Question sur les ondes radio FM

Le problème exposé dans ce sujet a été résolu.

Salut,

Savez-vous pourquoi les ondes radio FM n’interfèrent pas avec d’autres ondes comme la lumière ?

Dans ma tête, la lumière et les ondes radio sont des ondes électro-magnétiques. Ces ondes possèdent des fréquences propres. Néanmoins, pourquoi n’interfèrent-elles pas ?

Si je lance un gros caillou dans une marre, et à côté de ça un peu plus loin un petit caillou, même si les ondes émises dans l’eau par ces cailloux ont des fréquences différentes, elles vont interférer physiquement, elles vont s’additionner et donc perdre une partie de l’information.

Pour moi, seuls deux ondes de nature différentes (ex : ondes radio et ondes de choc) n’interfèrent pas entre elles.

Parce que la lumière est un cas très particulier : il ne s’agit pas vraiment d’une onde, il y a aussi le modèle corpusculaire, la lumière correspondant à l’émission de photons dont l’énergie est proportionnelle à la longueur d’onde, si je ne dis pas de bêtise. C’est une base pour ta réflexion, d’autres répondront sûrement mieux que moi.

Par ailleurs, fait intéressant, les trous noirs apparaissent noirs parce qu’ils sont tellement lourds qu’ils absorbent les photons par gravité.

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À noter qu’il y a toujours des phénomènes d’interférences, mais pas toujours du à deux ondes électromagnétiques entrant en contact. Par exemple le trading à haute fréquence (transmission par micro-ondes) craint énormement… la pluie!

Que le spectre visible n’interfère pas avec les ondes radio n’est pas très surprenant. Notamment en raison du fait que leurs fréquences sont très différentes (beaucoup plus qu’un petit caillou avec un gros caillou)

Edit: de ce que j’en comprends, mais un physicien saura mieux que moi, il faut un phénomène d’absorption-emission pour avoir une interférence. Or, si on est dans le vide, deux photons ne vont pas avoir de tel phénomène, il faut un médium intermédiaire (comme de l’eau). Cependant, la cohérence d’un faisceau de photons dépend de ceux-ci, et j’avoue que j’aimerais bien en savoir plus sur ce phénomène

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Savez-vous pourquoi les ondes radio FM n’interfèrent pas avec d’autres ondes comme la lumière ?

Green

Pour moi c’est une question de fréquence : il y a un facteur > 1000 entre les fréquences des plus petites ondes radio et la lumière visible.

Edit: de ce que j’en comprends, mais un physicien saura mieux que moi, il faut un phénomène d’absorption-emission pour avoir une interférence. Or, si on est dans le vide, deux photons ne vont pas avoir de tel phénomène, il faut un médium intermédiaire (comme de l’eau). Cependant, la cohérence d’un faisceau de photons dépend de ceux-ci, et j’avoue que j’aimerais bien en savoir plus sur ce phénomène

Holosmos

Attention : ce n’est pas parce qu’on parle de « dualité onde-corpuscule » qu’un photon (ou un électron, etc) est une onde ou une corpuscule. C’est juste que dans certains cas, les particules peuvent se comporter comme des ondes ou des corpuscules.

En particulier, un photon ou un électron n’a besoin ni de milieu, ni même d’une autre particule pour provoquer des motifs d’interférences. Cf cet article ou cette vidéo (ici avec des électrons) :

Pour moi c’est une question de fréquence : il y a un facteur > 1000 entre les fréquences des plus petites ondes radio et la lumière visible.

Je ne comprends pas l’influence de la fréquence sur l’interférence. Y a-t-il une formule ou une explication physique ?

Attention : ce n’est pas parce qu’on parle de « dualité onde-corpuscule » qu’un photon (ou un électron, etc) est une onde ou une corpuscule. C’est juste que dans certains cas, les particules peuvent se comporter comme des ondes ou des corpuscules.

J’avais à l’esprit un phénomène d’absorption de l’énergie par un atome, par exemple.

C’est vrai qu’il y a cette histoire de fentes de Young. Pour le coup je me demande si ce n’est pas un peu différent, parce que c’est plus un phénomène d’observation de position. Mais c’est peut-être le sujet quand même …

Le souci des micro-ondes avec la pluie, c’est que l’eau absorbe l’énergie des photons dans ces fréquences (c’est le principe même du micro-onde de la cuisine). J’avais cela à l’esprit et pas des phénomènes à la "fentes de Young".

Parce que la lumière est un cas très particulier : il ne s’agit pas vraiment d’une onde, il y a aussi le modèle corpusculaire, la lumière correspondant à l’émission de photons dont l’énergie est proportionnelle à la longueur d’onde, si je ne dis pas de bêtise. C’est une base pour ta réflexion, d’autres répondront sûrement mieux que moi.

Phigger

Les ondes radios aussi sont des photons, la lumière n’est donc pas différente sur cet aspect là.

Objectivement … Onde et particule, c’est "la même chose". Les physiciens sont très doués pour mettre des particules à la place des ondes et inversement. L’exemple le plus typique, c’est celui des solitons … Qui serait justement l’équivalent "particulaire" de l’onde provoquée par le jeté de caillou dans l’eau. Donc même si c’est contre intuitif, parler d’onde ou de particule, dans ce contexte, c’est la même chose ;)

</hs>

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Il est nécessaire pour créer une interference de prendre deux ondes de même pulsation (ou presque) le facteur >1000 dont parle @SpaceFox est crucial, c’est la clé de cette question. Les ondes radio sont des photons.

Y a-t-il une formule ou une explication physique ?

Je vous présente le terme d’interférence qui apparait lorsque l’on essaye d’estimer l’intensité moyenne de l’onde lumineuse (I=E²I = \langle \vec{E²} \rangle) :

Comprendre la notation A\langle A \rangle comme la valeur moyenne de AA

I=E²=E1cos(ω1t)+E2cos(ω2t)+2E1E2cos(ω1t)cos(ω2t)terme d’interferenceI = \langle \vec{E²} \rangle = \vec{E_1}\langle cos(\omega_1t)\rangle + \vec{E_2}\langle cos(\omega_2t)\rangle + \underbrace{2\vec{E_1}\vec{E_2}\langle cos(\omega_1t)cos(\omega_2t) \rangle}_{\text{terme d'interference}}

Et lorsque l’on évalue ce terme à l’aide des formules trigonométrique, on obtiens la relation suivante :

Formules trigonométrique, wikipédia
Formules trigonométrique, wikipédia
cos(ω1t)cos(ω2t)=12[cos((ω1+ω2)t)valeur moyenne nulle+cos((ω1ω2)t)valeur moyenne nulle sauf si ω1=ω2]\langle cos(\omega_1t)cos(\omega_2t) \rangle = \dfrac{1}{2} \left[ \underbrace{\langle cos((\omega_1+\omega_2)t) \rangle}_{\text{valeur moyenne nulle}} + \underbrace{\langle cos((\omega_1-\omega_2)t) \rangle}_{\text{valeur moyenne nulle sauf si }\omega_1=\omega_2} \right]

Avec ωi\omega_i la pulsation de l’onde ii. La pulsation étant lié à la fréquence tel que : ωi=2πfi\omega_i = 2\pi f_i. Tout ça pour dire que le terme d’interférence est nul pour des pulsations différentes. C’est pourquoi habituellement on utilise 1 source qui générera deux ondes secondaires de même pulsation pour observer des interférences. :)

EDIT : @Pierre_24 on ne parle pas de phonon plutôt ?

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Ah, voilà, c’est ça que je cherchais et que je ne trouvais pas, @Blackline, c’était une justification un peu plus mathématique, merci ;)

(par contre, je serais curieux d’avoir une justification du facteur 1000, même si j’ai une petite idée au vu de ta formule)


<hs> Alors si jamais phonons, photons, solitons, etc ... J'ai un peu du mal à bien saisir la différence (si il y a un physicien dans la salle, <3 d'avance), mais si j'ai bien suivi sur la dernière fois que j'ai causé avec un physicien, ça a autant à voir avec la manière dont la particule en question a été produite qu'avec la gamme de fréquence à laquelle elle correspond (puisque forcément, la manière dont l'onde a été produite conditionne sa fréquence, et inversement). Je suis à peu près sur de mon coup pour les solitons dans le cas du *caillou dans l'eau* (à cause du fait que Wikipédia à l'air d'accord avec moi sans qu'on ce soit concerté avant :pirate: ), et je dirais que les phonons tombent quelque part dans le domaine acoustique (donc dans la gamme 20Hz-20000Hz, par analogie avec les limites de l'oreille humaine, mais là c'est de la pure supposition). Je serais bien incapable de dire comment s'appellerait la particule correspondante aux ondes FM ... Et à vrai dire, peu m'importe ^^ </hs>


<re-hs>Et effectivement, les phénomènes d’absorption et d’interférences ne sont pas exactement lié: dans le premier cas, la majorité de l’énergie absorbée (quelque soit la gamme du spectre électromagnétique) est réémise de manière non radiative, donc sous forme de chaleur. Ça m’étonne toujours que personne n’aie sorti une théorie du complot en mode "les ondes radios [ou autres] sont en fait responsable du réchauffement climatique" ^^</re-hs>

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par contre, je serais curieux d’avoir une justification du facteur 1000, même si j’ai une petite idée au vu de ta formule

La lumière visible a une longueur d’onde entre 380 et 780 nm dans le vide, et les onde radio ont une longueur d’onde supérieure à 100 µm soit 100 000 nm, 1 mm si on exclut le domaine du therahertz. Le « facteur 1000 » du topic vient de là (à la grosse louche, hein).

Alors si jamais phonons, photons, solitons, etc … J’ai un peu du mal à bien saisir la différence

Le phonon est le pendant mécanique du photon directement. Au lieu d’une vibration électromagnétique, il représente une vibration mécanique (comme par exemple le mouvement des atomes dans un cristal). Le soliton est plutôt un concept de méca des milieux continus (après, par abus de langage ça me choquerait pas d’en parler dans d’autres contextes), c’est juste une onde solitaire (un nombre d’onde) qui ne se déforme pas.

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A propos de la dualité inde-corpuscule, évoquée ici par certains :
La lumière possède à la fois un caractère corpusculaire et un caractère ondulatoire. Lire par exemple http://www.reseau-canope.fr/docsciences/La-lumiere-matiere-a-reflexion.html?debut_articles_rubrique=12&artpage=3–4
Ce n’est pas l’un ou l’autre, mais les deux simultanément. Certaines expériences font apparaître la nature corpusculaire, d’autres expériences font apparaître le caractère ondulatoire.
Pour prendre une analogie, l’ornithorynque a un bec de canard et une queue de castor. Mais ce n’est pas un castor, ni même un canard : c’est un ornithorynque.

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Je trouve ça un peu hors-sujet de parler du caractère corpusculaire de la lumière ici mais soit, s’il faut se prêter au jeu :

Je dirais, et j’ai mis du temps à l’accepter comme suit, qu’une particule élémentaire est un corpuscule auquel est associé une onde de matière. C’est vrai, un peu à la manière du tertium non datur il est effectivement difficile d’imaginer un objet ayant la propriété d’un corpuscule et d’une onde à la fois.

Dire que l’expérience dicte la nature qui sera mis en évidence est très difficile à imaginer aussi. Les seuls images mentales qui me viendraient en tête si on suivait cette idée c’est que le photon choisit s’il montre sa tête ou sa queue selon ce qu’il aura en face de lui…

Comprendra qui pourra
Comprendra qui pourra

Par contre imaginer qu’une particule est un corpuscule auquel on associe une onde de matière (que l’on ne peut pas mettre en évidence) ça me convainc plus. L’idée est plus tangible à mon gout. @Gabbro, @Pierre_24 et @Adri1 et @Vael ont surement des choses très intéressantes à dire la dessus.

Néanmoins parmi les spécialistes que j’ai rencontré il y a un désaccord majeur :

  • Certains prétendent qu’on ne peut pas comprendre cette dualité
  • D’autres disent la comprendre car on en connait les caractéristiques nécessaire aujourd’hui ainsi que les limites des études de ces caractéristiques.

Je trouve que la première option demande plus de recul qu’il n’y parait pour l’affirmer. Facile de dire "j’ai pas compris" difficile d’y avoir mis les pieds dedans, de penser avoir compris et revenir sur ses pas (ou non, d’après la deuxième classe de chercheur).

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Par contre imaginer qu’une particule est un corpuscule auquel on associe une onde de matière (que l’on ne peut pas mettre en évidence) ça me convainc plus.

Cacher les trucs qu’on comprend pas sous un tapis qu’on ne peut pas mettre en évidence (?), ça m’embête. Parler de dualité onde/particule, ça m’embête aussi. C’est un résidu un peu foireux des débuts de la MQ où on ne savait pas trop où on allait. Cette notion de "dualité" onde/corpuscule vient du fait qu’on n’avait jamais exhibé avant des trucs qu’on n’arrivait pas à mettre uniquement dans l’un de ces deux concepts. Avec la lumière, ça coince. Nos concepts classiques d’ondes et de particules marchent parfois mais pas tout le temps pour décrire son comportement. Du coup on parle de dualité entre les deux, mais c’est purement artificiel. La nature même de la lumière est encore différente et c’est quelque chose qu’on aura du mal à appréhender tant qu’on se raccroche désespérement à ces deux concepts. Par contre, d’un point de vue pragmatique, on arrive à décrire le comportement de la lumière de façon satisfaisante avec ces modèles. En soit c’est déjà satisfaisant et on ne peut pas savoir si on arrivera à aller au-delà de cette description. Le "désaccord majeur" dont tu parles n’en est pas un, ce sont deux facettes du même cul-de-sac théorique dans lequel on est : pas franchememt satisfaisant intellectuellement, mais ça fait le job qu’on lui demande.

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