red-shift universel et potentiel de Yukawa

[chaverondier]

Je me suis demandé récemment, si l'hypothèse d'un photon de masse non nulle donnant lieu semble-t-il au remplacement du potentiel Coulombien



par le potentiel de Yukawa



ne pourrait pas par hasard donner lieu à un redshift universel



Cela donnerait à la masse du photon la valeur

soit

kg

Pour poser une question moins aventureuse (donc plus générale), existerait-il des réflexions visant à relier l'hypothèse d'une masse non nulle du photon avec une interprétation du red-shift universel dans le cadre d'un modèle cosmologique stationnaire ?

Bernard Chaverondier

[Konrad]

Mmmm, je ne suis pas spécialiste mais ça a l'air intéressant comme approche... Pourquoi ne pas aussi expliquer une partie de la "matière noire" de l'Univers avec cela...

Cependant cela n'engendre-t-il pas des incohérences au niveau des théories quantiques et relativistes ? :confused:

[chaverondier]

Mmmm, je ne suis pas spécialiste mais ça a l'air intéressant comme approche...

Il ne s'agit pas d'une approche, mais d'une question posée sensiblement au pifomètre. Je n'ai pas d'opinion sur l'existence ou l'intérêt éventuel de pistes de réflexion qui relieraient l'hypothèse d'une petite masse m0 du photon avec le red-shift universel via des considérations de potentiel de Yukawa. C'est en fait sur l'existence ou l'intérêt éventuel de réflexions allant dans ce sens que porte ma question. La relation proposée m0 = H hbar/c^2 (H constante de Hubble), doit donc être considérée comme un genre de pari ayant à peu près autant de chances de réussite que de tirer les 6 bons numéros du loto...
...Mais bon ! on y joue bien, alors...

Bernard Chaverondier

[chaverondier]

Il ne s'agit pas d'une approche, mais d'une question posée sensiblement au pifomètre. Je n'ai pas d'opinion sur l'existence ou l'intérêt éventuel de pistes de réflexion qui relieraient l'hypothèse d'une petite masse m0 du photon avec le red-shift universel via des considérations de potentiel de Yukawa. La relation proposée m0 = H hbar/c^2 (H constante de Hubble), doit donc être considérée comme un genre de pari ayant à peu près autant de chances de réussite que de tirer les 6 bons numéros du loto...
...Mais bon ! on y joue bien, alors...

Ce n'est pas bien prudent, mais je ne peux pas m'empêcher de donner un petit coup de pouce supplémentaire à ce pari-question. Il revient finalement à interpréter la durée de vie 1/H = 14 milliards d'années non comme celle de l'univers, mais plutôt comme celle des plus vieux photons n'ayant jamais interagi avec la matière (depuis l'instant de leur émission). Leur masse m0 serait donc celle d'une particule instable respectant sensiblement l'ordre de grandeur

m0 c^2/H supérieur à hbar (mais pas énormément)

correspondant à la relation d'incertitude temps énergie d'une particule instable (de durée de vie finie 1/H donc aussi de portée finie de l'ordre du rayon de Hubble R_H = c/H je suppose ?).

Bernard Chaverondier

[Rincevent]

bonjour,

(...) remplacement du potentiel Coulombien



par le potentiel de Yukawa



ne pourrait pas par hasard donner lieu à un redshift universel

je ne vois pas comment justifier le passage des deux premières lignes à la troisième équation : le photon ne subit pas l'interaction électromagnétique, il la véhicule. Or, la troisième équation ne peut s'écrire qu'en comparant le potentiel du "photon" entre deux points différents, mais les potentiels en question sont ceux de particules chargées pas du photon.

pour que le photon soit affecté par le potentiel électromagnétique, il faudrait que la théorie soit non-linéaire...

sinon, y'a une idée un peu similaire qui est celle du "vieillissement du photon"... elle n'est pas récente car Hubble lui-même en a parlé (il a toujours été contre l'idée de l'expansion de l'Univers) et plus récemment elle a été pas mal diffusée par Jean-Claude Pecker entre autres. Mais c'est une théorie qui, pour être en accord avec les observations, demande encore plus de "trucs peu catholiques" que l'idée de l'expansion de l'Univers...

entre autres la prédiction de particules qui n'ont jamais été observées dans les collisionneurs et qui interagiraient avec les photons sans que l'échange d'impulsion soit "visible" (alors que l'échange d'énergie l'est).

Pour poser une question moins aventureuse (donc plus générale), existerait-il des réflexions visant à relier l'hypothèse d'une masse non nulle du photon avec une interprétation du red-shift universel dans le cadre d'un modèle cosmologique stationnaire ?

je n'en connais pas... et je ne vois pas, a priori, comment faire le lien entre les deux. En plus, comment justifier l'isotropie du rayonnement de fond dans ce cas-là ?

[chaverondier]

L'hypothèse d'un photon de masse non nulle donnant lieu au remplacement du potentiel Coulombien



par le potentiel de Yukawa



ne pourrait-il pas donner lieu à un redshift universel

?

Bonjour, je ne vois pas comment justifier le passage des deux premières lignes à la troisième équation.

Je n'ai pas d'idée non plus à ce sujet. Je voulais savoir si l'hypothèse du photon interprété comme un boson massif donc instable et de ce fait possédant une durée de vie finie et une portée d'interaction finie pouvait donner lieu à un red-shift par un mécanisme d'émission-absorption qui provoquerait un tel effet.

Le photon ne subit pas l'interaction électromagnétique, il la véhicule. Or, la troisième équation ne peut s'écrire qu'en comparant le potentiel du "photon" entre deux points différents. Mais les potentiels en question sont ceux de particules chargées pas du photon. Pour que le photon soit affecté par le potentiel électromagnétique, il faudrait que la théorie soit non-linéaire...

Ca par contre, ce n'est pas profondément choquant en soi puisque l'interaction gravitationnelle est déjà un exemple d'interaction non linéaire.

Sinon, y'a une idée un peu similaire qui est celle du "vieillissement du photon"... elle n'est pas récente car Hubble lui-même en a parlé (il a toujours été contre l'idée de l'expansion de l'Univers) et plus récemment elle a été pas mal diffusée par Jean-Claude Pecker entre autres.

Oui, j'en ai entendu parler, mais à ce que j'ai entendu dire cette théorie aurait encore plus de problèmes que l'hypothèse plus classique du big-bang.

Mais c'est une théorie qui, pour être en accord avec les observations, demande encore plus de "trucs peu catholiques" que l'idée de l'expansion de l'Univers...
entre autres la prédiction de particules qui n'ont jamais été observées dans les collisionneurs et qui interagiraient avec les photons sans que l'échange d'impulsion soit "visible" (alors que l'échange d'énergie l'est).

Là par contre on peut imaginer un transfert d'énergie via une "particule" d'impulsion rigoureusement nulle et qui de ce fait peut se manifester n'importe où (après tout, il existe bien des particules de spin nul alors pourquoi pas des particules d'impulsion nulle). Voilà notre particule en bonne compagnie avec la matière noire, matière sombre, matière ombre, machos, bosons de Higgs, partenaires supersymétriques...

Existerait-il des réflexions visant à relier l'hypothèse d'une masse non nulle du photon avec une interprétation du red-shift universel dans le cadre d'un modèle cosmologique stationnaire ?

Je n'en connais pas... et je ne vois pas, a priori, comment faire le lien entre les deux.

Moi non plus, en tout cas pas autrement que par une hypothèse ad-hoc faute d'interprétation physique crédible (c'est pour cela que je posais la question).

En plus, comment justifier l'isotropie du rayonnement de fond dans ce cas-là ?

Là par contre, cela résout le problème sans avoir à rajouter l'hypothèse de la phase inflationnaire me semble-t-il puisque l'équilibre thermique a eu tout le temps de se produire. Les problèmes me semblent plus être de savoir pourquoi les étoiles ne se sont pas toutes transformées en fer et/ou pourquoi l'univers ne s'est pas vidé de toute matière par les trous noirs s'il a eu tout le temps nécessaire pour cela.

Bernard Chaverondier

[Rincevent]

Je n'ai pas d'idée non plus à ce sujet. Je voulais savoir si l'hypothèse du photon interprété comme un boson massif donc instable et de ce fait possédant une durée de vie finie et une portée d'interaction finie pouvait donner lieu à un red-shift par un mécanisme d'émission-absorption qui provoquerait un tel effet.

justement, ce que je voulais dire par "je ne vois pas" c'est qu'il n'y a pas de lien logique ni entre les formules que vous donniez, ni entre redshift et masse du photon. Idem pour votre "massif donc instable"... d'où cela vient-il ?

Ca par contre, ce n'est pas profondément choquant en soi puisque l'interaction gravitationnelle est déjà un exemple d'interaction non linéaire.

à ceci près que l'on a déjà étudié l'électrodynamique en régime fort sans jamais voir la trace de non-linéarités autres que celles qui résultent des fluctuations quantiques.

Là par contre on peut imaginer un transfert d'énergie via une "particule" d'impulsion rigoureusement nulle et qui de ce fait peut se manifester n'importe où (après tout, il existe bien des particules de spin nul alors pourquoi pas des particules d'impulsion nulle).

ça n'a rien à voir du tout! l'impulsion (quantité de mouvement si vous préférez) est une grandeur qui dépend complètement de l'observateur... le spin est une grandeur intrinsèque qui est indépendante de l'observateur. La quantité de mouvement n'est absolument pas une caractéristique d'une particule.

Voilà notre particule en bonne compagnie avec la matière noire, matière sombre, matière ombre, machos, bosons de Higgs, partenaires supersymétriques...

à ceci près qu'elle n'y reste pas longtemps avant d'aller directement à la poubelle...

Là par contre, cela résout le problème sans avoir à rajouter l'hypothèse de la phase inflationnaire me semble-t-il puisque l'équilibre thermique a eu tout le temps de se produire.

la masse du photon que vous proposez ne donnerait aucun effet dans tous les phénomènes connus et observés à ce jour... quant à supposer que le redshift ne serait pas dû à une expansion, c'est le problème classique de toutes les théories qui essaient (pour le moment en vain) de rendre compte des observations de manière différente de celle communément admise : ça rajoute plutôt plein de problèmes car le modèle d'univers en expansion explique de manière unifiée divers trucs que les autres modèles sont justement incapables d'expliquer.

[Floris]

Wouahh, la discussion, es que c'est normal que je ne comprends que peut de choses?
D'ailleurs il y a une question qui me perturbe, pourquoi, un boson massif ne peut qu'être de faible portée? D'après ce que j'ai cru entendre, celui ci se désintègre, mais pourquoi? De même, si je m'abuse, quels sont les produits de cette désintégration?

Merci d'avance pour toutes ces précisions.
Bien à vous.
Floris

[Rincevent]

pourquoi, un boson massif ne peut qu'être de faible portée?

il y a plusieurs façons de voir ça :

- si tu considères que le potentiel associé à une interaction est de la force de celui de Yukawa (cité plus haut), avoir une masse pour le boson vecteur de l'interaction implique l'existence d'un terme de décroissance exponentiel (le terme qui est présent chez Yukawa mais pas chez Coulomb), qui décroît très très vite... et rend donc le potentiel rapidement nul si la masse est non-nulle.

- si tu regardes ça d'un point de vue quantique, pour un boson virtuel (car ceux qui véhiculent les interactions ne peuvent pas être réels mais uniquement, c'est-à-dire issus de fluctuations quantiques du vide), il y a la relation d'Heisenberg sur l'énergie et le temps qui dit

Si la masse du boson est m, son énergie est au moins égale à E=mc², ce qui implique que son temps de vie sera égale au maximum à .

résultat des courses : plus m est élevée, plus le temps T est petit et moins le boson peut véhiculer l'interaction loin, étant donné qu'il le fait avec au mieux la vitesse c.

les deux raisonnements sont qualitatifs et absolument pas rigoureux, mais l'idée est là.

D'après ce que j'ai cru entendre, celui ci se désintègre, mais pourquoi?

j'imagine que tu parles des bosons de l'interaction faible... les W et le Z. Le principe derrière leurs désintégrations (et celle de beaucoup de particules massives) est qu'une particule de grosse masse n'est rien d'autre que "de l'énergie rassemblée dans un gros tas".

Or, un principe fondamental de la physique est que l'énergie cherche toujours à s'éparpiller le plus possible (c'est lié au second principe de la thermo), ce qui veut dire que si "l'énergie mise sous la forme d'un seul tas" peut changer de forme pour devenir de "l'énergie mise en plusieurs petits tas et en partie cinétique", alors elle le fera.

conclusion : si une particule massive peut se désintégrer en particules plus légères sans que ça viole des lois de conservation de charges (électrique par exemple) que l'interaction par laquelle elle se désintègre conserve, elle le fera. La parenthèse explique pourquoi l'électron est stable : c'est le lepton chargé le plus léger. En revanche, son cousin muon est plus lourd, et l'énergie stockée sous la forme d'un muon préfère se transformer en un électron, un neutrino muonique et un antineutrino électronique.

de même, si je m'abuse, quels sont les produits de cette désintégration?

si tu parles du W et du Z, le W+ se désintègre en un positron et un neutrino électronique, ou bien en un quark up et un antiquark down. Le Z en une paire fermion/antifermion (e-,e+ ou bien des quarks).

mais de manière générale (c'est-à-dire pas seulement pour les interactions connues), n'importe quel boson massif peut se désintégrer en n'importe quel particule plus légère que lui et qui porte une charge associée à l'interaction véhiculée par le boson (avec plusieurs particules pour conserver la charge électrique ou d'autres "charges quantiques" si l'interaction en conserve).

[Floris]

Merci beaucoup Rincevent pour ces comentaires. Mais ce qui me perturbe, c'est comme ces bosons qui ont une masse, peuvent aller à C? Je n'ai pas du comprendre quelque chose.

Bien amicalement,
Floris

[Rincevent]

Mais ce qui me perturbe, c'est comme ces bosons qui ont une masse, peuvent aller à C?

je me suis mal exprimé : quand j'ai écrit

étant donné qu'il le fait avec au mieux la vitesse c

je ne voulais pas dire qu'il se déplaçait effectivement à la vitesse c, mais que si tu cherches la distance que le boson peut franchir depuis son point d'émission, alors tu peux en trouver une borne maximale en supposant qu'il va à c, même si tu sais très bien qu'il ira toujours à une vitesse inférieure à cela.


(enfin, en toute rigueur c'est pas si clair que ça comme le boson est virtuel, mais j'ai prévenu que c'était rien de plus qu'une explication très qualitative).

[Floris]

Merci Rincevent pour ces précisions, ainsi si je comprend bien, les interactions porté par les W et Z sont bien plus lente que l'interaction électromagnétique par conséquence non?

Aussi, lorsque tu évoque la relation h/mc pour le temps de vie, on est bien daccord que tu trouve plutôt sa vitesse non?

Merci encore a toi.
Amicalement
Floris

[deep_turtle]

Aussi, lorsque tu évoque la relation h/mc pour le temps de vie, on est bien daccord que tu trouve plutôt sa vitesse non

Pas vraiment, mais tu as raison d'être perturbée car h/mc est une distance. Il y avait une malencontreuse faute de balise TeX dans le message de Rincevent, et la formule n'apparaissait pas convenablement (c'est corrigé). Le temps est donné par h/mc².

[Floris]

Ah merci bien, donc la je commence un peut mieuc à comprendre. Ici dans cette relation, je supose que c est cette foi si la vitesse de la lumière n'es pas? A t'on donc un résultats qui prend la forme d'une dimension de temps ou non si je m'abuse?

Merci encore a toi.
Bien amicalement:
Floris