire appel à "l'énergie du vide" ou les particules virtuelles. C'est tout bêtement une généralisation "macroscopique" de l'interaction de van der Waals : une interaction entre dipoles et courants induits dans les objets en interaction.
L'effet Casimir s'explique parfaitement sans faire appel à "l'énergie du vide" ou les particules virtuelles. C'est tout bêtement une généralisation "macroscopique" de l'interaction de van der Waals : une interaction entre dipôles et courants induits dans les objets en interaction coussin.
Bonjour
Au contraire, L'effet Casimir fairt appel à "l'énergie du vide".
Voici un argument intuitif pour l’effet Casimir : deux plaques métalliques parfaitement conductrices placées dans le vide vont s’attirer car leur rapprochement permet de minimiser l’énergie de point zéro du champ électromagnétique dans la cavité.
a+
C'est une interprétation possible mais il en existe d'autres qui ne font pas intervenir l'énergie du vide.
"L'énergie du point zéro", c'est la somme l'énergie de l'état fondamental de tous les oscillateurs du champ électromagnétique. La description théorique de l'effet Casimir que l'on trouve dans beaucoup de traités de théorie quantique des champs (Itzykson-Zuber, Zee, Matthew Schwartz et d'autres...) consiste à soustraire deux estimations régularisées de cette énergie et d'en tirer une grandeur finie qui dépend de l'écartement des plaques conductrices, et elle prédit une force en 1/D^4 où D est la distance entre les plaques. Certaines expériences difficiles à réaliser ont bien montré l'existence d'une force et l'exposant -4 et on est arrivés à une assez bonne précision qui varie suivant les sources.
Le problème est qu'il existe une autre explication, faisant intervenir la polarisabilité des matériaux et qui donne le même résultat. Les expériences ne permettent pas de départager les deux descriptions.
La description des bouquins QFT présente quelques inconvénients: la force vient des conditions aux limites, elle n'est pas décrite de manière microscopique. Elle ne décrit pas par quelles mécanismes les conditions aux limites sont réalisées. En électrodynamique classique cela ne pose pas de problème, on dit que dans un conducteur parfait tout champ électrique tangent crée un courant et cela l'annule; mais on est en théorie quantique tout de même. Autre problème, ces mêmes bouquins prennent toujours la forme normale du hamiltonien, autrement dit ignorent délibérément dans leurs prédictions l'énergie du point zéro et ajoutent parfois en note de bas de page un truc du genre "il faudra en tenir compte quand on parlera des effets gravitationnels". Le problème est alors qu'il nous faudrait selon le modèle standard une grande constante cosmologique, qu'on n'observe pas (je ne sais plus combien d'ordres de grandeur de différence, c'est gigantesque). A mon avis ces bouquins présentent cet effet comme une première illustration du genre de calculs par régularisation auxquels on sera exposés dans la suite. Cet exercice a surtout un rôle de propédeutique (qui n'est pas sans importance) mais pas celui d'une prédiction "dure" d'un effet de la théorie. Je recommande toutefois la description de Matthew Schwartz, elle est très complète et explique quelques points importants concernant la robustesse du résultat, en particulier il montre que le résultat est indépendant du choix de la régularisation. C'est éclairant du point de vue théorique pour la QFT ou la théorie des cordes mais est-ce vraiment de la physique des matériaux?
Je ne vais pas aller plus loin, je n'ai d'ailleurs pas d'opinion arrêtée sur le sujet. Il existe une vaste littérature sur le sujet. Un article important qui a contribué au débat est celui de Jaffe: https://arxiv.org/abs/hep-th/0503158 .
Merci à tous pour vos contributions et éclaircissements. Dans la cours de Feynman de MQ, on commence par la "collision" de photons mais il est vrai qu'il s'agit de particules non chargées. C'est beaucoup plus compliqué dans ce cas contraire.
Bon je vais reprendre le MOOC de Leonard Süsskind là où je l'avais laissé il y a 8 ans, et continuer à écouter cet excellent vulgarisateur...
Cordialement
