nature de l'onde lumineuse

[physic]

Bonjour,
l'onde lumineuse est-elle longitudinale ou transversale? comment le montrer quelle experience le mette en evidence?
merci
-----

[invitea774bcd7]

Purement transverse. Ça découle de la masse nulle du photon

[S321]

Toutes les ondes électromagnétiques, en particulier la lumière, sont des ondes transversales.
Pour ce qui est de la démonstration, le temps de retrouver le cours correspondant et je vous la donne ^^.
...
...
Trouvé !

La propagation des ondes EM est caractérisée par les équations et où D est l'opérateur D'alembertien (je n'arrive pas à écrire le carré en LaTeX).
Je me place dans le cadre d'une onde plane, c'est à dire que si elle se propage selon un certain axe Ox, E et B ne dépendent que de x et de t.
Comme E ne dépend que de x et de t, en notant E_x sa composante suivant l'axe Ox

donc E_x est indépendant de x. De même que pour B_x.
Donc

car B (donc B_y et B_z) est indépendant de y et de z.
Or d'après l'équation de Maxwell-Ampère

d'où enfin

Ce qui prouve que E_x est indépendant de x et de t, c'est donc une constante. L'onde n'a pas de composante longitudinale, elle est donc transversale.

P.S : Ça m'ennuie tout de même de devoir supposer que l'onde est plane. Même si je subodore que l'approximation n'est pas dommageable pour le résultat, en particulier qu'il en va de même pour les ondes sphériques, j'aimerai bien une démonstration plus générale.

[LPFR]

Bonjour.
Une onde électromagnétique est bien une onde transversale car le champ magnétique et électrique qui la constituent sont bien perpendiculaires au sens de déplacement.

Effectivement, quand il s'agit d'une onde plane, tout baigne. Mais si on regarde le rayonnement d'un dipôle, on s'aperçoit qu'il faut bien les lignes de force des champs soient fermées, ce qui implique qu'il y a nécessairement des composantes radiales.

On peut vérifier que les ondes sont transversales avec un simple poste de radio "grandes ondes", dont l'antenne est une bobine enroulée sur un noyau de ferrite, qui détecte le champ magnétique de l'onde. On constate que, pour la meilleure réception, la ferrite doit être perpendiculaire à la direction de l'émetteur.

L'autre vérification simple on la trouve dans la polarisation de la lumière bleue du ciel. Elle est due à l'excitation des électrons de molécules, qui réémettent de la lumière polarisée dans le sens de leur excitation
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[stefjm]

Purement transverse. Ça découle de la masse nulle du photon

Effectivement, quand il s'agit d'une onde plane, tout baigne. Mais si on regarde le rayonnement d'un dipôle, on s'aperçoit qu'il faut bien les lignes de force des champs soient fermées, ce qui implique qu'il y a nécessairement des composantes radiales.

Bonjour guerom00 et LPFR,
Bonjour à tous,

J'en déduis donc que la notion de photon de masse nulle n'est valide que pour la propagation d'une onde plane?

[LPFR]

J'en déduis donc que la notion de photon de masse nulle n'est valide que pour la propagation d'une onde plane?

Bonjour Sefjm.
Comme vous le savez déjà, je ne mélange pas les ondes avec les photons.
Et pour tout dire, je n'ai pas la moindre idée du rapport entre la masse du photon et le fait qu'une onde EM soit transversale.

Mais je suis sûr que Gerom00 va nous l'expliquer.
Cordialement,

[gatsu]

Salut,

Purement transverse. Ça découle de la masse nulle du photon

Quid de la propagation dans un milieu (genre diélectrique) ?

[Arapède]

Bonjour à tous,

Bonjour guerom00 et LPFR,
Bonjour à tous,

J'en déduis donc que la notion de photon de masse nulle n'est valide que pour la propagation d'une onde plane?

Si l'on accorde au photon un statut de particule à part entière, avec une extension dans l'espace et même une masse, aussi petite soit-elle, un phénomène vibratoire va correspondre à cette masse, (f=m . c^2 / h). Pour un observateur extérieur et compte-tenu de la contraction des longueurs en relativité, le photon va apparaître plat comme une crêpe et le phénomène périodique ne peut intervenir que dans un plan perpendiculaire au sens de déplacement. Qu'en pensez-vous, est-ce un gag ?

[LPFR]

Bonjour à tous,



Si l'on accorde au photon un statut de particule à part entière, avec une extension dans l'espace et même une masse, aussi petite soit-elle, un phénomène vibratoire va correspondre à cette masse, (f=m . c^2 / h). Pour un observateur extérieur et compte-tenu de la contraction des longueurs en relativité, le photon va apparaître plat comme une crêpe et le phénomène périodique ne peut intervenir que dans un plan perpendiculaire au sens de déplacement. Qu'en pensez-vous, est-ce un gag ?

Bonjour Arapède.
Oui, je pense que dire "un photon c'est une onde" est un gag.

Si vous faites osciller la "masse" de votre photon, qu'est ce que ça a à voir avec les champs électrique et magnétique?
Au revoir.

[loic75]

Bonjour à tous, je suis nouveau et petit amateur passionné!

Votre discussion est fort intéressante, je vais

essayer d'apporter ce que je sais, en essayant de

bien m'expliquer et de ne pas dire trop de

bétises!:
Quand on regarde la totalité du spectre

électromagnétique, on a les ondes radios(longueur d'onde les plus longues), infrarouge,visible, uv, x, jusqu'aux rayons gamma(longueur d'onde les plus courtes).
D'après ce que j'ai cru comprendre, il s'agit de

la meme particule:
si elle est peu énergétique, elle entre dans le domaine des

ondes radio un peu plus énergétique, les infra-rouges un peu plus énergétique encore, on arrive à la lumière visible(photons),puis le gamma(en abrégeant).
Dans le visible, il y a des longueurs d'ondes

différentes pour que l'on puisse voir les

couleurs.
Donc le photon a bien des longueurs d'ondes différentes.
Par contre est-ce que c'est une onde?
Je dirais plutot une paricule énergétique lancée à 300.000km/seconde avec une LONGUEUR D'ONDE entre 400 et 700 nanomètres par là, si je me souviens bien. Le photon résulte de chocs "assez forts" entre particules.
Quand à sa masse, oui, il en a bien une,

puisque du temps d'einstein, ils avaient vus,

lors d'une éclipse de lune, que les étoiles aux

alentours étaient décalées par rapport à leur

place normale.
Après, faire osciller la masse du photon, avis aux experts!
Bonne journée.

[mc222]

salut, le photon n'a pas besoin de masse pour etre dévié et suivre les courbure infligées par les astre massifs comme les étoiles ou les trous noires.

[mc222]

ensuite, si on commence a s'en référer à la Relativité, le photon n'a pas de masse, puisqu'il va a la vitesse limite.

[vaincent]

Donc le photon a bien des longueurs d'ondes différentes.
Par contre est-ce que c'est une onde?
Je dirais plutot une paricule énergétique lancée à 300.000km/seconde avec une LONGUEUR D'ONDE entre 400 et 700 nanomètres par là, si je me souviens bien. Le photon résulte de chocs "assez forts" entre particules.
Quand à sa masse, oui, il en a bien une,

puisque du temps d'einstein, ils avaient vus,

lors d'une éclipse de lune, que les étoiles aux

alentours étaient décalées par rapport à leur

place normale.

Bienvenue sur le forum !

Attention à ce que tu dis, il faut mieux se renseigner que ça car tu racontes des bêtises en effet !

Si tu dis que le photon a une longueur d'onde, c'est que tu considères déjà qu'il est une onde, et donc ta question qui suit "est-ce une onde ?" n'a pas lieu d'être. Employer le terme "photon" signifie que l'on se place d'emblé dans une vision corpusculaire de la lumière. On ne parle pas alors de longueur d'onde ou de fréquence(phénomènes de diffraction, interférences), mais d'impulsion (diffusion Compton, pression de radiation).

Pour la masse du photon, je pense que tu n'as pas dû étudier assez en détail la relativité restreinte et générale (que l'on doit comprendre au moins en partie avant de dire quoique ce soit). La relativité restreinte montre qu'une particule de masse nulle se déplace forcément à 'c', et réciproquement, une particule qui se déplace à 'c' a forcément une masse nulle (tu peux aller le vérifier sur la page wikipédia de la relativité restreinte).
Pour ce qui est de la déviation de la lumière d'étoiles lointaines par des astres, la 1ère observation de ce phénomène a eu lieu le 29 Mai 1919 lors d'une éclipse totale de soleil (et non de lune !). C'était la première vérification expérimentale de la relativité générale qui dit que la force de gravitation se manifeste par une courbure de l'espace-temps au voisinage d'un astre massif. Toutes particules, même de masse nulle, sont déviées par cette courbure(de notre point de vue). En effet les photons suivent les géodésiques de l'espace-temps, si l'espace-temps est courbé, les photons suivent une trajectoire courbe malgré leur masse nulle. Jusqu'à aujourd'hui la limite supérieure mesurée expérimentalement de la masse du photon est de l'ordre 10^-54 kg. Cette masse ridicule est très loin d'expliquer la déviation de la lumière par des astres massifs. La relativité générale, elle, l'explique gràce à la relation entre courbure de l'espace-temps et'impulsion-énergie d'une particule.

[invitea774bcd7]

Bonjour Sefjm.
Comme vous le savez déjà, je ne mélange pas les ondes avec les photons.
Et pour tout dire, je n'ai pas la moindre idée du rapport entre la masse du photon et le fait qu'une onde EM soit transversale.

Mais je suis sûr que Gerom00 va nous l'expliquer.
Cordialement,

Ça découle des équations d'un champ vectoriel bosonique sans masse… J'y connais rien en QFT moi
C'est pour ça qu'il n'y a que deux états de polarisation au lieu de trois pour tous champ vectoriel.
C'est discuté dans un article de Schrödinger (Proc. Roy. Soc. A, vol. 232, pp. 1 (1955))

[gatsu]

Ça découle des équations d'un champ vectoriel bosonique sans masse… J'y connais rien en QFT moi
C'est pour ça qu'il n'y a que deux états de polarisation au lieu de trois pour tous champ vectoriel.
C'est discuté dans un article de Schrödinger (Proc. Roy. Soc. A, vol. 232, pp. 1 (1955))

Encore une fois...ceci est il vrai aussi dans tous les matériaux ? Parce que à vue de nez le caractère transverse n'est impliqué que par la divergence nulle du champ électrique qui elle même n'est assurée que dans le vide non ?

[invitea774bcd7]

Bien sûr, c'est dans le vide.
Dans un matériau, on peut toujours séparer les contributions des champs transverses (l'onde EM) et longitudinaux (dû aux sources).
Ça, du coup, c'est dans le bouquin de Cohen-Tannoudji, Dupont-Roc et Grynberg (je refourgue toutes mes références ) où ils passent dans l'espace réciproque pour facilement éliminer ce champ longitudinal qui n'est pas aussi important que le champ transverse

[gatsu]

Bien sûr, c'est dans le vide.
Dans un matériau, on peut toujours séparer les contributions des champs transverses (l'onde EM) et longitudinaux (dû aux sources).
Ça, du coup, c'est dans le bouquin de Cohen-Tannoudji, Dupont-Roc et Grynberg (je refourgue toutes mes références ) où ils passent dans l'espace réciproque pour facilement éliminer ce champ longitudinal qui n'est pas aussi important que le champ transverse

D'accord merci pour la ref.
Je voulais m'assurer qu'on était tous d'accord sur ce point et je pense que ça méritait d'être mentionné étant donné le caractère général du premier post.

[loic75]

Merci mc222 et vaincent pour vos explications!
Désolé pour les autres de mon hors sujet!
A discuter d'ondes lumineuses, j'y vois plus clair maintenant!

[Arapède]

Bonjour LPFR,

Bonjour Arapède.
Oui, je pense que dire "un photon c'est une onde" est un gag.

Si vous faites osciller la "masse" de votre photon, qu'est ce que ça a à voir avec les champs électrique et magnétique?
Au revoir.

Un photon n'est pas une onde mais un générateur d'onde.
Selon mon point de vue, le photon est la source de l'onde à l'image d'une pointe vibrante donnant naissance d'ondes sur un plan d'eau. Il s'agit d'une "onde de matière" comme on présente l'onde associée à l'électron, au neutron etc... L'énergie du photon est de l'énergie cinétique, elle est inertielle comme l'a montré Einstein. Le rapport des fréquences liées à l'énergie cinétique: f, et à la masse-énergie propre: f0, soit f/f0, est le gamma de la relativité, on doit donc admettre f0 non nul pour être cohérent.
Tout ceci n'a rien à voir avec les champs électrique et magnétique. Ceux-ci interviennent seulement pour la génération de photons au même titre que la flamme d'une bougie. Méthode de production sans aucun doute beaucoup plus perfectionnée, puisque les électrons oscillant dans une antenne, générent un nombre énorme de photons d'une fréquence bien déterminée. Lorsque ces photons rencontrent une antenne réceptrice, parfaitement accordée à leur fréquence, il y a résonance et donc absorption préférentielle de l'énergie des photons. Le comportement global, statistique devrait-on dire, est celui d'une onde, mais d'une onde virtuelle.
C'est une explication, contestable je l'avoue, et même peut-être vaseuse.

[LPFR]

Bonjour Arapède.
Je ne partage pas votre point de vue et je pense que peu de physiciens le partagent.

Je crois que le problème de base est que cette sacrée lumière se comporte dans quelques expériences comme une onde et dans d'autres comme une particule.
Dans le "classique" (ondes de Maxwell et photons d'Einstein) il faut choisir le modèle à utiliser (l'un ou l'autre). Soit on choisit le modèle de particule. Dans se cas on n'a que des photons et on ne mentionne pas les ondes.
Soit on a le modèle ondulatoire et dans ce cas on utilise les équations de Maxwell et on ne mentionne pas des photons ou des particules.
Les deux modèles sont incompatibles et il est absurde d'essayer de le mélanger.

Comme cette dualité n'est pas satisfaisante pour l'esprit, l'électrodynamique quantique a introduit une autre modèle qui n'a rien à voir. Dans ce modèle, les particules et les ondes sont remplacés par une "ondicule", malheureusement baptisée aussi "photon" mais qui n'a rien à voir avec les photons "classiques" d'Einstein qui n'étaient que des quanta d'énergie sans fréquence ni phase ni longueur d'onde (mais avec un spin).
Ces "ondicules" transportent une probabilité de présence et elles s'additionnent comme des vecteurs dans l'espace de Fresnel: en tenant compte de l'amplitude et de la phase. Et la phase de ces "ondicules" varie comme la phase des ondes électromagnétiques correspondantes dans le modèle ondulatoire.
Le problème est qu'il n'est pas pratique d'utiliser ce modèle de l'électrodynamique quantique car les calculs pour obtenir la probabilité de présence sont extrêmement longs, même pour un ordinateur. C'est le bon modèle, qui n'a plus de problème de dualité. Dans ce modèle, la lumière c'est ces "ondicules" et rien d'autre. Il n'y a plus de dualité. Mais il n'est pas pratique.

Le problème est que des gens essaient d'utiliser ce modèle "tout photon" avec des photons "classiques", ce qui est une absurdité. Et on se retrouve avec les absurdités habituelles du genre "une onde est un photon", "le photon crée l'onde" "pour des basses fréquences c'est des ondes et pour des hautes c'est des photons", et j'en passe.

Il faudrait arrêter cette idiotie du "tout photon" qui sévit dans l'enseignement (à moins qu'on ne fasse que de l'électrodynamique quantique). On traite chaque problème soit avec le modèle particule ou avec le modèle ondulatoire qui décrivent chacun très bien certains aspects du comportement de la lumière. Sans essayer de mélanger les deux modèles. Tout en disant que ce ne sont que des modèles, chacun moins bon que celui de l'électrodynamique quantique, mais beaucoup plus pratique et utilisable.

Nota: Quand je dis lumière, je parle, évidemment, de tout le spectre.

Cordialement,