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Niveau doctorat
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Equation de Dirac et constante de structure fine

Posté par
lambda94
27-04-14 à 00:25

Bonjour,

Voilà une première question à laquelle je n'ai pas le bagage universitaire pour répondre :
Monsieur Bordé, académicien, écrit à propos de la constante de structure fine, page 815     http://christian.j.borde.free.fr/ChB.pdf

"Tout l'électromagnétisme devrait pouvoir être décrit au moyen de cette seule constante,
sans recours à une quelconque unité de base supplémentaire ou à une autre constante fondamentale dimensionnée telle que la charge de l'électron.
On peut discuter ce point de manière plus concrète au moyen de l'équation de Dirac"  

Pouvez-vous me dire si cela vous semble vrai, et aussi pourquoi (si c'est possible de l'expliquer simplement).
Merci

Posté par
magisterien
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 27-04-14 à 02:24



Citation :
Pouvez-vous me dire si cela vous semble vrai
Oui.

Citation :
aussi pourquoi
La constante de structure fine qui porte ce nom depuis Sommerfeld est depuis bien longtemps maintenant connue comme la constante de couplage entre les particules chargées et les photons.

L'observation et la description d'un phénomène électromagnétique ne peut se faire que via la présence de particules sensibles à un champ électromagnétique, c'est-à-dire douées d'un couplage avec ce dernier. A partir d'une description donnée de ce couplage, toutes les lois électromagnétiques peuvent être décrites avec cette nouvelle description.

En électrodynamique quantique, cette constante détermine la probabilité qu'un électron émette ou absorbe un photon.

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 27-04-14 à 11:29

Voici une deuxième question dans ce contexte :

Un forum américain me répond ceci :
«  I am afraid I do not follow your argument. I will note that the reason QED works well is that the small (empirical) value of alpha allows the model to be re-normalizable (hence getting rid of pesky infinities). Unfortunately, for other fields, the coupling constant is much larger and thus renormalizaion is not possible. So again, physicists are using mathematics (a human construct) to model physical reality (an existence independent of humans), but does not necessarily follow there is such thing as an objective mathematical reality.
The Dirac equation is relativistic quantum mechanics (not field theory), so it does not have these sorts of limitations. Its limits, however, are in the scope in which it applies, e.g., it applies only to fermions. »

Que faut-il en penser ?

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 27-04-14 à 11:30

Au fait, merci tout d'abord pour votre attention

Posté par
magisterien
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 27-04-14 à 17:27

Bonjour,

Ce qu'il faut penser, c'est que lorsqu'une phrase commence par "I am afraid I do not follow your argument." alors ce qui suit, même si il contient des vérités, ne réponds pas à la question.

Mais, oui en effet, le fait que alpha soit petite permet d'utiliser la théorie des perturbations et donc d'obtenir des résultats analytiques "simples" proche des valeurs expérimentales pour décrire les phénomènes. Sinon, il faut résoudre numériquement.

Dans ma première réponse, j'ai voulu souligner par exemple que "En électrodynamique quantique, cette constante détermine la probabilité qu'un électron émette ou absorbe un photon." Il s'agit d'un point de vue donnée des lois de l'électromagnétisme décrit par alpha. On peut choisir une autre description.

Si vous désirez une réponse précise concernant le choix des unités, je conseille de voir le théorème fondamentale de l'analyse dimensionnelle (théorème de Vaschy-Buckingham ou théorème Pi). Grâce à la précision des mesures optiques par exemple, il devient possible de déterminer des constantes fondamentales, liées à d'autres, de manière plus précises que celles qui sont actuellement utilisées pour définir les unités de mesures. Par exemple à Jussieu, des chercheurs comme Pierre Cladé essaye de mesurer la constante alpha par interférométrie atomique.

PS: je travaille en physique quantique à l'institut Niels Bohr de Copenhague.

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 27-04-14 à 18:30

Monsieur, je tourne un peu en rond depuis 3 ans et je ne sais toujours pas si j'avance ou si mes résultats sont imaginaires.
  
Compte tenu de votre niveau d'étude, peut-être pouvez-vous m'aider.
Si Mr Bordé a raison et si je comprends son texte, la charge (omniprésente) est fonction de alpha seul (et pour éviter le débat sur la dimension du coulomb, disons que la quantité de charge d'un coulomb serait fonction alpha seul)
Avec  m la masse, l la longueur, et h la constante de Planck, si f(alpha) est une information dont la "valeur numérique" est équivalente à  q², alors elle l'est aussi à
(ml)*10^7/c^0     (quantum)
(h)*10^7/c^1      (quantum)
(Gm^2)*10^7 /c^2  (quantum ?)

et alpha serait donc à l'origine des autres constantes.
Vérification des valeurs numériques :
https://drive.google.com/file/d/0BxN0CeO27ajMY1ZuMlpnSU0zTFE/edit?usp=sharing
Qu'en pensez-vous ?

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 27-04-14 à 18:46

rectification
"la quantité de charges d'un coulomb serait fonction de alpha seul"

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 27-04-14 à 19:56

rectification encore :
(hbar)*10^7/c^1  

Posté par
magisterien
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 28-04-14 à 02:32



Les quantités physiques que nous mesurons dans nos expériences, sont toujours mesurées par rapport à une autre quantité de référence, qui donne la dimension.
Biensur, comme vous avez écrit, il est à tout fait possible d'exprimer la charge en fonction de alpha seule, dans les unités de Planck.

La charge de l'électron est utilisée comme une constante fondamentale (une constante dimensionée) dans le présent système d'unités.

Cela paraît anodin, mais c'est assez magnifique qu'il soit possible de donner une interprétation mécanique de la lumière par exemple. L'histoire a montré la même chose avec
le premier principe de la thermodynamique. Il est possible de donner une interprétation mécanique de l'énergie calorifique. Ici, l'unité de la charge de l'électron permet de relier de l'énergie mécanique à de l'énergie électrique (des Volts vers les Joules).

C'est ce qui "déplaît" à M. Bordé. Quand on a alpha en sa possession, de surcroît avec une bonne précision, alors e, fait d'autant plus pâle figure comme constante fondamentale.

Pour éviter toute confusion, j'aurai pu écrire juste une phrase comme réponse qui serait: prendre racine de alpha, c'est une autre facon de décrire "e" qui est bien plus fondamentale (car imposée par la nature) et dont la précision expérimentale est bien meilleure si je ne m'abuse.


ps: Ecrivez un mail à M. Bordé, mon meilleur conseil.

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 28-04-14 à 11:50

Monsieur,
Un concours de circonstances est tout à fait étonnant. J'avais écrit voilà 2 ans à cet académicien. Le courrier s'est-il perdu ? Dans mon impasse actuelle, j'ai adressé à ce grand scientifique, en parallèle à ce topic, un email de même teneur et, quel bonheur,  j'ai reçu hier une réponse qui sollicite des précisions.
En attendant, il pense comme vous sur mon interlocuteur américain en ajoutant que l'équation de Dirac est aussi une équation de champ.
Votre commentaire me donne un peu d'assurance et, avec la réserve nécessaire sur les termes en partie confidentiels des échanges, je vais m'employer à travailler ma réponse, car ne pas être dans le giron de la communauté scientifique laisse peu de chance à un auteur, ignorant souvent des conventions et sujet au libre cours d'une pensée parfois délirante, car solitaire.
Je m'avance encore un peu en espérant ne pas brûler mes ailes :
https://drive.google.com/file/d/0BxN0CeO27ajMSk5fdkhMamhZV1k/edit?usp=sharing
Certains calculs posent question, comme ce « dix » pour le nombre "a" ? Numérologie peut-être.
Et, si le futur codata argumentait l'exemple arbitraire du calcul de charge en bas,  sqrt(alpha)  serait-il lié au coût de l'information @ ?
On m'a aussi conseillé de m'intéresser à ceci :     http://en.wikipedia.org/wiki/Causal_sets
Soit, ordre+nombre=géométrie de R.Sorkin. Ce n'est pas banal dans ce contexte où le couplage est roi.
Merci mille fois pour vos lumières.

Posté par
magisterien
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 28-04-14 à 14:25

Bonjour,

C'est sans doute un signe du destin , les grands esprits se rencontrent..

Je ne peux que vous souhaitez mes meilleurs encouragements pour la suite (je suis très jeune par rapport à M. Bordé).

En revanche, je trouve très intéressant qu'il puisse y avoir un lien entre la constante de structure fine et le nombre d'or.  Cela signifierai que l'origine de alpha est purement géométrique.

D'autant plus que, l'angle, connu sous le nom d'angle d'or, voir lien [url]http://fr.wikipedia.org/wiki/Angle_d'or[\url] est proche de 1/alpha. Or, le monde physique qui nous entoure n'est pas parfaitement euclidien comme le savez bien de Gauss et d'Einstein. Il serait donc intéressant d'observer comment des variations de alpha en fonction de la courbure locale de l'espace-temps et je crois que beaucoup d'expérimentateurs sont excités déjà par cette idée. Relier l'électromagnétisme à la gravité est une quête séduisante.

ps: il serait intéressant de pouvoir calculer la valeur de l'angle d'or en géométrie non euclidienne.

Sur ce, je retourne au labo .

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 28-04-14 à 17:55

Ce qui serait intéressant, si alpha était lié à une géométrie  (nombre+ordre=géométrie), ce serait d'y trouver pi. Depuis quelques mois, je maltraite ces nombres dans tous les sens (propre et figuré) et je n'en ai pas décelé le moindre indice. Bref, une nouvelle obsession !
Quant à phi et sa suite de Fibonacci, vous savez peut-être qu'on la rencontre en mécanique quantique :
http://www.larecherche.fr/actualite/mathematiques/du-hasard-suites-fibonacci-01-11-2005-85072

J'avais calculé la suite correspondante à «a» ( proche à 10^-6 de alpha). Les nombres de cette suite sont congrus à ceux de la suite de Fibonacci modulo 9 ; donc les suites sont liées.
Vérification
https://sites.google.com/site/cotecouretcotejardin/rush2

Bonus sur l'unité et son couplage intinsèque :
https://youtube.googleapis.com/v/tnkLDFpgix4
ainsi que
http://hpics.li/44c256c

Posté par
magisterien
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 28-04-14 à 18:44

Merci pour les liens, je regarderai tout cela ce soir.

Citation :
Ce qui serait intéressant, si alpha était lié à une géométrie  (nombre+ordre=géométrie), ce serait d'y trouver pi. Depuis quelques mois, je maltraite ces nombres dans tous les sens (propre et figuré) et je n'en ai pas décelé le moindre indice.


Je pense qu'il ne faut pas chercher à trouver la valeur exacte pi. La valeur de alpha expérimentale provient d'une réalité comme je disais plus haut où l'espace n'est pas euclidien, à cause de la gravité. Donc, par exemple le périmètre d'un cercle dans la "vraie" vie ne vaut pas 2 pi.

nombre+ordre=géométrie ?

Peut-être qu'une meilleur approche est de partir dans l'autre sens, et de créer une géométrie à partir de alpha..

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 29-04-14 à 11:24

Retour sur : "Certains calculs posent question, comme ce « dix » pour le nombre "a"  (fumeux ?)
Évidemment, je pense à une base, car il faut bien qu'elle apparaisse quelque part.
La vitesse de la lumière « c » est une limite, alors j'interprète ainsi :
En C^0, mur de Planck, on est sur une singularité (big bang)
En C^1, onde-corpuscule, on est sur une intersection de l'espace et du temps (photon)
En C^2, MQ-RG, on est sur une surface entre "base" et référentiel (où ça fait boum, e=mc^2)

Merci encore pour votre soutien ; je vous tiendrai au courant s'il y a du nouveau ou pour mes questions "existentielles"

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 17-05-14 à 13:41

Nombre d'or, structure fine, espace-temps, cercle, dualité, symetrie
chez Pauli
http://urlz.fr/o1d
Causalité
chez Rafael Sorkin
http://www.einstein-online.info/spotlights/causal_sets/?set_language=en  moins…

Posté par
lambda94
re : Equation de Dirac et constante de structure fine 17-05-14 à 13:44

Rectification :
Chez R.Sorkin
http://www.einstein-online.info/spotlights/causal_sets/?set_language=en



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