Particules se "déplaçant" soi-disant à la vitesse de la lumière

[zézé]

A longueur de forum je vois parler de particules se déplaçant à la vitesse de la lumière et de relativité .

Comment peut-on associer ces deux notions totalement incompatibles ?

Une photon par exemple ne peut pas se "déplacer" (au sens spatial qu'on donne à ce terme usuellement ) pour la raison suivante :

Si un photon se déplace par rapport à moi à c, le principe de réciprocité (un des plus profonds de la physique) m'autorise à dire que je me déplace par rapport à lui à -c, ce qui en relativité me donne illico une masse/énergie infinie, ce qui est absurde. En conséquence, une particule se "déplaçant" à la vitesse de la lumière se voit interdire d'être un référentiel de mouvement donc il est interdit de parler de mouvement d'une particule se "déplaçant" soi-disant à la vitesse de la lumière.

Sauf à démontrer que j'ai tort cessez donc de parler de particules (seraient-ce des photons) se "déplaçant" à la vitesse de la lumière, la relativité d'Einstein nous indique que c'est absurde.

J'attends avec curiosité une démonstration du contraire.

[Ganash]

Je ne voudrais pas t'ennuyer mais c'est Einstein lui-même qui pensait que la lumière était de nature "granuleuse" bien que l'appellation de "photon" ne vienne pas de lui. D'autre part, certains phénomènes lumineux ne sont explicables QUE si on prend la nature corpusculaire de la lumière et d'autres QUE si on prend sa nature ondulatoire. Donc, la seule chose à dire est qu'il est interdit de prendre un photon comme référentiel.

[Gaétan]

Ben, si un photon ne se déplace pas, alors c'est quoi la vitesse de la lumière ? C'est justement en prenant comme hypothèse que la vitesse d'un photon doit être la même pour tout observateur qu'on doit conclure que rien ne peut dépacer cette vitesse. Tu es peut-être d'avis que la relativité est contradictoire. Ce n'est pourtant pas le cas.
Ce qui est vrai, c'est que le cas de la lumière est particulier (je saurais pas en dire beaucoup plus, je maitrise pas trop). On peut pas vraiment se mettre dessus pour regarder autour. Aussi, il n'y a que des particules de masse nulle qui peuvent se déplacer à cette vitesse, et elles ne peuvent se déplacer qu'à cette vitesse.
Des photons qui ne peuvent pas se déplacer, c'est ça qui semble absurde, non ?
Ce n'est pas une démonstration, mais t'es un peu exigeant là.

[Quinto]

Je ne sais pas si je dis une bétise, mais si on se place dans le référentiel du photon, on ne se déplace pas à la vitesse de la lumière puisque pour lui (le photon) le temps est figé.
Donc il n'y a pas de contradiction...

[braincascador]

Envoyé par Gaétan

. Aussi, il n'y a que des particules de masse nulle qui peuvent se déplacer à cette vitesse, et elles ne peuvent se déplacer qu'à cette vitesse.
Des photons qui ne peuvent pas se déplacer, c'est ça qui semble absurde, non ?
Ce n'est pas une démonstration, mais t'es un peu exigeant là.

Euh.....la vitesse de la lumière peut très bien être modulée entre 300 fois sa vitesse relative dans le vide et 1.5km/h...tout dépend de l'environnement dans lequel les photons se trouvent: eau, césium, froid absolu, etc.

Concernant le premier post, si je tire une cartouche avec un fusil, cela implique t il que je me déplace en sens inverse?

Tout est relatif, rien n'est absolue

[Quinto]

Je pense qu'il faut prendre vitesse de la lumière comme synonyme de célérité de la lumière dans le vide...

[Gaétan]

Oui, tout à fait, mais je ne voulais pas parler de truc qui ne se passe pas dans le vide. Ce qui se passe dans le vide semble déjà suffisament compliqué pour répondre au post.

[Ganash]

c est la vitesse de la lumière dans le vide et rien d 'autre ! Et le premier post fait allusion à c !

[Floris]

Attention, pour la vitesse de la lumière dans un matériaux, cela na rie avoir avec la vitesse propore d'un quantum de lumière. Le pseudo ralentissement de la lumière dans un matériaux est la cause du principe d'absorbtion/réémission.
Bien cordialement
Floris

[Gaétan]

Non, je ne crois pas. Mais tu as lu ça où ? Il me semble que ce n'est pas la première fois que tu dis ça.
Si c'était le cas, comment expliquerais-tu que la lumière garde la même direction en passant à travers une vitre en verre.
Mais je n'ai pas encore lu "lumière et matière" de Feynmann, il faudrait que j'y pense un jour. Je crois qu'il parle de ça, non ? Enfin, ça cause d'électrodynamique quantique en tout cas.

[Floris]

Oui il s'agit de l'électrodynamique, et je est tu certain que quand de la lumière passe dans une vite, elle garde la même direction, ce n'est pourten pas toujours le cas.
Cordialement
Floris

[Ganash]

Et quel est ce principe d'absorption/réémission ? Et pourquoi çà donne l'apparence de ralentir les photons ?

[Gaétan]

J'ai pris soin de parler d'une vitre et non d'un quelconque prisme. Les rayons incident avant la vitre, et transmis après la vitre, ont bien même direction. Et, de toutes façons, au coeur même du matériau, la lumière garde une trajectoire rectiligne si elle n'est pas réfractée.
Mais, bien que ne sachant pas ce que dit la QED, je ne suis vraiment pas convaincu de ce que tu avances.

[Konrad]

Envoyé par zézé

Si un photon se déplace par rapport à moi à c, le principe de réciprocité (un des plus profonds de la physique) m'autorise à dire que je me déplace par rapport à lui à -c, ce qui en relativité me donne illico une masse/énergie infinie, ce qui est absurde.

Heu... Ne mélangeons pas tout, dans les formules physiques on ne remplace pas la vitesse v par sa projection sur un axe gradué sur |R, mais bien par le module de la vitesse. Ainsi la valeur de v est toujours positive, il n'y a pas de contradiction. Le photon se déplace à cpar rapport à toi, et tu te déplaces à c par rapport à lui.

Envoyé par Ganash

Et quel est ce principe d'absorption/réémission ? Et pourquoi çà donne l'apparence de ralentir les photons ?

Question de physique du solide fort intéressante ! En fait, quand un atome absorbe un photon, c'est un de ses électrons qui est excité sur un niveau au-dessus ; ensuite cet électron se désexcite (donc l'atome reperd de l'énergie) en émettant de l'énergie, donc un photon. Ces processus d'excitation/désexcitation ne sont pas instantanés, il faut un certain temps à l'électron pour passer d'un niveau à l'autre (=temps de relaxation) qui est de l'ordre de 10e-12 s. Pendant ce laps de temps, le photon est "emprisonné" dans l'atome et doit attendre pour en ressortir, donc ça donne l'impression qu'il a été ralenti.

Pour information, ce phénomène est énorme dans les milieux très denses comme les étoiles. En principe à la vitesse de la lumière il ne faut que quelques minutes pour traverser le Soleil. Mais en réalité, les photons créés au centre du Soleil mettent plusieurs millions d'années à en sortir à cause des multiples collisions qu'ils subissent à l'intérieur de l'étoile.

Les neutrinos eux, qui n'interagissent quasiment pas avec la matière, ne sont bien sûr pas affectés par ce phénomène et ne mettent que quelques minutes à sortir du Soleil

Envoyé par Gaétan

comment expliquerais-tu que la lumière garde la même direction en passant à travers une vitre en verre.

Envoyé par Floris

est tu certain que quand de la lumière passe dans une vite, elle garde la même direction, ce n'est pourten pas toujours le cas

L'optique géométrique nous dit qu'à la traversée d'une vitre de verre (bien sûr pas de surfaces courbées ni tordue, rien que du plat), la lumière subit une réfraction (donc dévie de sa trajectoire) dans le verre, puis retrouve une trajectoire parallèle à sa direction de départ en sortie. Cependant il y a toujours une fraction du faisceau incident qui sera réfléchi, et celui-ci ne le sera pas dans une direction parallèle à celle de départ

Donc : une partie du faisceau est réfléchi, l'autre transmise... mais cela ne fait pas 100% du faisceau de départ. Que devient la fraction de lumière qui manque ? Une partie de l'énergie va être convertie en énergie thermique des atomes (= le verre va chauffer), une autre va être diffusée un peu dans n'importe quelle direction... Par quel phénomène ?

Comme je viens de l'expliquer, chaque atome rencontré par le photon va ensuite le réémettre. Mais pourquoi le renverrait-il exactement dans la même direction ? La réflexion sur un atome se fait totalement au hasard. Seulement sur le nombre d'atomes rencontrés, la contribution des changements de direction est nulle en moyenne, car tous les atomes du milieu ont la même distribution de vitesse et d'énergie (Boltzmannienne). Ceci explique que la plupart des photons va se retrouver dans la même direction en sortie. Mais une partie des photons aura subi des changements de direction plutôt d'un côté, et sera dévié. C'est la diffusion.

Dans un milieu où la distribution de vitesse des atomes n'est plus Boltzmannienne (changement d'indice, etc. comme l'air chaud sur les routes), la lumière ne subit pas les même déflexions selon le type d'atome qu'elle rencontre, et peut ainsi se trouver complètement déviée de sa trajectoire initiale, donnat forme aux mirages.

[Gaétan]

Envoyé par Konrad

Ces processus d'excitation/désexcitation ne sont pas instantanés, il faut un certain temps à l'électron pour passer d'un niveau à l'autre (=temps de relaxation) qui est de l'ordre de 10e-12 s. Pendant ce laps de temps, le photon est "emprisonné" dans l'atome et doit attendre pour en ressortir, donc ça donne l'impression qu'il a été ralenti.

Et de plus, il faudrait que la fréquence de la lumière corresponde à une raie d'absorption.

Mais, c'est surtout une explication sdu point de vue de la QED qui aurait été intéressant. Tu connais suffisament pour donner quelques explications ? C'est des trucs du genre "des rayons incidents sont réfléchis dans toutes les directions mais il n'y en a qu'une selon laquelle ils ne s'annulent pas".

[georgesl]

Je vous conseille effectivement de lire ce bouquin "lumière et matière" de Feynmann.
beaucoup de concepts de l'émectrodynamique quantique y sont présents
Georges.

[Ganash]

Très interessant Konrad merci pour toutes ces explications. Cependant, je ne comprends pas bien quelque chose, tu expliques pourquoi les photons sont réémis par les électrons présents dans l'atome dans une même direction. J'aimerai savoir comment savoir comment est dirigée le "vecteur direction". J'ai cru comprendre que les directions devait être nul en moyenne mais je ne vois pas bien ce que çà veut dire

[Ganash]

Alors maintenant j'ai une autre question peut-être un peu plus pointue. Si le "ralentissement" des photons est bien du au temps que met l'électron à se désexciter avant de le réemettre, comment se fait-il qu'il soit possible de dépasser la vitesse de la lumière ?
Voici un lien pour appuyer celà : http://www.cybersciences.com/cyber/3.0/n1955.asp

On peut éclairer la matière tant que l'on veut, les photons mettront toujours plus de temps à la traverser qu'à traverser la vide puisque selon ce principe, le temps que met l'électron à se désexciter et à renvoyer le photon stoppe nécessairement pendant quelques instants le photon. Alors comment aller plus vite que la lumière ? J'ai du mal à voir comment l'électron peut renvoyer un photon avant même d'avoir été excité histoire de gagner un peu de temps
J'aimerais aussi savoir comment cette possibilité d'aller tout de même 310 fois à la vitesse de la lumière est perçue par les théoriciens de la relativité et enfin, une question qui m'a toujours préoccupée :
Comment doit-être comprise la fameuse phrase : Rien ne peut aller plus vite que la lumière dans le vide.
Est-ce que çà veut dire que quelque soit la vitesse d'un objet placé dans un matériau QUELCONQUE (même le vide), cette vitesse ne pourra jamais dépasser c ?
Ou est-ce qu'il faut comprendre qu'un objet même s'il peut aller plus vite que c dans un matériau ne pourra jamais dépasser c dans le vide ?

J'entends par c la vitesse de la lumière dans le vide (donc dans aucun matériau)