De Broglie et la masse du photon

[Les Terres Bleues]

Re-bonjour,

Je suis moi-même convaincu d’une masse au repos du photon non nulle.
Mais je le garde pour moi, j’en parle pas…

Y a-t-il une raison particulière qui puisse être révélée et permette éventuellement de faire avancer la réflexion de chacun ?

p = gamma.v
Si la masse est nulle alors la vitesse vaut c et la quantité de mouvement p = h/lambda où lambda est la longueur d’onde de la lumière.

Je reste perplexe devant l’idée d’une quantité de mouvement qui surgirait du néant, alors, ou il s’agit d’une erreur d’interprétation de ma part ou bien il manque un mot d’explication entre "p = gamma.v" et "Si la masse est nulle".


Envoyé par Arapède.
"Sans masse propre, il n’y a rien, à mon humble avis."

Il y a de l’énergie. Et quand on admet que la masse n’est rien d’autre qu’une forme possible parmi celles que peut prendre l’énergie, la question des particules de masse nulle est (presque) triviale.

Doit-on comprendre qu’il s’agit de « l’énergie fournie par le concept de photon » ou de l’énergie qui existerait par elle-même et qui à un moment donné se transformerait en photon, ou autre chose encore ? Soyons prudents et ne plongeons pas dans la métaphysique.
Quoi qu’il en soit, je ne trouve pas de réponse à mon interrogation précédente : « dans le cas de la quantité de mouvement d'une particule de masse nulle, qu'est-ce qui est en mouvement ? ».

[mach3]

Une onde a-t-elle nécessairement une masse pour toi?

m@ch3

[Gwyddon]

Bonjour,

Je reste perplexe devant l’idée d’une quantité de mouvement qui surgirait du néant, alors, ou il s’agit d’une erreur d’interprétation de ma part ou bien il manque un mot d’explication entre "p = gamma.v" et "Si la masse est nulle".

Je vais detailler.

La relativite restreinte nous fournit les expressions suivantes pour la quantite de mouvement et l'energie totale d'une particule de masse m :

(1)
(2)
et (3)

On peut a partir de cela demontrer la formule fondamentale suivante

(4)

1/ Examinons le cas d'une particule allant exactement a la vitesse c.

Dans ce cas le coefficient (3) tend bien evidemment vers l'infini.

Si jamais m etait non nulle, on voit que (1) (quantite de mouvement) et (2) (energie) tendent vers l'infini, ce qui n'a pas de sens physique.

Si m est nul, le produit peut tres bien etre fini, il n'y a plus d'infini qui apparait.

Ceci signifie donc que si l'on envisage l'existence d'une particule allant a la vitesse c, cette derniere est necessairement de masse nulle.

2/ Examinons le cas d'une particule de masse nulle.

Alors si (3) est fini (donc v<c), on a et la quantite de mouvement, et l'energie qui sont nulles. Par contre si v=c, on se retrouve dans le cas etudie en 1/ et on peut avoir (1) et (2) finis.

Or une particule doit avoir au moins l'une de ces deux quantites non-nulles (sinon elle n'existe pas)

Pour faire le lien avec ce qu'avait dit Rincevent, en physique newtonienne la question est plus simple car avoir une masse nulle entraine automatiquement avoir une quantite de mouvement nulle et donc une energie nulle, du fait qu'inertie et masse sont confondues.

Or en relativite, le coefficient (3) est crucial et c'est ce coefficient multiplie par m qui est l'inertie. Cette derniere est non-nulle si m=0 et v=c simultanement, ce qui assure l'existence de la particule (toute comme en physique newtonienne une particule qui a de l'inertie a une existence)


On voit donc qu'il y a equivalence entre "etre de masse nulle" et "avoir une vitesse v=c".


Enfin, si on fait m=0 dans (4) on a E=pc. Du coup il suffit de demontrer que E est non-nulle pour s'assurer que la quantite de mouvement p est non-nulle (existe)


Or pour le photon, on peut ecrire par ailleurs E=h*f ou h est la constante de Planck et f la frequence du photon (experiences diverses et variees de mecanique quantique sur le caractere quantique de la lumiere, et tout ca permettant de definir ce qu'est un photon)


On a donc une expression pour sa quantite de mouvement



Voila d'ou vient l'expression de la quantite de mouvement d'un photon, de masse nulle.

On voit donc qu'avoir une masse nulle n'empeche pas le photon d'avoir des caracteristiques non-nulles (ie d'exister). Entre autre, le photon a une quantite de mouvement et donc une energie non-nulle, on rejoint ce que disait Rincevent ici :

il y a de l'énergie. Et quand on admet que la masse n'est rien d'autre qu'une forme possible parmi celles que peut prendre de l'énergie, la question des particules de masse nulle est (presque) triviale.

Le photon est une particule dont toute l'energie est cinetique, et pour repondre a ta question :

Quoi qu’il en soit, je ne trouve pas de réponse à mon interrogation précédente : « dans le cas de la quantité de mouvement d'une particule de masse nulle, qu'est-ce qui est en mouvement ? ».

C'est toujours la particule qui est en mouvement
, il s'avere juste qu'elle n'a pas d'energie de masse, rien de plus.

[Les Terres Bleues]

Une onde a-t-elle nécessairement une masse pour toi ?

Cette question dissimulerait-elle une ironie quelconque ?
L'onde en tant que phénomène, bien entendu, ne possède pas de masse, mais ce qui vibre ?

[Les Terres Bleues]

Le photon est une particule dont toute l'énergie est cinétique, et pour répondre à ta question : c'est toujours la particule qui est en mouvement, il s'avère juste qu'elle n'a pas d'énergie de masse, rien de plus.

Je te remercie beaucoup pour la clarté de ton intervention.
Cependant, on va sûrement me reprocher de ne rien comprendre, mais je n'arrive pas percevoir relativement à quoi il serait possible de définir le mouvement d'une particule dépourvue d'énergie de masse.
Pourtant, si toute son énergie est cinétique, c'est-à-dire due à son mouvement, il faut bien qu'elle bouge par rapport à quelque chose.
Selon moi, ce n'est pas parce qu'elle permet de satisfaire à la formulation mathématique : E² = p²c² + m²c⁴ que cela suffit à la valider.

[mariposa]

Je te remercie beaucoup pour la clarté de ton intervention.
Cependant, on va sûrement me reprocher de ne rien comprendre, mais je n'arrive pas percevoir relativement à quoi il serait possible de définir le mouvement d'une particule dépourvue d'énergie de masse.
Pourtant, si toute son énergie est cinétique, c'est-à-dire due à son mouvement, il faut bien qu'elle bouge par rapport à quelque chose.
Selon moi, ce n'est pas parce qu'elle permet de satisfaire à la formulation mathématique : E² = p²c² + m²c⁴ que cela suffit à la valider.

Et oui le photon est en mouvement par rapport à tous les repères inertiels et avec le vitesse c. Son énergie vaut E = p.c

la RR n' arien d'évident.

[Arapède]

Bonsoir,

Et oui le photon est en mouvement par rapport à tous les repères inertiels et avec le vitesse c. Son énergie vaut E = p.c

la RR n' arien d'évident.

Sauf peut-être s'il a une masse propre, certes infinitésimale, correspondant à une énergie potentielle, et que cette masse permette de lui attribuer un référentiel qui lui est propre, au lieu de le considérer comme un point sans dimension. Si sa vitesse est c, la vitesse limite de la relativité est alors un tout petit peu supérieure à c.

[ArjenDijksman]

Sauf peut-être s'il a une masse propre, certes infinitésimale, correspondant à une énergie potentielle, et que cette masse permette de lui attribuer un référentiel qui lui est propre, au lieu de le considérer comme un point sans dimension. Si sa vitesse est c, la vitesse limite de la relativité est alors un tout petit peu supérieure à c.

On peut attribuer un référentiel à une particule sans qu'il ait une masse. Exemple: le photon qui vient de me quitter se déplace à une vitesse c. En conséquence, on peut dire que dans le référentiel du photon, je me déplace à la vitesse c. Cela ouvre la voie à un modèle relativiste qui ne ferait pas de différence entre les photons et les objets inertiels.

[mariposa]

On peut attribuer un référentiel à une particule sans qu'il ait une masse. Exemple: le photon qui vient de me quitter se déplace à une vitesse c. En conséquence, on peut dire que dans le référentiel du photon, je me déplace à la vitesse c. Cela ouvre la voie à un modèle relativiste qui ne ferait pas de différence entre les photons et les objets inertiels.

Bonjour,


Cela est strictement impossible car un photon se déplace à la vitesse c dans tous les référentiels inertiels (C'est la structure physico-mathématique de la RR qui l'impose). Si donc on attache un repère inertiel à un photon, alors il a une vitese nulle dans ce repère ce qui est en contradiction avec l'assertion précédente.

[stefjm]

Bonjour,
Cela est strictement impossible car un photon se déplace à la vitesse c dans tous les référentiels inertiels (C'est la structure physico-mathématique de la RR qui l'impose). Si donc on attache un repère inertiel à un photon, alors il a une vitese nulle dans ce repère ce qui est en contradiction avec l'assertion précédente.

Bonjour, c'est l'aspect de la RR que je préfère.
Pour attacher un reférentiel (mathématique) à un objet (physique), il faut une masse.

[ArjenDijksman]

Bonjour,

Cela est strictement impossible car un photon se déplace à la vitesse c dans tous les référentiels inertiels (C'est la structure physico-mathématique de la RR qui l'impose).

Ceci est en effet impossible dans la relativité restreinte. C'est pourquoi il faut se placer en dehors de ce cadre pour analyser le comportement du photon en tant que particule. La RR est adaptée uniquement pour décrire ce qui est perçu dans les référentiels inertiels. Le référentiel du photon est non inertiel, c'est-à-dire qu'après chaque couplage/collision avec une particule inertielle, sa vitesse se cale sur celle de cette particule +/- c, dans toutes directions qui seraient autorisées par l'environnement. Ainsi:
- si le photon est une particule.
- si le photon a une vitesse c par rapport à son émetteur.
- l'émetteur a une vitesse c par rapport au photon qu'il vient d'émettre.

[Coincoin]

C'est pourquoi il faut se placer en dehors de ce cadre pour analyser le comportement du photon en tant que particule.

Je ne comprends pas cette partie : tu n'as pas besoin d'utiliser le référentiel de la particule pour l'étudier.

[stefjm]

Je ne comprends pas cette partie : tu n'as pas besoin d'utiliser le référentiel de la particule pour l'étudier.

Bonjour,
De ce que je comprends, ArjenDijksman se place hors RR pour pouvoir utiliser le ref du photon.
En gros, j'imagine qu'il ne veut pas l'étudier en le "regardant passer à c" (RR) mais en tant que particule au repos? (Hors RR)
J'intuite que cela risque de placer un superObservateur hors de l'univers observable (observable par des phénomènes limités à c)

[ArjenDijksman]

Je ne comprends pas cette partie : tu n'as pas besoin d'utiliser le référentiel de la particule pour l'étudier.

C'est vrai. Ce que je disais c'est qu'il faut se placer en dehors du cadre de la relativité restreinte pour étudier plus avant la dynamique du photon. La RR limite énormément ce domaine.

[ArjenDijksman]

En gros, j'imagine qu'il ne veut pas l'étudier en le "regardant passer à c" (RR) mais en tant que particule au repos? (Hors RR)

Oui en partie. Ce qui m'intéresse également, c'est d'étudier le mouvement d'un photon dans le référentiel d'un autre photon, en fonction de leurs directions relatives, des particules inertielles qui les absorbent ou les émettent...