photon immobile

[curieuxdetempsaautre]

bonjour tout le monde, une question ou deux concernant le photon, il se comporte comme une onde et particule tout dépend des mesures, deuxièmement , le photon n'a ni espace ni temps et il est immobile, comme si l'espace venais vers lui d’après mes nombreux recherches, et il a une vitesse de nos points des vue exactement détermine. la première question par rapport au photon : existe il mathématiquement une autre formule similaire ou l’équation ne donne pas le même résultât quand en a deux éléments et en refait les calculs dans le deux sens? il n'est pas exagéré donner des caractéristiques si mystérieuses a un quantum a fin de justifier une équation . je nullement intention de corriger ou critiquer, je suis dessinateur de bd sf et artiste et j'essaie juste mieux cerner cette question, ma langue natal n'est pas le français donc je m’excuse d'avance. d’après ma visualisation imaginaire, se comme a chaque création de 1 photon l'univers va vers lui ? comme une casserole avec l'eau bouillante? merci de vos idées
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[Mailou75]

Salut,

En théorie on a pas le droit de s'imaginer a la place du photon, car on ne peut pas lui associer de référentiel. Mais pour comprendre le principe imaginons que tu vas à 0,99c...

Un observateur te regardant passer devant lui te verra complètement aplati dans le sens du mouvement et avec un temps extrêmement ralenti.

De ton point vue, comme on est en RR, tout est réciproque donc tu vas voir tout ton environnement compressé dans le sens du mouvement et le temps de tout ce qui s'y passe au ralenti.

Si on poussait l'image pour une vitesse c alors l'espace devant toi serait plat (dimension nulle) et le temps à l'arrêt. Le photon serait donc immobile de son point de vue puisque il ne peut avancer le long d'une direction nulle. Mais comme dit en début de message, cette représentation est "interdite".

A plus
Mailou

[curieuxdetempsaautre]

d'accord et merci mailou il reste la question 2 : existe il mathématiquement une autre formule similaire ou l’équation ne donne pas le même résultât quand en a deux éléments et en refait les calculs dans le deux sens

[Mailou75]

Pas que je sache... La RR est plutôt bien validée par l'expérience.

[A voir en vidéo sur Futura]

[curieuxdetempsaautre]

merci mailou75 - mais comme même je n'arrive pas saisir cette capacité unique du photon? Pour moi quand un éléphant va a 1 m sec rencontrer une mouche qui est plus rapide et si je calcule le point de rencontre des deux dans les deux sens a partir du référentiel j’obtiens un résultat identique. la lumiere parvien a 300 000 km sec vers nous mais nous n'existons temporairement pas pour un photon? et comme même le photon est influencée par la gravitation, matière noir et toute matière et énergies? donc l'intrication des deux photons est presque instantané puis que pour un photon l'espace temps est absent? tout ceci est je suppose quantique et sort de relativité restreinte?

[Mailou75]

Oui il est evident que le photon ne peut etre restreint a sa description "mecanique" (RG) ne serait ce que parce qu'il est reconnu que c'est "aussi" une onde.
Pour l'histoire de la mouche et de l'elephant tu te trompes.. un photon ira toujours a c pour un observateur, c'est la base de la relativité restreinte. Si un photon avance vers toi et que tu accelères dans sa direction sa vitesse n'augmentera pas, c'est son energie qui augmentera c'est le blueshift de l'effet Doppler.
A une epoque je t'aurais bien proposé le parallèle avec le decalage gravitationnel : un objet s'eloigant d'une masse va perdre de la vitesse, le photon qui n'a pas le droit de perdre de la vitesse perdra de l'energie engendrant de redshift gravitationnel, mais je pense aujourd'hui que cela est faux... (pas dans le resultat mais dans l'explication)
Pour l'intrication, la MQ tout ca je ne peux pas t'expliquer ce que je ne comprend pas moi meme

A +

[mach3]

En théorie on a pas le droit de s'imaginer a la place du photon, car on ne peut pas lui associer de référentiel. Mais pour comprendre le principe imaginons que tu vas à 0,99c...

Un observateur te regardant passer devant lui te verra complètement aplati dans le sens du mouvement et avec un temps extrêmement ralenti.

De ton point vue, comme on est en RR, tout est réciproque donc tu vas voir tout ton environnement compressé dans le sens du mouvement et le temps de tout ce qui s'y passe au ralenti.

Si on poussait l'image pour une vitesse c alors l'espace devant toi serait plat (dimension nulle) et le temps à l'arrêt. Le photon serait donc immobile de son point de vue puisque il ne peut avancer le long d'une direction nulle. Mais comme dit en début de message, cette représentation est "interdite".

attention à l'usage du verbe "voir". Il n'est pas utilisé ici dans le sens "voir avec ses yeux" mais au sens d'une "reconstruction" commode où on assigne arbitrairement aux évènements (les points de l'espace-temps) des lieux et des dates. Par exemple, si un objet fonce vers moi à 0,99c (ou réciproquement si je fonce vers cet objet à cette vitesse, il n'y a aucune différence entre les deux *), je le verrais plus bleu par rapport à la couleur qu'il aurait immobile par rapport à moi (effet Doppler), plus petit que je ne le verrais si il était immobile pour une même distance (aberration de la lumière) et si il porte une horloge, je la verrais tourner en accélérer (encore l'effet Doppler). Il passe à coté de moi puis s'éloigne et là je le vois plus rouge (effet Doppler dans l'autre sens) et plus gros (aberration de la lumière dans l'autre sens) et je vois son horloge tourner plus lentement. Ces deux effets, qui qualitativement découlent de la vitesse finie de la lumière, existent déjà en physique classique. C'est au niveau quantitatif qu'ils changent en relativité restreinte.

En physique classique il est d'usage de reconstruire les situations en termes de positions et de dates à partir des observations. Par exemple j'observe un objet situé à 300 000 km à la date t, j'en déduis, compte tenu de la vitesse de la lumière qui vaut grosso-modo 300 000 km/s que l'évènement correspondant à cette observation s'est produit à 300 000 km à une date t-1 seconde. Ainsi si on observe une horloge distante, on peut replacer sur notre axe temps à nous les évènements correspondant au tic-tac de l'horloge. Le tic reçu à 10h30min15sec de l'horloge situé à 300 000 km "s'est produit" à 10h30min14s, le suivant, reçu à 10h30min16s "s'est produit" à 10h30min15s. Si l'horloge est en mouvement, l'effet Doppler nous fait voir les tic-tacs en accéléré ou en ralenti (selon si l'horloge s'approche ou s'éloigne), mais à chaque fois qu'on recalcule à quel date les tics et les tacs se sont produits en tenant compte de la distance de l'horloge (qui se traduit en durée de retard, le temps que la lumière fasse le trajet), on constate qu'ils sont gentiment espacés de 1 seconde comme pour une horloge immobile. Cela n'est en fait correct en approximation que pour de faibles vitesses relatives, comme celles de la vie courante. En physique relativiste, l'effet Doppler est tel que lorsque l'on "reconstruit" les dates auxquelles les tics et les tacs de l'horloge en mouvement se sont produites, on constate qu'elles sont espacées de plus d'une seconde, et que cet écart est d'autant plus prononcé que la vitesse relative est rapide. Cela se voit en particulier pour l'effet Doppler transversal (celui qu'on observe quand la ligne de visée entre nous et l'objet est perpendiculaire au mouvement de l'objet), qui est strictement nul en physique classique mais non nul en physique relativiste.
Cela marche aussi pour les distances, si on reconstruit les positions de l'avant et de l'arrière de l'objet en mouvement à une date donné de notre échelle de temps, en faisant la différence entre les deux on retrouve la même taille en physique classique, mais une taille plus courte en physique relativiste. L'objet n'est pas plus court pour autant (ni son temps plus lent), le système de coordonnée, arbitraire, que l'on utilise pour reconstruire les positions n'est simplement pas approprié.

Ce système de coordonnée arbitraire, appelé système de coordonnée de Lorentz de l'observateur (ou de l'objet) est (entre autres) tel que l'observateur (ou l'objet) occupe toujours l'origine spatiale du repère (immobilité) et que la coordonnée de temps corresponde au temps indiqué par l'horloge de l'observateur (ou de l'objet). Pour chaque objet ou observateur on peut construire un tel système de coordonnée, qui est à chaque fois différent (pour des objets immobiles l'un par rapport à l'autre, les axes temps vont cependant coïncider). En choisissant le repère d'un objet au lieu du notre, on peut reconstruire les lieux et dates du point de vue de l'objet.
Les particules de masse nulle ayant pour propriété d'aller à la vitesse c dans tout système de coordonnées de Lorentz (l'orientation du vecteur vitesse peut changer mais pas sa norme), il est évident qu'on ne peut pas définir de système de coordonnées de Lorentz où ils sont immobiles et donc on ne peut pas reconstruire les lieux et les dates du point de vue d'une tel particule.

De plus, on peut montrer que la "distance", au sens spatio-temporel (on parle d'intervalle d'espace-temps, on peut le calculer notamment à partir des coordonnées des évènements et le calcul donne la même chose quelque soit le système de coordonnée) entre l'évènement correspondant au tic d'une horloge et l'évènement correspondant au tac immédiatement consécutif (on parle là d'horloge calibrée et précise) est constante et correspond à la durée mesurée entre le tic et le tac par un observateur immobile par rapport à l'horloge. Or la "distance" entre deux évènements quelconque par lesquels passe une même particule de masse nulle (par exemple sa création puis sa destruction) est systématiquement 0, c'est à dire que la durée entre les deux est strictement 0, ce qu'on voit souvent exprimé maladroitement comme "le temps du photon ne s'écoule pas" ou "le temps du photon est arrêté". A la rigueur on peut juste dire que le concept de temps ou de durée n'a pas de sens pour une particule de masse nulle. De même on lit que "du point de vue du photon, l'espace est complétement aplati dans la direction de son mouvement". C'est abusif car cela suppose que le photon pourrait mesurer les distances à des objets situés devant ou derrière lui et conclure que cette distance est nulle, alors qu'une distance se mesure justement à l'aide de signaux se déplaçant à la vitesse de la lumière ou moins.
Dans l'hypothèse (absurde) où le photon serait capable de mesurer sa distance à un objet en mesurant le temps d'aller-retour d'un projectile de lui vers cette objet, on voit que tout cloche :
-envoyé devant lui (pour mesurer la distance à un objet situé devant), le projectile reste superposé à lui si il est de masse nulle (et il atteint l'objet en même temps que lui...) ou se retrouve en fait envoyé derrière lui si il a une masse non nulle, ce qui fait qu'il atteindra l'objet "après" le photon et que de toutes façons il ne pourra pas rejoindre le photon (un aller mais pas de retour...)
-envoyé derrière lui (pour mesurer la distance à un objet situé derrière), le projectile atteindrait l'objet, mais ne pourrait jamais rattraper le photon

m@ch3

* : sauf bien sûr l'objet et moi nous trouvons dans un milieu d'une densité suffisante pour que des effets particuliers se fasse ressentir de part le mouvement de l'objet ou de moi-même relatif à ce milieu : vent, frottement, etc. Si je suis au sol, immobile par rapport à la surface de la Terre, et qu'il n'y a pas de vent, une balle de baseball se déplaçant à 0,99c par rapport à moi et donc par rapport à l'air, serait sacrément freinée et brûlerait certainement dans la demi-seconde, transformant l'air en plasma incandescent autour d'elle, alors qu'à moi il n'arrive rien (sauf si je suis proche de la trajectoire de la balle). Inversement, si la balle est immobile au sol est que moi je fonce par rapport à elle et donc à l'air à 0,99c, la balle n'a rien et c'est moi qui crame

[Mailou75]

Salut,

attention à l'usage du verbe "voir". Il n'est pas utilisé ici dans le sens "voir avec ses yeux" mais au sens d'une "reconstruction" commode où on assigne arbitrairement aux évènements (les points de l'espace-temps) des lieux et des dates.

Oui tu fais bien de le préciser j'ai pris un raccourci, on parle de ce qui se passe dans l'espace euclidien pas de ce qui est vu après un certain temps.

L'objet n'est pas plus court pour autant (ni son temps plus lent), le système de coordonnée, arbitraire, que l'on utilise pour reconstruire les positions n'est simplement pas approprié.

Si il l'est! Tu ne peux pas renier ce que tu m'as toi même enseigné (http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post4065238). Si la fusée est construite sur Terre et qu'on connaît sa dimension au repos alors on trouvera qu'elle est vraiment plus courte à graande vitesse. C'est la simultanéité qui n'est pas respectée.

Dans l'hypothèse (absurde) où le photon serait capable de mesurer sa distance à un objet

Ne te méprend pas je ne suis pas en train d'essayer de te vendre un truc, je pousse juste le phénomène de compression de l'environnement à sa limite. Je ne comprend pas cette image, celle à 0.99c est juste mais pas forcément plus évidente... après comme tu le dis l'aberration aura le dernier mot sur ce qui est vu !

[mach3]

Si il l'est! Tu ne peux pas renier ce que tu m'as toi même enseigné (http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post4065238). Si la fusée est construite sur Terre et qu'on connaît sa dimension au repos alors on trouvera qu'elle est vraiment plus courte à graande vitesse. C'est la simultanéité qui n'est pas respectée.

oulala, c'est bien vieux cela, je vais relire ce que j'avais écrit à l'époque, mais ma compréhension et mon interprétation (notamment en ce qui concerne la mesure d'une longueur "concrètement") ont fait des bonds de géants depuis...

m@ch3

[Mailou75]

"concrètement" en RR on sait ce que c'est, l'aberration : la projection du cône sur un plan. C'est en RG que ça se gâte...

Là où tu as raison c'est que la compression selon gamma n'est vue par personne, c'est juste l'intersection de l'objet 4D et d'un plan euclidien d'observateur. L'opération géométrique (https://fr.wikipedia.org/wiki/Aberration_relativiste) de l'aberration ne prend d'ailleurs pas en compte cette compression, par contre elle doit pour être juste situer l'objet initial à sa position "comobile"* et non pas à sa position dans l'espace euclidien, une petite subtilité qui peut devenir influente dans les cas relativistes : http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post4743513

* comprendre "au même age que l'observateur" en RR

[f6bes]

Pour l'histoire de la mouche et de l'elephant tu te trompes

A +

Bjr à toi , Ben , c'est normal avec un......éléphant
Je sors vite .
Bonne journée

[Zefram Cochrane]

...
Les particules de masse nulle ayant pour propriété d'aller à la vitesse c dans tout système de coordonnées de Lorentz (l'orientation du vecteur vitesse peut changer mais pas sa norme), il est évident qu'on ne peut pas définir de système de coordonnées de Lorentz où ils sont immobiles et donc on ne peut pas reconstruire les lieux et les dates du point de vue d'une tel particule.
...

Bonjour,
sans rien enlever au reste de l'excellente réponse de mach3
Je voulais juste apporter une précision supplémentaire car on a tendance à s'imaginer que le photon est une boule d'énergie de rayon r à l'image de l'électron (re = 2.818E-15m)
Un photon ne peut avoir de rayon, d'on un volume, on ne peut donc le "voir" déformé comme l'électron du fait de l'effet doppler relativiste au sens large du terme (schéma à venir).

Quid de la longueur d'onde et du concept associé de période d'émission de l'onde me direz vous?
pour émettre un photon un émetteur laser doit passer d'un état d'énergie Ei à un état d'énergie Ef ce qui se traduit par une perte de masse.
De même à la réception, l'observateur dont on supposera qu'il se trouve à un état d'énergie Ei' = Ef passera après absorbtion du photon à un état d'énergie Ef'=Ei. Ce passage d'un niveau d'énergie n'est pas instantané d'où la période d'émission/ réception.

[Mailou75]

Salut,

Bjr à toi , Ben , c'est normal avec un......éléphant
Je sors vite .

Oui, file !

(...) Ce passage d'un niveau d'énergie n'est pas instantané d'où la période d'émission/ réception.

Ou veux tu en venir..?

[Zefram Cochrane]

Salut, j'ai fait quelques petits schémas.
voici ce que verrait une fourmie qui traverse un ballon de plage à V=0.8c de droite à gauche.
D3.JPG

pour l'effet Doppler : en rouge 0.333 à 0.6 ; orange 0.6 à 0.999 ; vert 0.999 à 1 ; bleu 1 à 1.667 ; violet 1.667 à 3.

en tant que particule de masse nulle, cela ne peut s'appliquer au photon (c'est ce que je veux dire dans mon mess précédent).

comme on arrive rapidement à des valeurs rouge et violette , sur les deux schémas suivants, je me suis intéressés à la répartition de 360 points également répartis à la surface du ballon dans le ref du ballon.
D2.JPG
et
D1.JPG

Bonne journée

[invitef847e696]

Ce passage d'un niveau d'énergie n'est pas instantané d'où la période d'émission/ réception.

Désolé de la rudesse, d'autant que je n'interviens que très peu... Mais ça sent le nawak:un changement d'état continu, des niveaux d'énergie non discrets ??? Ca sent la catastrophe (ultraviolette )!
A moins que je n'ai rien compris à ton propos.

[mach3]

Lors de la desexcitation l'émission de lumière n'est pas un phénomène ponctuel mais possède une durée (ne serait-ce que pour avoir quelques oscillations du champ, sinon les raies d'émissions serait très larges car de fréquence incertaine), je pense que c'est là où il voulait en venir.

m@ch3

[Deedee81]

Bonjour,

Lorsqu'on étudie l'émission des photons par les atomes, on utilise presque toujours l'équation de Schrödinger sans le temps (ou pour être plus précis, on suppose que les états sont stationnaires, ils se factorisent en composante spatiale et une oscillation de longueur d'onde précise = énergie E précise et on ne résout que la partie spatiale, la partie temporelle se résumant à E*Psi). Mais c'est une approximation car les électrons dans l'atome ne sont pas dans un état stationnaire.... sinon ils ne changeraient pas d'état et il n'y aurait pas émission de photons.

On peut alors résoudre l'équation de Schrödinger complète avec des états non factorisés. Malheureusement, ces situations n'ont (presque) jamais de solutions analytiques. Il faut utiliser diverses techniques dont, par exemple, le calcul numérique.
Ce qu'on constate alors c'est que la fonction d'onde sur son niveau excité (disons un niveau 2p) a la forme d'un sablier puis se déforme progressivement avec des oscillations et apparition progressive d'un état sphérique plus proche du noyau (état 1s). C'est très parlant quand on trace la courbe de la distance moyenne entre le noyau et l'électron, on a un palier, puis des oscillations entre ce palier et un palier plus bas où l'électron finit de se stabiliser. Il est remarquable de voir que la fréquence de cette oscillation est égale à la différence d'énergie des deux niveaux (et donc celle du photon émit), ce qui est cohérent et assez intuitif (une charge électrique qui oscille à la fréquence d'émission de l'onde électromagnétique).

La durée de cette oscillation est assez difficile à calculer. Elle dépend des états initiaux et finaux mais aussi de la charge totale du noyau et de la présence d'autres électrons. Et comme le dit mach3, la largeur dite naturelle des raies d'émission est liée à cette durée par le principe d'indétermination de Heisenberg énergie/temps (ce n'est rien d'autre que Fourier : la précision sur la fréquence d'oscillation lors de ce changement d'état est d'autant plus faible que la durée est courte et donc le nombre d'oscillations très faible et donc une énergie imprécise).

[Zefram Cochrane]

Bonjour,
Puisque la fréquence du photon émis est égal à celle de l'oscillation, comment se fait il que la durée de l'oscillation soit difficile à calculer?

[Deedee81]

Puisque la fréquence du photon émis est égal à celle de l'oscillation, comment se fait il que la durée de l'oscillation soit difficile à calculer?

Parce que la durée de la transition, c'est plusieurs oscillations. Il n'y a donc pas de lien direct entre la fréquence de l'oscillation et la durée de la transition (désolé, j'arrive pas à trouver d'image sur le net).

En outre, le calcul est difficile pour la raison donnée plus haut : pas de calcul analytique. Il faut diverses techniques d'approximation (ou du calcul numérique). J'ai vu ça dans un livre pour l'équation de Schrödinger couplée au champ EM, la technique utilisée pour les approximations était le calcul des variations mais je ne me souviens plus des détails, je me souviens juste que certaines valeurs des probabilités d'émission étaient calculables et d'autres trop difficiles (l'émission stimulée, ça va, l'émission spontanée : dur dur de chez dur dur, faut un calcul numérique de la mort qui tue).

[Zefram Cochrane]

Moi et les f° d'ondes, on n'est pas copains.
J'essaie de visualiser ce que dit l'équation de Schmilblick.

et de tartiner mon ignorance crasse du sujet d'une dose d'humour

Je reviendrais pour d'autres questions.

[Deedee81]

Image (très grossière).

Imagine que la fonction d'onde, c'est une grosse membrane en caoutchouc qui donne la position la plus probable de l'électron.
En forme de sablier (2p)
Ou en forme de ballon (1s).
La transition est une déformation du caoutchouc pour passer d'une forme a l'autre.
Mais ça ne fait pas en une seule fois.
Le caoutchouc vibre fortement et oscille entre sphère et sablier pendant un certain temps.
Au début, il est surtout sablier et un petit peu sphère.
L'oscillation s'amplifie et il est de plus en plus longtemps sphère jusqu'à le rester définitivement.
Et cette oscillation se fait à la fréquence du photon émit.

[Zefram Cochrane]

Merci pour l'image.
Donc, lors d'une transition plusieurs photons sont émis à des fréquences différentes?

[Deedee81]

Donc, lors d'une transition plusieurs photons sont émis à des fréquences différentes?

Non, non : un seul.
Un photon ne correspond pas à UNE oscillation (idéalement c'est en fait une onde sinusoïdale de durée infinie, mais, bon, ça c'est une idéalisation, en pratique il y a toujours dispersion, et une onde est toujours un "paquet d'ondes", de durée et longueur finie, centré autour d'une fréquence nu donnée, et d'énergie h.nu).

[Zefram Cochrane]

A la fréquence nu donnée ne coresspond pas la durée de transition d'un électron d'une couche à une autre?
Si ce n'est pas le cas à quoi correspond la période associée à la fréquence nu?

[Deedee81]

A la fréquence nu donnée ne coresspond pas la durée de transition d'un électron d'une couche à une autre?

Non, c'est indépendant.

Si ce n'est pas le cas à quoi correspond la période associée à la fréquence nu?

C'est lié à la différence d'énergie des deux niveaux et c'est la fréquence de l'oscillation entre les deux niveaux (le nombre d'oscillations, donnant un photon, étant non lié à cette fréquence).
C'est la même différence entre, pour une fille qui saute à la corde :
- fréquence nu à laquelle elle fait tourner la corde
- le temps qu'elle joue à ce jeu

[Gilgamesh]

A la fréquence nu donnée ne coresspond pas la durée de transition d'un électron d'une couche à une autre?
Si ce n'est pas le cas à quoi correspond la période associée à la fréquence nu?

La fréquence n'a rien à voir avec la durée de transition. La demi-vie de l'état joue simplement sur la largeur du spectre émis. Plus un état est stable, plus sa demi-vie est longue et plus son énergie est correctement déterminée en vertu du principe d'indétermination de Heisenberg, et donc plus la raie émise est intrinsèquement étroite.

La fréquence nu elle même ne dépend que de la "hauteur de chute" de l'électron, c'est à dire de l'énergie de la transition.

La période est simplement lambda = c/nu

[Mailou75]

@Zef

Bravo pour les illustrations du message 14

Tu fais ça avec quel logiciel ? T'as monté 360 points par ellipse ??

Pour le premier (D3) tu devrais décomposer les images, on sentirait mieux la chronologie, amha

[Zefram Cochrane]

Salut, c'est ça 360 points avec Pi = 3.14 15 926 53 59 ( de tête lol)

Pratique un tableur on peut faire des calculs numérique sans se casser la tronche.

[Deedee81]

Salut,

Pratique un tableur on peut faire des calculs numérique sans se casser la tronche.

Tu as vraiment fait ces dessins avec un "simple" tableur ? Joli !

[Zefram Cochrane]

annulee .....