Que sont les diagrammes de Feynman et que nous disent-ils sur la matière, la lumière, le temps, l’énergie et le fonctionnement du monde ?
25 janvier 2019, 18:06, par JFP/Jean-François POULIQUEN.
Bonsoir.
___Merci Monsieur Paris de correspondre et de prendre du temps pour les correspondances en générale, d’autant que je dois passer pour un enquiquineur à vous envoyer mes remarques quelques fois piquantes, mais dans ces remarques il y a de tout, comme mon innocence de ne pas connaître certaines choses essentielles, et aussi ce que l’on pourrait appeler des piques quand je relève des fautes, et encore mes idées qui me sont propres et pouvant déranger même la quantique.
●●(...) [J’ai parlé à Feynman sur certaines idées spéculatives telles que le Spin fractionnaire et les ANYONS. Feynman n’était pas impressionné en me disant : WILCZEK, vous devriez travailler sur quelque chose de réel (les Anyons sont réels, mais ce sera l’objet d’un autre article). Voulant combler le silence gêné qui a suivi cette réponse, j’ai demandé à Feynman son avis sur une question qui était la plus dérangeante en physique (à l’époque même si elle est toujours valable aujourd’hui). La question était : Pourquoi l’espace ne pèse-t-il rien ?
Feynman, généralement volubile et très réactif, est devenu silencieux. C’est la seule fois où je l’ai vu pensif. Ensuite, il a déclaré d’un air rêveur : Je pense que j’ai trouvé. C’était merveilleux. Et ensuite, il a commencé son explication avec la phrase : La raison pour laquelle l’espace ne pèse rien, selon moi, est parce qu’il n’y a rien.] (...)
●●(...) [La théorie quantique a amplifié la révolution de Maxwell. Selon la théorie quantique, les particules sont simplement des bulles d’écume qui sont projetées par des champs sous-jacents. Les photons, par exemple, sont des perturbations des champs électromagnétiques.
En tant que jeune scientifique, Feynman trouvait que cette vision était trop artificielle. Il voulait ramener l’approche de Newton et travailler directement avec les particules que nous percevons. Et dans cette tâche, il espérait défier des suppositions cachées et proposer une description plus simple de la nature et pour éviter un gros problème qui est apparu quand on a basculé vers les champs quantiques.] (...)
●●(...) [Dans la théorie quantique, les champs ont beaucoup d’activités spontanées. Ils fluctuent en intensité et en direction. Et même si la valeur moyenne du champ électrique dans un vide est zéro, la valeur moyenne de son carré n’est pas zéro. C’est important parce que la densité d’énergie dans un champ électrique est proportionnelle au carré du champ. En fait, la valeur de la densité d’énergie est infinie.
On connaît l’activité spontanée des champs par plusieurs noms : Les fluctuations quantiques, les particules virtuelles ou le mouvement du point zéro. Il y a des différences subtiles dans ces expressions, mais ils se réfèrent au même phénomène. Vous pouvez l’appeler comme vous voulez, mais l’activité implique de l’énergie, en fait, une quantité infinie d’énergie.
Dans la plupart des cas, nous pouvons laisser l’infini de côté à cause de son aspect dérangeant. On peut observer seulement des changements dans l’énergie. Le mouvement du point-zéro est une caractéristique intrinsèque des champs quantiques, car les changements dans l’énergie, en réaction à des événements externes, sont généralement finis. Et nous pouvons les calculer. Ils produisent des effets très intéressants tels que le décalage de Lamb dans les lignes spectrales atomiques ou la force Casimir entre des plaques conductrices neutres. Et on a observé ces effets sur le plan expérimental. Ces effets ne sont pas problématiques, car ils sont le triomphe de la théorie quantique des champs.
La gravitation est la seule exception. La gravitation réagit à tous les types d’énergie indépendamment de sa forme. De ce fait, la densité de l’énergie infinie associée avec l’activité des champs quantiques, présente même dans un vide, devient un gros problème quand nous considérons son effet sur la gravité. En principe, ces champs quantiques devraient rendre le vide plus lourd. Mais les expériences nous disent que la force gravitationnelle du vide est très faible. Jusqu’à récemment, on pensait que la force gravitationnelle était zéro. Peut-être que le changement de concept de Feynman, pour passer des champs aux particules, permettrait d’éviter le problème.
III.
FEYMAN a commencé à partir de rien en dessinant des images dont les lignes montrent les liens d’influence entre les particules. Le premier diagramme de Feynman a été publié dans PHYSICAL REVIEW en 1949 :] (...)
●●(...) [Pour comprendre comment un électron influence un autre, en utilisant les diagrammes de Feynman, vous devez imaginer que les électrons, lorsqu’ils se déplacent à travers l’espace et évoluent dans le temps, échangent un photon (intitulé VIRTUAL QUANTUM) dans le dessin. C’est la possibilité la plus simple. Il est aussi possible d’échanger 2 ou plus de photons et Feynman a aussi crée des diagrammes pour ça. Ces diagrammes contribuent à une autre partie de la réponse en modifiant la loi classique de la force de Coulomb. En créant un autre dessin et en le rendant extensible dans le futur, vous pouvez imaginer comment un électron rayonne un photon. Et ainsi, étape par étape, vous pouvez décrire des processus physiques complexes assemblés comme des jouets en LEGO.
Les diagrammes de Feynman ressemblaient à des images sur des processus qui se produisent dans l’espace et le temps et dans un sens, ils le sont, mais on ne doit pas les interpréter de manière littérale. Ils ne montrent pas de trajectoires géométriques rigides, mais plutôt des constructions topologiques flexibles reflétant l’indétermination quantique. En d’autres termes, vous pouvez être libre sur la forme et la configuration des lignes et des dessins tant que les connexions sont correctes.
Feynman a découvert qu’il pouvait attacher une simple formule mathématique à chaque diagramme. La formule exprime la probabilité du processus qui est décrit par le diagramme. Il a trouvé que dans des cas simples, il obtenait les mêmes réponses que celles qu’on obtenait en utilisant laborieusement les champs en interaction les uns avec les autres.
C’est ce que voulait dire Feynman avec : : Il n’y a rien dans l’espace. En supprimant les champs, il s’est débarrassé de leur contribution à la gravitation qui menait à des absurdités. Il pensait qu’il avait trouvé une nouvelle approche sur les interactions fondamentales qui n’étaient pas seulement plus simples, mais plus attirantes. C’est une superbe manière de penser les processus fondamentaux.
IV.
Malheureusement, les premières apparitions ont été décevantes. Quand il a commencé à creuser les choses, Feynman a découvert que son approche avait un problème similaire à celui qu’il voulait résoudre. Vous pouvez le voir dans l’image ci-dessous. Nous pouvons dessiner des diagrammes de Feynman qui sont complètement autonomes sans des particules pour déclencher les événements (ou qui entrent ou sortent). Ces graphes déconnectés ou bulles vides sont l’analogie, dans le diagramme de Feynman, au mouvement du point-zéro. Vous pouvez dessiner des diagrammes sur l’effet du quanta virtuel sur les gravitons et vous redécouvrirez l’obésité morbide de l’espace vide.] (...)
●●(...) [Plus généralement, en progressant, Feynman a réalisé et prouvé que sa méthode de diagramme n’est pas une vraie alternative à l’approche des champs, mais plutôt une approximation. Pour Feynman, la déception était amère. Mais les diagrammes de Feynman restent un trésor dans la physique parce qu’ils fournissent de bonnes approximations de la réalité. De plus, ils sont faciles et amusants quand on travaille avec. Ils nous donnent le pouvoir d’imaginer des mondes qu’on ne peut pas voir.
Et c’est ce type de calculs qui m’ont permis de gagner le prix Nobel en 2004 et cela aurait été impossible sans les diagrammes de Feynman. En fait, mes calculs ont permis de tracer une route pour la production et l’observation de la particule de Higgs.] (...)
●●(...) [La représentation d’un processus, avec le diagramme de Feynman, est plus pratique lorsque des diagrammes relativement simples fournissent une grande partie de la réponse. Les physiciens appellent cette approche comme le couplage faible où chaque ligne complexe supplémentaire est assez rare. C’est principalement le cas pour les photons dans l’électrodynamique quantique (QED) qui est l’application que Feynman avait à l’esprit. La QED couvre la plus grande partie de la physique et de la chimie atomiques ainsi que la science des matériaux. Et donc, c’est un accomplissement exceptionnel que de capturer son essence avec seulement quelques dessins.
Mais cette approche échoue sur la force nucléaire forte. Dans ce domaine, la théorie dominante est la chromodynamique quantique (QCD).] (...)
●●(...) [Mais l’énigme que Feynman voulait résoudre est toujours présente même si elle a évolué de nombreuses manières. Le plus grand changement est que les gens peuvent mesurer plus précisément la densité du vide et ils ont découvert qu’il ne disparaît pas. C’est la prétendue énergie noire (l’énergie noire est principalement un facteur numérique et c’est la même chose qu’Einstein appelait la constante cosmologique). Si vous la mesurez à travers tout l’univers, alors vous trouverez que l’énergie noire représente 70 % de la masse totale de l’univers.
Cela peut sembler impressionnant, mais pour les physiciens, la plus grande énigme est : : Pourquoi cette énergie noire possède-t-elle une densité aussi faible ?] (...)
___En résumé un article très cours, et ne démontrant pas vraiment les diagrammes de FEYNMAN malgré que le titre de l’article semble révélateur : : [Un dossier sur l’impact des diagrammes de Richard FEYMAN pour comprendre la structure profonde de l’espace] mais il est toujours intéressant de lire ce que disent les physiciens. J’ai noté également à plusieurs endroits des erreurs sur son nom que j’avais fait moi-même car FEYMAN au lien de FEYNMAN, et cette erreur est même dans le titre... Je continue de lire vos articles sur ce Monsieur FEYNMAN.
Bonsoir.
___Merci Monsieur Paris de correspondre et de prendre du temps pour les correspondances en générale, d’autant que je dois passer pour un enquiquineur à vous envoyer mes remarques quelques fois piquantes, mais dans ces remarques il y a de tout, comme mon innocence de ne pas connaître certaines choses essentielles, et aussi ce que l’on pourrait appeler des piques quand je relève des fautes, et encore mes idées qui me sont propres et pouvant déranger même la quantique.
___Ce que j’ai retenu de cette page internet que vous donnez au : :[25 janvier 07:43] de ce même article est ceci : :
https://actualite.housseniawriting.com/science/2016/07/09/comment-les-diagrammes-de-feynman-ont-presque-sauve-lespace/16654/
●●(...) [J’ai parlé à Feynman sur certaines idées spéculatives telles que le Spin fractionnaire et les ANYONS. Feynman n’était pas impressionné en me disant : WILCZEK, vous devriez travailler sur quelque chose de réel (les Anyons sont réels, mais ce sera l’objet d’un autre article). Voulant combler le silence gêné qui a suivi cette réponse, j’ai demandé à Feynman son avis sur une question qui était la plus dérangeante en physique (à l’époque même si elle est toujours valable aujourd’hui). La question était : Pourquoi l’espace ne pèse-t-il rien ?
Feynman, généralement volubile et très réactif, est devenu silencieux. C’est la seule fois où je l’ai vu pensif. Ensuite, il a déclaré d’un air rêveur : Je pense que j’ai trouvé. C’était merveilleux. Et ensuite, il a commencé son explication avec la phrase : La raison pour laquelle l’espace ne pèse rien, selon moi, est parce qu’il n’y a rien.] (...)
●●(...) [La théorie quantique a amplifié la révolution de Maxwell. Selon la théorie quantique, les particules sont simplement des bulles d’écume qui sont projetées par des champs sous-jacents. Les photons, par exemple, sont des perturbations des champs électromagnétiques.
En tant que jeune scientifique, Feynman trouvait que cette vision était trop artificielle. Il voulait ramener l’approche de Newton et travailler directement avec les particules que nous percevons. Et dans cette tâche, il espérait défier des suppositions cachées et proposer une description plus simple de la nature et pour éviter un gros problème qui est apparu quand on a basculé vers les champs quantiques.] (...)
●●(...) [Dans la théorie quantique, les champs ont beaucoup d’activités spontanées. Ils fluctuent en intensité et en direction. Et même si la valeur moyenne du champ électrique dans un vide est zéro, la valeur moyenne de son carré n’est pas zéro. C’est important parce que la densité d’énergie dans un champ électrique est proportionnelle au carré du champ. En fait, la valeur de la densité d’énergie est infinie.
On connaît l’activité spontanée des champs par plusieurs noms : Les fluctuations quantiques, les particules virtuelles ou le mouvement du point zéro. Il y a des différences subtiles dans ces expressions, mais ils se réfèrent au même phénomène. Vous pouvez l’appeler comme vous voulez, mais l’activité implique de l’énergie, en fait, une quantité infinie d’énergie.
Dans la plupart des cas, nous pouvons laisser l’infini de côté à cause de son aspect dérangeant. On peut observer seulement des changements dans l’énergie. Le mouvement du point-zéro est une caractéristique intrinsèque des champs quantiques, car les changements dans l’énergie, en réaction à des événements externes, sont généralement finis. Et nous pouvons les calculer. Ils produisent des effets très intéressants tels que le décalage de Lamb dans les lignes spectrales atomiques ou la force Casimir entre des plaques conductrices neutres. Et on a observé ces effets sur le plan expérimental. Ces effets ne sont pas problématiques, car ils sont le triomphe de la théorie quantique des champs.
La gravitation est la seule exception. La gravitation réagit à tous les types d’énergie indépendamment de sa forme. De ce fait, la densité de l’énergie infinie associée avec l’activité des champs quantiques, présente même dans un vide, devient un gros problème quand nous considérons son effet sur la gravité. En principe, ces champs quantiques devraient rendre le vide plus lourd. Mais les expériences nous disent que la force gravitationnelle du vide est très faible. Jusqu’à récemment, on pensait que la force gravitationnelle était zéro. Peut-être que le changement de concept de Feynman, pour passer des champs aux particules, permettrait d’éviter le problème.
III.
FEYMAN a commencé à partir de rien en dessinant des images dont les lignes montrent les liens d’influence entre les particules. Le premier diagramme de Feynman a été publié dans PHYSICAL REVIEW en 1949 :] (...)
●●(...) [Pour comprendre comment un électron influence un autre, en utilisant les diagrammes de Feynman, vous devez imaginer que les électrons, lorsqu’ils se déplacent à travers l’espace et évoluent dans le temps, échangent un photon (intitulé VIRTUAL QUANTUM) dans le dessin. C’est la possibilité la plus simple. Il est aussi possible d’échanger 2 ou plus de photons et Feynman a aussi crée des diagrammes pour ça. Ces diagrammes contribuent à une autre partie de la réponse en modifiant la loi classique de la force de Coulomb. En créant un autre dessin et en le rendant extensible dans le futur, vous pouvez imaginer comment un électron rayonne un photon. Et ainsi, étape par étape, vous pouvez décrire des processus physiques complexes assemblés comme des jouets en LEGO.
Les diagrammes de Feynman ressemblaient à des images sur des processus qui se produisent dans l’espace et le temps et dans un sens, ils le sont, mais on ne doit pas les interpréter de manière littérale. Ils ne montrent pas de trajectoires géométriques rigides, mais plutôt des constructions topologiques flexibles reflétant l’indétermination quantique. En d’autres termes, vous pouvez être libre sur la forme et la configuration des lignes et des dessins tant que les connexions sont correctes.
Feynman a découvert qu’il pouvait attacher une simple formule mathématique à chaque diagramme. La formule exprime la probabilité du processus qui est décrit par le diagramme. Il a trouvé que dans des cas simples, il obtenait les mêmes réponses que celles qu’on obtenait en utilisant laborieusement les champs en interaction les uns avec les autres.
C’est ce que voulait dire Feynman avec : : Il n’y a rien dans l’espace. En supprimant les champs, il s’est débarrassé de leur contribution à la gravitation qui menait à des absurdités. Il pensait qu’il avait trouvé une nouvelle approche sur les interactions fondamentales qui n’étaient pas seulement plus simples, mais plus attirantes. C’est une superbe manière de penser les processus fondamentaux.
IV.
Malheureusement, les premières apparitions ont été décevantes. Quand il a commencé à creuser les choses, Feynman a découvert que son approche avait un problème similaire à celui qu’il voulait résoudre. Vous pouvez le voir dans l’image ci-dessous. Nous pouvons dessiner des diagrammes de Feynman qui sont complètement autonomes sans des particules pour déclencher les événements (ou qui entrent ou sortent). Ces graphes déconnectés ou bulles vides sont l’analogie, dans le diagramme de Feynman, au mouvement du point-zéro. Vous pouvez dessiner des diagrammes sur l’effet du quanta virtuel sur les gravitons et vous redécouvrirez l’obésité morbide de l’espace vide.] (...)
●●(...) [Plus généralement, en progressant, Feynman a réalisé et prouvé que sa méthode de diagramme n’est pas une vraie alternative à l’approche des champs, mais plutôt une approximation. Pour Feynman, la déception était amère. Mais les diagrammes de Feynman restent un trésor dans la physique parce qu’ils fournissent de bonnes approximations de la réalité. De plus, ils sont faciles et amusants quand on travaille avec. Ils nous donnent le pouvoir d’imaginer des mondes qu’on ne peut pas voir.
Et c’est ce type de calculs qui m’ont permis de gagner le prix Nobel en 2004 et cela aurait été impossible sans les diagrammes de Feynman. En fait, mes calculs ont permis de tracer une route pour la production et l’observation de la particule de Higgs.] (...)
●●(...) [La représentation d’un processus, avec le diagramme de Feynman, est plus pratique lorsque des diagrammes relativement simples fournissent une grande partie de la réponse. Les physiciens appellent cette approche comme le couplage faible où chaque ligne complexe supplémentaire est assez rare. C’est principalement le cas pour les photons dans l’électrodynamique quantique (QED) qui est l’application que Feynman avait à l’esprit. La QED couvre la plus grande partie de la physique et de la chimie atomiques ainsi que la science des matériaux. Et donc, c’est un accomplissement exceptionnel que de capturer son essence avec seulement quelques dessins.
Mais cette approche échoue sur la force nucléaire forte. Dans ce domaine, la théorie dominante est la chromodynamique quantique (QCD).] (...)
●●(...) [Mais l’énigme que Feynman voulait résoudre est toujours présente même si elle a évolué de nombreuses manières. Le plus grand changement est que les gens peuvent mesurer plus précisément la densité du vide et ils ont découvert qu’il ne disparaît pas. C’est la prétendue énergie noire (l’énergie noire est principalement un facteur numérique et c’est la même chose qu’Einstein appelait la constante cosmologique). Si vous la mesurez à travers tout l’univers, alors vous trouverez que l’énergie noire représente 70 % de la masse totale de l’univers.
Cela peut sembler impressionnant, mais pour les physiciens, la plus grande énigme est : : Pourquoi cette énergie noire possède-t-elle une densité aussi faible ?] (...)
___En résumé un article très cours, et ne démontrant pas vraiment les diagrammes de FEYNMAN malgré que le titre de l’article semble révélateur : : [Un dossier sur l’impact des diagrammes de Richard FEYMAN pour comprendre la structure profonde de l’espace] mais il est toujours intéressant de lire ce que disent les physiciens. J’ai noté également à plusieurs endroits des erreurs sur son nom que j’avais fait moi-même car FEYMAN au lien de FEYNMAN, et cette erreur est même dans le titre... Je continue de lire vos articles sur ce Monsieur FEYNMAN.
Amicalement.
JFP/Jean-François POULIQUEN.