Sornette standard : "Un photon est un quantum d'énergie"

[JacquesL]

Une sornette standard :

Un photon est avant tout un quantum d'énergie.

Non pas d'énergie, sinon le fond noir du ciel serait à des millions de degrés, ce qui n'est pas : il est à 2,735 K.

Quantum d'action uniquement.

Le transfert d'un quantum d'action n'implique transfert d'une énergie quantifiée que si la vitesse radiale relative de l'émetteur et de l'absorbeur est nulle.

Dans tous les autres cas, ce que l'on mesure dépend du référentiel.

Second cas particulier : dans un repère à vitesse intermédiaire entre émetteur et absorbeur, un repère d'où l'on voit tous deux fuir, ou deux se rapprocher à vitesses égales et opposées, alors l'énergie émise et l'énergie absorbée semblent égales.

Dans le repère du labo actuel, le fond noir du ciel est à faible énergie par photon, parce que les émetteurs d'alors sont en fuite rapide dans le repère du labo.

Cette sornette standard repose sur la croyance que l'énergie serait un scalaire véritable, alors qu'elle n'est qu'une des quatre coordonnées du vecteur impulsion-énergie. Tandis que l'action, elle, est un vrai invariant relativiste.

Mais comment ont-ils fait pour pondre une pareille sornette, et l'enseigner ?
L'entourloupe est similaire à la célèbre blague de philosophes :
"Tout ce qui est rare est cher.
Un cheval pas cher est rare.
Donc un cheval pas cher est cher.".
L'arnaque ici est d'avoir changé le sens de "rare" d'une assertion à l'autre.

Là, c'est le sujet du verbe qui a été changé, en gardant le même attribut formel, qui du coup change subrepticement de sens.
Oui les niveaux d'énergie des électrons dans un atome ou une molécule sont quantifiés, dans le repère du dit atome.
Ou aussi bien les fréquences brogliennes des dits électrons, mais ça, on ne vous l'enseigne pas, et pourtant c'est la fréquence qui a un sens physique défini, indispensable aux états stationnaires dans un atome.
Oui, un grand nombre de photons représentent la différence de niveau d'énergie, ou autrement dit, la différence de fréquence entre deux états électroniques. Ils ne peuvent donc avoir qu'une fréquence définie dans le repère de l'émetteur, et dans le repère du récepteur. Rien n'oblige ces deux fréquences à être les mêmes dans les deux repères : l'effet Doppler-Fizeau est connu depuis le 19e siècle, et est confirmé par l'élargissement des raies selon la température de l'émetteur, par exemple à la surface du Soleil.

La lumière n'existe pas en soi, mais est toujours une population de transactions abouties entre des populations d'émetteurs et des populations de récepteurs.

Or, avoir pondu le mot "photon" a entraîné à réifier ce truc là, à faire croire qu'un photon avait des propriétés définies intrinsèquement. Un photon n'a aucun repère propre qui soit compatible avec les nôtres via la transformation de Lorentz. Un photon n'a aucune fréquence intrinsèque, ni aucune énergie intrinsèque : tout dépend du repère.

Le glissement subreptice de la quantification des fréquences et des niveaux d'énergie dans un atome (qui a un sens, car objet massif, un atome a des repères propres, qui ne diffèrent entre eux que par deux angles d'Euler), à une quantification des fréquences et énergies à un photon, est une arnaque.

Cette arnaque est couramment enseignée.
L'enseignement des sciences a beaucoup, beaucoup de mal à corriger ses propres bévues.

[JacquesL]

Il faut revenir là dessus.
C'est un sérieux problème pour l'enseignement.
Prenons un document Eduscol, qui dans l'ensemble est bon : Le corps noir par Gabrielle Bonnet.

l'énergie électromagnétique, au lieu d'être continue comme dans la théorie classique, ne peut prendre que des valeurs discrètes multiples de h c/ λ, où c est la vitesse de la lumière dans le vide : c = 299.792.458 m.s^-1, et h, la constante de Planck, vaut h = 6,625 × 10^-34 J.s. ...
... et la raison de la quantification de l'énergie est maintenant comprise.
... prendre en compte le caractère discret de l'énergie ...

Je ne l'ai pas inventé : elle a bien prétendu que l'énergie est discrète dans le vide en équilibre avec un corps noir. Sauf que les fréquences ne sont justement pas fixées, donc aucune énergie d'aucun photon n'est fixée d'avance. Voilà donc bien une enseignante qui fait autorité sur Eduscol, mais qui patauge dans la confusion entre énergie et action.

Inutile de lui jeter personnellement la pierre, car cette confusion est généralisée et standard dans l'enseignement.

Gabrielle Bonnet renvoie à un autre article, toujours écrit par elle, http://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/XML/db/csphysique/metadata/LOM_CSP_Quantique.xml qui recopie mot à mot les mythes standards, reposant sur la confusion entre la réalité physique, et ce qu'en dogme de Copenhague, on a décidé de savoir sur elle.

La notion de transaction n'est non seulement pas acquise, mais même pas soupçonnée. Gabrielle Bonnet ne fait aucun usage du quantum d'action comme grandeur physique, et ne lui donne aucun sens physique, ni aucun usage sauf comme mystérieux intermédiaire de calcul.

La distinction entre l'échelle macroscopique, inévitablement statistique, et l'échelle de l'événement individuel, n'est toujours pas acquise, ni même soupçonnée d'exister. La sempiternelle opposition politique "classique/quantique", usée jusqu'à la corde, et répétée ad nauseam est censée pourvoir à tout. Puisque Richard Feynman demeura dans un aveuglement têtu tout au  long de ses enseignements, infoutu de faire la différence entre onde macroscopique avec des milliards de milliards d'absorbeurs répartis, et onde individuelle qui n'a qu'un seul émetteur et un seul absorbeur, alors pourquoi pas nous aussi ne demeurerions-nous pas dans le même aveuglement têtu ?

GB n'est pas plus bête que les autres, elle est juste aussi conformiste, voire davantage, que les autres. C'est le processus de sélection par l'adhésion aux mythes standards qui l'exige. Les étudiants qui posaient trop de questions dérangeantes, de questions physiques de physiciens, ont été éliminés, et il ne reste guère que cela.

Quant à corriger des errements aussi hégémoniques, c'est une nouvelle version du sixième des travaux d'Hercule ⁽¹⁾...

Sans surprise, le clou de l'exposition est encore et toujours le Chat de Schrödinger :

Supposons que l'on mette un chat dans une boite, dans laquelle se trouve une capsule contenant du poison, et dont l'ouverture est commandée par l'état de spin d'un électron. Un électron peut avoir seulement deux états de spin, "up" ou "down", et son état est généralement un mélange de ces deux états. Tant que l'on n'ouvre pas la boite pour observer ce qui se passe, l'électron a à la fois un spin "up" et un spin "down", donc la capsule de poison est à la fois ouverte et fermée, donc le chat est à la fois mort et vivant...

Confusion entre l'état réel d'un électron réel, d'ailleurs indiscernable des autres, et l'état de l'ignorance de l'observateur macroscopique. L'ignorance, ça peut durer longtemps. Alors que les états "intriqués" d'une onde électronique, ça dépend de la température et de la densité du milieu, c'est très fugace dans l'environnement terrestre. Dans l'espace intergalactique, ça doit pouvoir durer plus longtemps, mais nous avons du mal à nous y rendre pour réaliser nos expériences préférées. Nous avons aussi beaucoup de mal à construire, puis à transporter dans l'espace intergalactique des dispositifs expérimentaux qui soient à l'échelle requise, et avec le vide requis, intergalactique...

Justification de l'entourloupe ?

La physique quantique est née du constat de l'existence d'un certain nombre de phénomènes qui ne pouvaient pas être expliqués par la théorie classique qui existait alors.

Bin wi ! Eux sont les classiques, donc nous on est les modernes et les vainqueurs jusqu'à la fin des temps ! C'est désormais nous qui régnons sur le bac à sable, puisque eux, ce sont les "classiques" donc obsolètes !




⁽¹⁾ : Nettoyer les écuries d'Augias, le sixième des Travaux d'Hercule..

[JacquesL]

Voilà, j'ai prévenu l'auteure de ces articles critiquables, via la rédac-chef du site Eduscol, Catherine Simand.
Elles feront ce qu'elles voudront.

Sur Usenet, la controverse usuelle porte sur : "Mais non Jacques ! Personne n'enseigne plus ces vieilles bêtises ! Tu noircis le tableau ! C'est pure malveillance ! Qu'à Lyon tu as eu des profs incompétents ne prouve pas que les confusions que tu dénonces soient généralisées !".

On verra bien si (ou "que" ?) les vieilles bêtises l'emportent, au final sur Eduscol.

Des controverses similaires, avec en gros les mêmes antagonistes, portent sur :

"Louis de Broglie a publié, DONC il a été lu par des physiciens américains. DONC s'ils l'ignorent, c'est en parfaite connaissance de cause !."
Or c'est faux, ils ne lisent pas le français. Albert Einstein, Arnold Sommerfeld et Erwin Schrödinger l'ont lue, sa thèse de 1924, mais en français.

"John Cramer a publié, DONC tout le monde a lu, connaît et comprend la portée de sa reformulation TIQM... DONC si tout le monde l'ignore, c'est en parfaite connaissance de cause !"
Mais en physique à Lyon 1, années 1997-2001, tout le monde l'ignorait toujours. Aucun n'a été capable de me dire que j'étais antériorisé par Cramer, et encore moins de combien.