Durée de vie des photons

[ThunderGuy]

Bonsoir,

Je me demandais (question somme toutes assez banale)...
L'observation des objets "lointains", proche des limites de l'univers observable nous permet de contempler des choses avec un détail relativement élevé.

Cela signifie entre autres que "tous" les photons et particules qui permettent de rendre cet objet "visible" ont survécu pendant tout le trajet et surtout pendant tout le temps qu'il a fallu pour parvenir jusqu'à nous.

Mon raisonnement jusqu'ici me choque. Ca peut paraitre plausible, mais pourquoi un photon aurait il une durée de vie aussi immense (et pour ainsi dire, eternelle) ?

Comment la lumière de ces objets ne nous apparait elle pas amoindrie, voir annulée par la force du temps et de la distance ? (comme les phares d'un véhicule ou d'une lampe torche, on éclaire pas à des milliers de km...) ?

Merci pour vos réponses
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[Infra_Red]

Comment la lumière de ces objets ne nous apparait elle pas amoindrie, voir annulée par la force du temps et de la distance ? (comme les phares d'un véhicule ou d'une lampe torche, on éclaire pas à des milliers de km...) ?

on éclaire pas à des milliers de km parce que la courbure de la terre et la résolution de l'oeil ne le permettent pas. sinon on le pourrait.

j'ai pas tellement de connaissances en astrophysique, mais les photons sont des ondes electromagnétiques, qui ne dépendent pas de leur milieu de propagation.

seul une hypergravité, comme les trous noirs, peuvent modifier leur propriétés

http://www.cieletespace.fr/Actualite...trou,noir.aspx

[invite64e915d8]

Les photons se dispersent au fur et a mesure de la distance qu'ils parcourent ; ils ne restent pas "groupés"

C'est pour ça que sur Mercure, l'intensité lumineuse du Soleil est plus importante que sur Terre.

Le nombre de photons par unités de surface sur Mercure est plus élevé que sur Terre.

Alors t'imagines pour des distances de l'ordre de l'année-lumière...

En fait pour garder une intensité lumineuse "a peu près" égale il faut utiliser un faisceau laser si je ne me trompe pas... mais je sais pas si on a des lasers assez puissant pour éclairer une planète a quelques milliers d'AL d'ici.

[Sethrius]

Si ils sont légèrement altérés, la rayonnement fossile que nous observons est décalé vers les micro-ondes. Les photons ont perdu de l'énergie au fure et à mesure que le temps passe. (leurs longueur d'onde a augmenté, or plus sa longueur d'onde est grande moins le photon est énergétique)

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[ThunderGuy]

Ok pour vos explications mais, ramenons ma question à un photon.

Un seul photo aura donc pu "vivre" aussi longtemps sur toute cette distance ?
ou à l'instar des trous noirs dans lequel il se perdrait, existe t il ( à la manière des lentilles gravitationnelle) des éléments pouvant "redonner vie" à ce photon, lui réinsufler de l'énergie pour qu'il puisse parcourir son chemin à l'infini ?

Ou bien, dans le cas d'un univers fini, il aurait déjà fait le tour par une sorte d'effet miroir ?

[invite47e0ec41]

salut à tous!



je n'ai pas de connaissances astronomiques très poussées mais je me demande si un photon est eternel car il voyage à c et les faisceaux lumineux s'affaibliraient car diminuant avec le carré de la distance comme la gravité!





@++

[deep_turtle]

il voyage à c et les faisceaux lumineux s'affaibliraient car diminuant avec le carré de la distance comme la gravité!

C'est le cas, les faisceaux lumineux issus d'une source ponctuelle s'affaiblissent bien en diminuant avec le carré de la distance (en cosmologie c'est un peu plus compliqué mais bon), car les photons se répartissent sur des surfaces de plus en plus grande lorque le faisceau se propage.

En cosmologie, il existe un test très puissant pour tester l'hypothèse selon laquelle les photons ne sont pas détruits. Ce test consiste à mesurer la distance de luminosité et la distance angulaire, deux grandeurs mesurables en observant des objets lointains, et à les comparer.

Pour plus de détails, cf par exemple : astro-ph/0405620 (version publiée)

[ThunderGuy]

Ils ne seraient donc pas détruit, mais s'affaiblissent ?

Que signifie l'affaiblissement dans ce cas, pour un seul et unique photon ?
Le fait qu'il perde de la vitesse ?

J'avoue être un peu perdu (je n'ai pas les connaissance suffisantes pour ingérer un tel phénomène).

Donc un photon ne "meurent" pas, mais s'affaiblit.
Il doit donc bien arriver un moment (ou une distance ?) qui fait que le photon ne "réagit" plus ?

[invite64e915d8]

Non, la constante c est une constante

La vitesse de la lumière dans le vide ne varie pas.

Donc la perte d'énergie ne se traduit par une diminution de la célérité des photons.

En fait ca se joue sur les longueurs d'ondes. Tu as surement vu cette espèce de dégradé de la lumière ou tu peux voir les couleurs du bleu au rouge avec les zones ultraviolets et infrarouges.

En haut normalement il est indiqué les distances entre deux crêtes de l'onde de la lumière (car la lumière adopte le comportement de dualité onde-particule).

Eh bien pour que la longueur d'onde soit petite il faut "donner" au photon de l'énergie.

Donc réciproquement, si tu "retire" ou si le photon perd de l'énergie, sa longueur d'onde sera plus grande.

Tu auras donc un décalage vers le rouge de la lumière.

Je ne connais pas l'équation qui te permet de calculer la longueur d'onde en fonction de la distance parcourue, mais je crois que l'énergie de la lumière va toujours diminuer et tendre vers zéro sans jamais l'atteindre... tu auras donc un décalage de la lumière vers l'infrarouge (ce qui fait que tu ne pourrais plus la voir à l'oeil nu).

Ca demande confirmation mais je suis a peu près sur que c'est ca...

[ThunderGuy]

ah merci pour cette explication qui rejoin un theme que je comprend : le décalage vers le rouge.

donc en effet, maintenant je comprend (si c'est vérifié).

Un photon voyagera toujours :
- à vitesse constante et ce, peu importe l'énerge qu'on lui a donné à sa création.
- en ligne droite (pour peu qu'il ne rencontre aucun obstacle permettant de le dévier)

et donc un photon ne "meure" jamais.
il tendra donc à augmenter sa longueur d'onde (le fameux décalage vers le rouge), ce qui signifie qu'il perd de l'énergie au fur et à mesure de son voyage.

mais il ne perdra jamais totalement son énergie (là ca commence à devenir compliqué).

question subsidiaire : il est possible de fournir une énergie supplémentaire à ce photon au cours de son voyage ?

au départ, je pensais que les lentilles gravitationnelle jouait ce rôle, mais en fait elle ne font qu'eparpiller les photons...

Me trompe-je ?

[deep_turtle]

au départ, je pensais que les lentilles gravitationnelle jouait ce rôle, mais en fait elle ne font qu'eparpiller les photons...

Me trompe-je ?

Non, c'est bien ça.

[Coincoin]

il est possible de fournir une énergie supplémentaire à ce photon au cours de son voyage ?

Oui, le photon peut interagir par exemple avec un électron de haute énergie et être diffusé en gagnant de l'énergie, c'est l'effet Sunyaev-Zel'dovich : http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Sunyaev-Zel%27dovich

[ThunderGuy]

et donc cet effet pourrait il expliquer le fait que :

depuis la terre, à l'oeil nu du moins, le ciel ne paraisse pas si "lumineux".
alors que nous nous trouverons dans un bras d'une galaxie colossale qui, a comparaison d'une semblable visualisée depuis un telescope, est pourtant extremement lumineuse...

plus clairement, à l'intérieur d'un tel flux de photons, nous ne voyons pas beaucoup de lumière, mais à une distance D certaine, nous apercevons un amas lumineux puissant, plus fort que ce que nous voyons à l'intérieur de ce flux.

je ne sais pas si je me fais bien comprendre

[Coincoin]

et donc cet effet pourrait il expliquer le fait que :

Non, pas du tout. Il faut des conditions particulières : des électrons énergétiques et des photons très peu énergétiques (comme ceux du fond diffus cosmologique).

Si le ciel n'est pas lumineux, c'est simplement à cause des distances. Plus tu regardes loin, plus il y a d'objets mais moins ils paraissent lumineux. Leur lumière s'est dilué dans tout l'espace. Si tu mets ça en équation, tu te rends compte que les deux effets se compensent.

[ThunderGuy]

oui en effet, ma question était un peu en l'air, en réfléchissant après coup, je suis tombé sur la même réponse.
la "distance" en quelque sorte, rapproche les objets les uns des autres pour celui qui les percoit. ca se vérifie avec bien autres choses que les "photons"

[ThunderGuy]

Je relance sur une petite question qui me turlupine.

Soit A une source de lumière (peu importe, une lampe torche ou une étoile).
A emet de la lumière pendant un certain temps puis s'éteint.

Les photons qui ont été émis sont tous arrivés à destination
(sur notre rétine ou notre pellicule photo).

Qu'adviennent ils ?

Je prend l'exemple des phares de voitures, quand je coupe mes phares, on ne voit plus rien certes, mais que sont devenus les photons ?

Absorbés par nos yeux ?

Ca peut paraître idiot comme question, mais ca me tracasse

[Rincevent]

si tu vois un objet lumineux, c'est que certains des photons qu'il a émis ont été absorbés par des molécules qui interviennent dans la composition de tes yeux. Si un photon laisse une marque sur une plaque photographique, c'est qu'il a interagit avec une molécule de la plaque et a été absorbé. Le principe est donc toujours le même : le photon voyage et garde son énergie (sauf s'il se propage dans un champ de gravitation pas homogène ou un univers en expansion) tant qu'il ne rencontre aucun obstacle. S'il en rencontre un, bien souvent il est absorbé et disparaît complètement.

[ThunderGuy]

Ok, merci de cette réponse qui confirme donc ma conclusion d'origine
C'est simple au final, mais j'ai eu un gros doute

[f6bes]

Bjr à tous,
Ca fait plaisir de lire cela ! Alors que certain pense que les photons "vieux" sont rares et que nous n'en voyons que leur desecndance (arriére, arriére ,arriére..... petits fils de photons !)
Cette discussion:http://forums.futura-sciences.com/thread214468-2.html
A+

[inviteebb37b99]

Concernant la perte énergétique de photon expliqué par le décalage vers le rouge...

Si je ne m'abuse le décalage vers le rouge n'est qu'une conséquence de l'expension de l'univers et non une perte d'énergie graduelle du photon...

Donc dans un univers statique un photon conserverait sa longueur d'onde et par le fait même son énergie tant qu'il n'interagit avec rien.

[invitef0561d8a]

Pour bien comprendre le phenomene d'un photon voyagant une distance cosmologique et ses effets, il est nécesssaire de possèder plusieurs connaissance en physique notamment: onde électromagnétique, relativité, cosmologique et mécanique quantique. Je vais essayer quand meme de répondre dans un langage simple.

Premièrement une source émet un certain nombre de photon par seconde (caratérisé par sa puissance (watt ou joule/seconde ou nombre de photon par seconde)) aucun de ces photons disparaissent. Élaborons un peu:

Premièrement, l'intensité (donnée en Watt/mettre (carre) caractérisant la quantité de photon recu à une certaine distance) diminue avec la distance. En effet, le nombre de photon émis dans un seconde précise s'éloigne de la source sous la forme d'une sphère de plus en plus grande. L'intensité est une mesure du nombre de photon par unité de surface sur cette sphère. Cette loi est connu comme la loi de l'inverse du carré de la distance (Inverse square law of light) beaucoup de phénomene physique obéisse à cette loi.
L'équation est I (intensité) = P (puissance ou luminosité)/4(pi)r(carré)

Cela explique pourquoi des objets lointains sont moins lumineux. Les photons on pas disparru, ils sont juste parti dans un autre direction.

Un photon donné peut gagner et perdre de l'énergie en chemin. Dans tous ces cas, jamais la vitesse de la lumière est modifié contrairement aux objets courants. Par définition la lumière voyage à la vitesse de la lumière. Dans son cas, sa fréquence et sa longueur d'onde est modifié.

Tout onde répond à l'équation: (longueur d'onde) x (fréquence) = c (vitesse de la lumière ou de l'onde)

Voyons les cas les plus courant.

Des effets comme l'effet Sunyaev-Zel'dovich et l'effet Compton peuvent augmenter ou diminuer l'énergie des photons, mais cela necessite une interaction avec des électron libres, ce qui est plutot rare dans le vide de l'espace.

Les photons peuvent aussi perdre de l'énergie avec l'interaction avec un champ gravitationnelle. Ils sont affecté un peu comme les objets; perdant de l'énergie en montant dans un champ de gravité et en gagnant en descend un meme champ. Encore une interaction de ce genre est plutot rare dans l'univers quoique moins que les effets précédants.

Les photons perdre aussi de l'énergie dû à l'expansion de l'espace et cette effet est de loin le plus important surtout pour les photons voyagant sur des distance cosmologique. Cette perte d'énergie se traduit par une augmentation de leur longueur d'onde appelé normalement décalage vers le rouge cosmologique. C,est ce qui est arrivé au rayonnement de fond cosmologique: sa température de formation etait d'environ 3 000K et maintenant on le percois à 2,7 K environ, étiré par l'univers pendant environ 13 milliards d'années(d'autre effets peuvent produire un décalage vers le rouge des sources lumineuses). Encore là aucun photon disparrait.

Pour conclure, nous avons des preuves expérimentales solides basées sur la luminosité de surface des galaxies nous indiquant qu'aucun photon disparrait durant le trajet.

Les photons ont donc une durée de vie au moins supérieur à l'age de l'Univers environ et tous semble indiquer qu'ils soient éternels.

[dragounet]

Les photons ont donc une durée de vie au moins supérieur à l'age de l'Univers environ et tous semble indiquer qu'ils soient éternels.

Mais à la vitesse de la lumière le temps ne s'écoule plus, donc même si le photon parcourt 13,4 milliards d'années lumière (chiffre pris au hasard), pour lui il n'a pas vieilli d'une seule seconde, non?

[invite655213c3]

Mais à la vitesse de la lumière le temps ne s'écoule plus, donc même si le photon parcourt 13,4 milliards d'années lumière (chiffre pris au hasard), pour lui il n'a pas vieilli d'une seule seconde, non?

C'est exact, à la vitesse de la lumière, la dilatation du temps est d'un facteur infini (division par 1-(c/c)) donc en théorie le photon ne vois pas le temps passer, il est donc éternel du point de vue de tout objet dépendant du temps, dont nous.

[invitebd2b1648]

Sachant que le photon ne peut pas être pris comme référentiel comme toutes particules voyageant à C !

@ +

[physikaddict]

Sachant que le photon ne peut pas être pris comme référentiel comme toutes particules voyageant à C !

@ +

Bonsoir,

Il est donc correct d'écrire que le photon n'a pas de temps propre ()[?]

Cordialement,

[invitebd2b1648]

Exact ! c'est une géodésique de genre lumière où tout référentiel est interdit par la RG (ps : dîtes moi si je me trompe ...)

Amicalement

[Deedee81]

Salut,

il est donc éternel du point de vue de tout objet dépendant du temps, dont nous.

Je ne suis quand même pas tout à fait d'accord avec la conclusion car, pour nous, le temps s'écoule bel et bien et lorsqu'un photon interagit avec un atome il cesse d'exister (par exemple en excitant un électron dans une molécule de rhodopsine dans notre oeil).

Et ça, c'est pas vraiment ce que j'appelle éternel

Par contre, un photon ne vieilli pas. Ca c'est vrai. Mais à nouveau ce n'est pas une conséquence du temps propre inexistant du photon. Ca implique seulement que "du point de vue du photon", tous les états différents de sa vie (par exemple s'il change de polarisation suite à une interaction) se passent en un seul instant.

De plus, un électron non plus ne vieilli pas. Un électron venu du fin fond de l'espace peut voyager des milliards d'années (s'il a de la chance car un électron risque de rencontrer des obstacles). Pratiquement, pour le détruire, il faut une collision ultraviolente ou le plongeons dans le coeur nucléaire d'une étoile ou la rencontre malheureuse avec un positron.

Ces objets ne vieillissent pas à cause de la MQ (ou plutôt la MQ l'explique). L'état de ces particules est trop simple (trop peu de propriétés) pour autoriser un éventuellement vieillissement. Et cette simplicité est confirmée par les statistiques quantiques (statistiques de Bose-Einstein, à la base du laser, de Fermi-Dirac, à l'origine du principe d'exclusion) qui nécessitent une parfaite identité des particules.

C'est encore plus vrai pour les neutrinos qui interagissent très peu, moins que les photons, qui ne voyagent pas à 'c' (ils ont une masse, même si elle est infime). et qui viennent d'encore plus loin que les photons (fond de rayonnement fossile de neutrinos) (enfin, on ne l'a jamais observé ce fond, pour des raisons techniques évidentes : ces photons sont très peu énergétique, mais son existence ne fait pas vraiment de doute).

Tout cela n'empêcherait pas une éventuelle "fatigue de la lumière" (théorie des anti bigbangiste). Tout comme un photon peut être altéré pendant son voyage par interaction (la polarisation des photons du rayonnement fossile donne des informations sur les nuages de gaz traversés). On ne sait jamais.

Mais tout simplement, la fatigue de la lumière ne se produit pas. Ce n'est ni prédit par la théorie, ni observé (même pour les photons émis de très loin pluisque le décalage Doppler est conforme à la dilatation du temps subie par la durée d'émission lumineuse des supernovae). Inutile de chercher des explications du coté du temps propre

[dragounet]

Ces objets ne vieillissent pas à cause de la MQ (ou plutôt la MQ l'explique). L'état de ces particules est trop simple (trop peu de propriétés) pour autoriser un éventuellement vieillissement. Et cette simplicité est confirmée par les statistiques quantiques (statistiques de Bose-Einstein, à la base du laser, de Fermi-Dirac, à l'origine du principe d'exclusion) qui nécessitent une parfaite identité des particules.

Si c'est leur simplicité qui les empêche de vieillir, un trou noir étant très simple (masse et rotation sont ses caractéristiques), il ne doit pas vieillir ?
Ou c’est le fait qu’il « gèle » le temps ?
J’avoue ne pas comprendre pourquoi c’est la simplicité d’un objet qui lui donne sa longévité, sa simplicité lui donnera seulement moins de possibilité d’interagir non ?

[Deedee81]

Salut,

Voilà ce qui se passe quand on emploie des termes flous comme vieillir, on se fait mal comprendre. Je vais essayer de préciser mon propos en répondant à chaque point.

Si c'est leur simplicité qui les empêche de vieillir, un trou noir étant très simple (masse et rotation sont ses caractéristiques

Et charge.

Oui, c'est le théorème des trous noirs sans cheveux.

), il ne doit pas vieillir ?

En effet. Du moins au sens ou je l'entendais (et précisé ci-dessous).

Mais il peut changer s'il interagit avec quelque chose. Si un objet tombe dedans, il grandit. Même un type qui a bu un élexir d'éternelle jeunesse peut recevoir un coup sur le nez et devenir très moche

Ou c’est le fait qu’il « gèle » le temps ?

Pour un astronaute suicidaire qui se jetterait dedans, il n'y a aucun ralentissement du temps. Il atteint même la singularité très vite (pour un TN stellaire, une fois l'horizon atteint, il n'a plus que quelques millièmes de seconde pour faire ses prières, quelques heures pour un TN supermassif).

Ce n'est gelé que pour un observateur extérieur (qui lui ne verra jamais l'astronaute franchir l'horizon !)

Donc, on ne peut pas utiliser cet argument pour décrire "ce que subit le TN au cours de sa vieillesse"

J’avoue ne pas comprendre pourquoi c’est la simplicité d’un objet qui lui donne sa longévité,

Parce que il y a tout simplement trop peu de chose pour observer un changement au cours du temps. Trop peu de chose qui peuvent constituer "une hologe interne" marquant le temps et le vieillissement.

Evidemment, ça dépend un peu de ce qu'on entend par vieillissement. Si l'on dit "lumière fatiguée = vieillissement" alors ce que je dis est faux. Mais pour moi le vieillissement est un effet intrinsèque, indépendant de son interaction avec le reste. Or, la lumière fatiguée est une augmentation de la longueur d'onde du photon (tout comme l'effet Doppler d'ailleurs) et celle-ci est essentiellement une caractéristique relative (elle dépend de l'observateur). Ce n'est pas une caractéristique intrinsèque (surtout pour un photon qui a toujours la même vitesse. Au moins, pour un électron, on peut parler de masse propre ou d'énergie totale au repos). On ne peut parler de fatigue de la lumière que dans un contexte précis.

Par exemple. Certains n'aiment pas parler d'effet Doppler de l'expansion car en relativité générale il ne s'agit pas de vitesse propre et on l'appelle plutôt "redshift cosmologique". (moi je n'ai pas ces états d'ames)

Mais rien n'empêche d'appeller ça "lumière fatiguée" comme étant une "interaction entre le photon et le champ gravitationnel global". Bien que ce ne soit pas dans ce sens là que l'entendent les anti bigbangiste, bien sûr, et les "orthodoxes" (dont je suis) ne vont pas employer un terme d'anti bigbangiste C'est juste un exemple artificiel de terminologie pour éclairer la différence que je fais (personnellement) entre vieillir et lumière fatiguée.

sa simplicité lui donnera seulement moins de possibilité d’interagir non ?

Ca dépend de ce qu'on entend par là. Ou ça dépend de la manière dont le "peu" de propriétés permettent d'interagir avec le reste. La charge est une propriété plutôt élémentaire (au sens qu'il ne s'agit que d'UNE grandeur, pas au sens "facile à comprendre" ) mais qui permet des interactions aisées.

Un électron est extrêmement simple mais il interagit très bien (mieux qu'un neutron qui est insensible aux champs électriques et pratiquement aux champs magnétiques alors qu'il est nettement plus complexe).

J'espère avoir mieux fait comprendre là façon ont je vois les choses et la raison de mon intervention

[invite655213c3]

Réponse complète, il est vrai qu'il est difficile de caractériser un objet qui ne vieilli pas, mais pour les trou noirs, il reste un dilemme: Que se passe t il du point de vue d'une particule qui fonce vers le trou noir ? (j'ai abandonné l'idée de l'astronaute étant donné que vu les forces de marrées, il ne le resterais pas longtemps ) Si, de son point de vue, elle arrive au centre en très peu de temps mais que vu de l'extérieur il se passe une éternité, peut on dire que losqu'il atteindra le centre, l'univers sera dans sa "phase finale" ? (Je suis méchant en fait de poser ce genre de question)