Vitesse des photons

[Chaospace]

Bonjour à tous,

Depuis assez longtemps, je me demande ce qu'il se passe quand un photon ralentit ou accelère.
Imaginons une expérience où un rayon lumineux traverse différents milieux (d'indice différent) : Le faisceau traverse d'abord de l'air, puis de l'eau, puis du diamand puis retourne dans l'air par exemple. On sait que la vitesse des photons va ralentir quand ils vont arriver dans l'eau et encore plus dans le diamant, et enfin quand les photons se trouvent à nouveau dans l'air, ils accelèrent. Mais comment? La variation de vitesse est-elle instantanée ou progressive lors du passage dans un autre milieux ? Qu'est-ce qui provoque cette variation de vitesse ? Le photon puise-t-il de l'énergie dans l'espace pour accelérer ? (en rapport avec la matiere noire ou autre je ne sais pas... ) Ou est-ce autre chose, en rapport avec la fréquence ou la longueur d'onde du photon ?

Merci. A+
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[Gwyddon]

Salut,

Un photon ne ralentit pas, n'accélère pas : il va toujours à c

Dans un milieu, c'est la vitesse de la lumière en tant qu'onde collective qui est ralentie : il y a des cycles d'absorption réémission de photon, ce qui ralentit la progression de l'onde lumineuse.

[Coincoin]

Salut,
Le photon va toujours à c.
Ce qui va plus ou moins vite, c'est l'onde totale, provenant de l'interférence de tous les photons. Dans un matériau, les photons vont à c, mais sont absorbés et réémis par les atomes, ce qui donne au final une vitesse de groupe inférieure à c.

EDIT Bon, je crois que je n'ai fait que répété ce que disait Gwyddon...

[invitefe0032b8]

Salut !

Les photons vont toujours à la même vitesse, la vitesse de la lumière (300 000 km/s) ils ne peuvent être ni ralenti ni acceleré.

Je prend un exemple: imagine un train a 200km/h, tu marche dans le train dans le sens du deplacement à disons 5km/h alors tu ira à 205 km/h (addition des vitesses) pour un observateur extérieur au train mais maintenant si tu emet un faisceau lumineu dans le train, la lumière n'ira pas a 108.10^7 + 200 (j'ai converti la vitesse de la lumière en km/h) mais toujours toujours à 300 000 km/s en quelque sorte la lumière ne subit pas l'acceleration ou la desceleration. Si tu veux mieux comprendre sa renseigne toi sur la relativité restreinte d'Enstein.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chaospace]

Slt,

D'accord j'ai compris, en fait je ne connaissais pas le phénomène des interférences... et oui c'est vrai la lumière va toujours à la viteesse "c"
Encore merci à vous pour m'avoir répondu tres rapidement
Je reviendrais avec d'autres questions un jour... mdr !
A+

[mbochud]

Bonjour,

Autre point de vue .
La fréquence du photon n'est pas influencée par l'indice du milieu de propagation et son énergie est donc toujours hf.

[Chaospace]

salut mbochud,

d'apres ce que tu as écrit, ca veut dire que le photon a une énergie constante, quelque soit le milieu dans lequel il se propage, ok. Ce qui veut dire que sa vitesse l'est aussi ? Mais peut on vraiment parler de la vitesse d'un seul photon car d'apres Gwyddon et Coincoin, c'est l'interférence de photons qui est étudiée... je n'ai jamais très bien compris la dualité onde/corpuscule d'un photon, car qu'est-ce qu'un photon finalement ? A ce propos je vais aller voir la nouvelle discussion "qu'est ce qu'un photon".
Merci pour ta remarque, ca me fait réfléchir à nouveau...
A+

[mbochud]

Bonjour,

Il faut réserver le terme photon uniquement dans son interaction avec la matière (émission et détection) .
Et dans du verre par exemple on peut considérer des photons absorbés puis émis à la même fréquence sans en moyenne donner ou enlever de l'énergie au verre.(mis à part un verre absorbant qui en réémet moins qu'il en absorbe)

Le photon va toujours à c(Coincoin)

Le photon n'est pas localisé entre le moment d'émission et de réception.
Il faut donc plutôt dire l'onde associée se déplace à la vitesse c.

Cette onde peut se décrire par une vitesse de phase et d'une vitesse de groupe (le produit des 2 est c²).

Imaginons un caillou lancé dans l'eau (très tranquille ) et observons.
Si la profondeur de l'eau est beaucoup plus grande que la longueur d'onde ,on distinguera un paquet de vague (groupe de 5 à 10 ) se déplaçant à une vitesse v_g.
Maintenant suivons le sommet d'une vague à l'arrière du paquet. Ce sommet va 2 fois plus vite que le paquet et va mourir en avant du paquet à la vitesse de phase v_p. (Expérience à faire!)
L'énergie se déplace à la vitesse du paquet v_g.
Pour la lumiere, dans le vide v_g et v_p sont identiques mais dans le verre v_g diminue et v_p augmente.(comme je l'ai dit, le produit des 2 est c²)

Dans mon modèle très imparfait (et même dangereux) l'impact du caillou, c'est le photon.
Après l'impact on a une onde qui progresse. Mais le caillou n'est pas localisé à un point de ce paquet d'onde ;il n'a pas de trajectoire bien définie non plus; il n'est tout simplement plus là.
La fréquence de cette onde est constante.
Éventuellement cette onde arrivera sur les bords du bassin et manifestera de nouveau son énergie (interaction) . Cependant mon modèle est à ce point totalement défaillant . C'est l'effet photoélectrique où toute l'énergie de ce paquet d'onde est débitée en un seul point (donnée à un seul électron)
Malgré tout ce modèle permet de faire un bout de chemin mais mériterait à être complété.

[Arapède]

Autre point de vue .
La fréquence du photon n'est pas influencée par l'indice du milieu de propagation et son énergie est donc toujours hf.

Bonjour,

En poussant un peu plus loin ce point de vue, le photon pourrait, peut être, se comporter comme un coureur ( à pied, à bicyclette ou même en voiture...) qui rencontrerait une bande de sable en travers de la piste. Il utilise la même énergie, mais avec une efficacité détestable, d'où sa vitesse réduite. Dès la sortie du sable, il récupère immédiatement sa vitesse initiale.

[f6bes]

Bsr à tous,
Une ancienne discussion:
http://forums.futura-sciences.com/thread85372.html
bonne soirée

[Chaospace]

bonsoir,

ok ok, merci mbochud et f6bes pour le lien sur les "matériaux ralentisseurs".
Donc il faut considérer une vitesse de phase et une de groupe, c'est plus compliqué que ce que je pensais...mais bon j'approuve.
A plus.

[melchisedec]

j'avoue ne toujours pas comprendre pourquoi on s'entête à parler de la vitesse des photons, ce qui n'a aucun sens dans le cadre de la relativité.

A partir du moment où l'onde associée est censée aller à c, le photon ne peut servir de référentiel de mouvement et parler de sa vitesse dès lors n'a plus aucun sens puisque pour lui l'intégralité du monde est un évènement instantané.

[Chaospace]

Salut,

Merci pour la précision.

[Coincoin]

La vitesse n'est pas dans le référentiel du photon, mais dans un autre référentiel (et la relativité montre que c'est vrai pour n'importe quel référentiel).

[Arapède]

j'avoue ne toujours pas comprendre pourquoi on s'entête à parler de la vitesse des photons, ce qui n'a aucun sens dans le cadre de la relativité.

A partir du moment où l'onde associée est censée aller à c, le photon ne peut servir de référentiel de mouvement et parler de sa vitesse dès lors n'a plus aucun sens puisque pour lui l'intégralité du monde est un évènement instantané.

Bonjour,

Il me semble qu'à partir du moment où l'on adopte le concept de photon, il est possible de parler de sa vitesse.
Dans la traversée des milieux réfringents, on constate un ralentissement de la lumière, il n'y a donc que deux éventualités : ou bien le photon est effectivement ralenti, ou bien il conserve la vitesse c et son parcours est allongé, le choix n'est pas évident...
Si l'on admet que le photon est une particule, il doit en avoir toutes les caractéristiques, aussi petites soient-elles, c'est à dire un volume dans l'espace et aussi...(chose horrible!..) une masse propre. Dans ce cas, si c est la vitesse limite de la relativité, le photon ne va pas tout à fait à cette vitesse. Ou bien si c est la vitesse du photon, la vitesse limite de la relativité est un tout petit peu supérieure à c.
L'onde de phase de L. de Broglie, ou onde de matière, puisqu'on admet une particule matérielle, va plus vite que la vitesse limite de la relativité et n'a donc pas de sens physique. La vitesse de groupe des ondes représente la vitesse de la particule. Est-elle assimilable à l'onde éléctromagnétique ???

[Chaospace]

Bonsoir Arapède,

En fait, je pense que pour tout comprendre il faut considérer le photon comme "un paquet d'onde" et de ce fait ça n'est pas une particule matérielle, mais je ne suis pas sûr de ce que je dit..
Ceci expliquerait le phénomène d'interférences des photons car ce sont des "paquets" (qui ont un certain volume) et donc agissent comme les électrons qui sont des particules matérielles (cf "fentes de Young").
Ceci expliquerait aussi le fait que le photon soit immatériel et qu'il disparaisse une fois avoir transmis son onde (propre) comme le disais mbochud :

Après l'impact on a une onde qui progresse. Mais le caillou n'est pas localisé à un point de ce paquet d'onde ;il n'a pas de trajectoire bien définie non plus; il n'est tout simplement plus là.

Je crois que c'est ça la dualité onde/corpuscule du photon.
Pour votre question sur l'onde électromagnétique je ne sais pas, désolé.

[invitea774bcd7]

Non. Pour comprendre, il ne faut pas considérer le photon du tout

Je m'aperçois que ce photon est assez mystérieux pour les gens…

[Chaospace]

slt guerom00,

oui c'est vrai que c'est encore une manière plus simple de comprendre, on ne parlerait que d'ondes. Mais alors pourquoi a-t-on introduit le mot "photon" ?

[Coincoin]

Dans la traversée des milieux réfringents, on constate un ralentissement de la lumière, il n'y a donc que deux éventualités : ou bien le photon est effectivement ralenti, ou bien il conserve la vitesse c et son parcours est allongé, le choix n'est pas évident...

Non. Le photon et la lumière ne sont pas la même chose. La résultante de tous les photons n'est pas obligée de se déplacer à la même vitesse que chaque photon pris séparément (car la phase des photons est différentes).

Si l'on admet que le photon est une particule, il doit en avoir toutes les caractéristiques, aussi petites soient-elles, c'est à dire un volume dans l'espace et aussi...(chose horrible!..) une masse propre.

Oui, mais ces caractéristiques peuvent être (et sont) nulles. Ce n'est pas contradictoire avec la notion de particule, et le photon va donc à une vitesse de c.

[invitea774bcd7]

Comme je l'ai dit sur l'autre fil en parallèle de celui-ci…

Pour donner un nom au quantum pouvant être absorbé ou émis. Exactement comme les phonons.
À ton avis : est-ce que les phonons existent vraiment ? Ça a une masse, un volume, une vitesse ?

Oops : grillé par Coincoin Je répondais à Chaospace

[Chaospace]

Ok !
Merci

[mbochud]

c'est encore une manière plus simple de comprendre, on ne parlerait que d'ondes. Mais alors pourquoi a-t-on introduit le mot "photon" ?

Rebonjour,

Dans l'effet photoélectrique (donc dans l'interaction lumière matière) , la lumière agit comme un petit grain aussi petit que l'on veut . L 'aspect onde classique ne peut en aucun cas expliquer son comportement à ce moment. Toute cette onde qui à par exemple a traversé un très grand système d'interférence va littéralement "fondre" en un point.
Cela reste vrai même si l'intensité est si faible que l'on ne reçoit que quelques photon par min. donc isolée les uns des autres.

C'est précisément là où mon exemple du caillou dans l'eau ne tient plus.
Dans ce cas si l'onde (vagues circulaire autour du point d'impact) sur l'eau va très loin ,l'amplitude deviendra si faible quelle n'aura plus d'effets (d'interaction) avec les berges.
Alors qu'ne source de lumière omnidirectionnelle qui n'émettrait qu'un photon par seconde peut causer une interaction de toute l'énergie de ce photon (même à des années lumières de distance).

La MQ intègre les 2 aspects.

[Chaospace]

Ok mbochud, mais je n'ai pas encore abordé la MQ dans mes études, ca sera pour plus tard.
Bon bah je n'ai rien a ajouté lol
A+

[mbochud]

On peut commencer simplement par regarder l'effet photoélectrique sans encore aborder la MQ.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_photoélectrique

Bien ,mais un peu court.

[Chaospace]

Merci pour le lien

[Arapède]

En fait, je pense que pour tout comprendre il faut considérer le photon comme "un paquet d'onde" et de ce fait ça n'est pas une particule matérielle, mais je ne suis pas sûr de ce que je dit..
:

Bonsoir Chaospace,

Le photon existe, c'est Einstein qui l'a tiré des ondes (si l'on peut dire...) pour expliquer l'effet photoélectrique. Il apparaît aussi dans l'explication de l'effet Compton.
Le concept d'onde, présente dans tout l'espace, et celui de particule, présente sur une direction de l'espace, sont contradictoires. Ou bien on choisit le concept d'onde et le photon n'apparaît que dans des circonstances particulières. Ou bien on choisit le concept de particule et l'onde n'a plus de sens physique.
La dualité onde/corpuscule revient à se refuser à comprendre.
Comme le dit Guerom00 :" ce photon est assez mystérieux "

[Arapède]

Non. Le photon et la lumière ne sont pas la même chose. La résultante de tous les photons n'est pas obligée de se déplacer à la même vitesse que chaque photon pris séparément (car la phase des photons est différentes).

Oui, mais ces caractéristiques peuvent être (et sont) nulles. Ce n'est pas contradictoire avec la notion de particule, et le photon va donc à une vitesse de c.

Bonsoir Coincoin,

D'accord pour la lumière, mais pour les caractéristiques nulles, je persiste à penser, peut être à tort, que quand il y a "zéro" il n'y a "rien".

[invitea774bcd7]

Comme le dit Guerom00 :" ce photon est assez mystérieux "

Son problème (au photon…) c'est que, du fait de sa masse identiquement nulle (ça aussi, ça devrait vous mettre la puce à l'oreille quand à « l'existence » du photon), c'est une singularité. C'est en cela qu'il fascine et confond le sens commun.

Pour bien dormir la nuit, j'évite de me poser trop de questions sur lui

[mbochud]

Bonjour,

Le photon existe,bien sur, sinon tu ne pourrais pas lire ce post!

"mais pour les caractéristiques nulles, je persiste à penser, peut être à tort, que quand il y a "zéro" il n'y a "rien".



Le photon a une masse relativiste , pas de masse au repos certes, mais un photon au repos ne veut rien dire.
Le photon a une quantité de mouvement et il peut exercer une pression sur une cible (qui peut être doublée si la cible est un miroir).
(Einstein a étudié l'effet d'un photon dans une boite)

[Gwyddon]

Bmais pour les caractéristiques nulles, je persiste à penser, peut être à tort, que quand il y a "zéro" il n'y a "rien".

Et pourtant... Le neutron a une charge électrique nulle, pourtant il existe