[FAQ/C] Tourbillons dans l'eau - une metaphore de la dualite onde-corpuscule
Christophe Dang Ngoc Chan
ça fait un ou deux mois que je la balance,
j'ai pensé qu'il serait judicieux de l'intégrer à la FAQ,
puisque jusqu'ici je n'ai pas rencontré de remarque de la part
des quanticiens de fsp.
Vos avis ?
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Christophe Dang Ngoc Chan
cd...@wanadoo.fr
Titre: Tourbillons dans l'eau
- une métaphore de la dualité onde-corpuscule
Rubrique: Physique moderne/Physique quantique
Niveau: approfondi
Mots-clef: dualité onde-corpuscule, photon, onde électromagnétique,
vulgarisation
Auteur : Christophe Dang Ngoc Chan
Exposé:
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Plan :
1 -- Introduction
2 -- La métaphore
3 -- Comparaison avec le photon
4 -- Limites de la métaphore
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1 -- Introduction
Un des gros problèmes de la physique quantique est de donner des
images. En effet, l'être humain a besoin d'images pour réfléchir, pour
retenir. À titre d'exemple, lorsqu'on ne connaît quelqu'un que par la
voix (on l'a eu au téléphone ou entendu à la radio) et que l'on voit
la personne pour la première fois, on se dit «c'est bien comme cela
que je me l'imaginais» ou bien au contraire «je ne me l'imaginais pas
du tout comme cela» ; notre cerveau a donc construit une image pour
désigner cette personne, bien que l'on ne l'ai jamais vue.
Le problème en physique quantique est que, pour se représenter les
objets (particules élémentaires), il faut faire appel à deux notions :
les ondes et les particules solides.
On ne peut se construire des images que par analogie avec ce que l'on
connaît, avec notre expérience quotidienne. Ainsi, lorsque l'on
s'imagine une onde sonore, il nous vient à l'esprit les vagues sur
l'eau ; lorsque l'on s'imagine une particule, il nous vient à
l'esprit une bille. Les deux notions sont donc opposées et
incompatibles.
Ceci cause un grand trouble, une incompréhension, et entraîne en
fréquemment un blocage, notamment lorsque l'on se pose la question :
"si une particule est bien localisée lors d'un interaction, comment se
fait-il qu'elle ne le soit pas hors interaction ?"
Nous allons donc ici proposer une image, celle des tourbillons dans
l'eau, qui permet de se représenter macroscopiquement ce phénomène.
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2 -- La métaphore
Imaginons une rivière, et posons un rocher dans cette rivière. Le
courant, en rencontrant le rocher, va donner naissance à des
tourbillons. Le tourbillon se détache du rocher, et en s'éloignant,
il s'estompe et disparaît.
L'objet observé est le tourbillon, mais est-il un objet en lui-même,
ou bien est-il juste le produit de l'interaction de deux autres
objets ? Assurément, on peut étudier le tourbillon en tant que tel :
position, taille, vitesse... mais il ne peut pas exister seul, il est
bien le résultat de l'interaction entre le rocher et le courant.
Imaginons deux rochers placés à une certaine distance l'un de l'autre,
mais alignés dans le fil de l'eau. On observe un tourbillon après le
rocher amont, et l'on observe un tourbillon après le rocher aval.
Peut-on en déduire que le tourbillon a voyagé d'un rocher à l'autre ?
Assurément non. On ne peut pas non plus dire qu'un tourbillon a voyagé
depuis la source de la rivière jusqu'au rocher. Le tourbillon se forme
localement par interaction du courant avec l'obstacle, mais il n'a
pas d'existence propre entre deux obstacles.
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3 -- Comparaison avec le photon
Le photon est donc comme le tourbillon :
- de même que l'apparition du tourbillon est aléatoire, mais
déterminée par la force du courant et la taille du rocher (taille
moyenne du tourbillon, fréquence d'apparition), l'apparition du
photon est aléatoire mais déterminée par l'onde électromagnétique et
l'atome cible ;
- si il n'y a pas de rocher, il n'y a pas de tourbillon ; de même, si
l'onde voyage dans le vide, à aucun moment il n'y a de paquet
d'onde ;
- de même que le tourbillon s'estompe, le photon, lorsqu'il est
diffusé (c'est à dire s'il n'est pas absorbé), s'estompe après et
n'est localisé que sur une courte distance après l'interaction.
On peut bien entendu faire la comparaison avec toute particule
élémentaire, en remplaçant le terme "onde électromagnétique" par
"fonction d'onde".
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4 -- Limites de la métaphore
Mais comparaison n'est pas raison. La métaphore ne prend pas en compte
le phénomène de réduction du paquet d'onde. En effet, dans le cas du
tourbillon, on a juste une concentration locale de l'énergie cinétique
du courant, mais le courant garde sa force à côté. Dans le cas du
photon au contraire, c'est la totalité h.nu de l'énergie de la portion
d'onde qui est concentrée dans le paquet d'onde.
Ainsi, si le photon est absorbé par l'atome, il ne pourra pas y avoir
une autre condensation de paquet d'onde plus loin, donc si un photon
se condense sur la plaque métallique, il faudra attendre "un certain
temps" (d'autant plus court que le flux d'énergie est grand) pour
qu'il y ait une possibilité d'apparition sur la plaque photo.
Eric Chapuzot
senestro-gyres les uns vers les autres en raytracing, voir ce que ca peut
bien donner tout ca, ca promet d'être passionnant...