le photon...une source de question

[Seirios]

Salut à tous,
en lisant les sujets de ce forum, je me suis aperçu que les photons ou les ondes électromagnétiques (de toute façon c'est pareil ) sont des sujets très difficiles et plein de question extrèmement enrichissante.
Donc je propose d'énumérer toutes vos questions sur les photons ici et d'y débattre.
Je commence :

Quel est le degré de précision avec lequel la vitesse de la lumière a été mesuré ? Quel est le degré de précision avec lequel la relativité restreinte a mesuré la vitesse maximale autorisée ? La différence entre les deux mesures (si il y a), ne pourait-elle s'expliquer par une légère masse du photon ? Ou même s'il n'y a pas de différence, la précision insuffisante des mesures qu'elles soient théoriques ou expérimentales est-elle capable d'exclure une masse au photon ?
La masse nul du photon est-elle prouvée par la théorie ou par l'expérience ? Si c'est le cas, comment ce fait-il que certaines théorie entreprennent la possibilité d'une masse extrèmement faible du photon ?

Voilà ça y est j'ai fini
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[Rincevent]

salut,

en fait si tu fais une recherche sur le forum tu verras que toutes ces questions ont déjà été traîtées

[hterrolle]

bonjour,

Je pense pour ma part que la premier question que nous devont nous posez et qu'est ce qu'un photon.

la deuxiéme de quoi se compose un photon seul et un photon en groupe.

et la troisiéme coment se comporte un photon seul et un groupe de photon.

A mon avis aprés c'est petite question je pense que l'on peux s'attaquer a savoir si il a une masse ou non.

[invite9403726f]

salut à tous

Einstein la démontrer par sa célèbre formule E = mc ² toute forme d'énergie à son équivalent matière.

Si donc la lumière est énergie, et elle l'est, nous devons en comprendre logiquement l'existence de particules matérielles élémentaires transportant cette énergie dans l'onde lumineuse pour faire bien paraître l'équation .

Ces particules ,dénommer les photons sont les vecteurs de cette énergie lumineuse.

il n'y a pas de différence fondamentale entre ondes et particules.

nous n' avons pas le choix de admettre que la masse du photon est nulle au repos et dans le vide,

ce qui lui permet de voyager à la vitesse de la lumière porté par l'onde, et qu'il ne prend corps, masse et valeur qu'à son impact avec la matière.

Donc, nous devons considérer le photon comme une quantité discrète et indivisible d'énergie qui ne prend réellement et matériellement son existence que dans son interaction avec la matière.

amicalement

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5f1db7a1]

En fait, c'est par l'effet photoélectrique qu'on est venu à parler de quantum de lumière, pas par l'équation E=mc². E=mc² signifie, il me semble, que toute modification de masse entraîne un dégagement d'énergie. Ce n'est pas parce qu'on donne une valeur non nulle à m que le rayonnement qui est dégagé d'un phénomène possède une masse.

Plasma

[invite38df353d]

On a toujours le choix Al.
De plus je pense que comme bcp ton interpétation de la formule E = mc² est un peu rapide et que la cristallisation que certains font dessus dénote peut etre une méconnaissance de la physique.
Vous parlez du photon comme d'une réalité or je crois que c'est un cojncept théorique qui sert comme toute modèle physique a expliqué et prédire la réalité mais qu'il ne faut pas confondre avec celle ci.
De plus on ne peut afirmer tel ou tel résultat que dans le cadre d'une théorie précise, par exemple on peut peut etre dire que le photon a une mase nulle dans le cadre des théories relativistes, ou en electrodynamique quantique, mais pas simplement dire le photon a une masse nulle, car je le répète c'est un concept théorique qui s'est précisé je crois pour illustrer le phénomène de l'effet photoélectrique expliqué par einstein.

[pirana64]

nous n' avons pas le choix de admettre que la masse du photon est nulle au repos et dans le vide,
amicalement

pour en reve nir a ce que tu viens de dire,il faut nettement trancher en deux partis distincte car le photon a bien une masse nul dans le vide mes pas dans l'univers .(c'est mon avis)du moins les calcul le prouve.après le sujet a déja était traité dans le forum

[curieuxdenature]

Bonjour à tous,

la vitesse de la lumière est une constante qui a comme valeur exacte (par définition) 299 792 458 km s^-1

l'expérience n'a jamais pu démontrer qu'un objet massif pouvait atteindre exactement cette vitesse, il est admis que le référentiel c n'est possible que pour un objet dénué de masse. le photon est à priori le seul et unique candidat.

On dit que le photon au repos n'a pas de masse mais que sa vitesse est c pour tous les objets massifs.
Cela a été posé plusieurs fois, et la répétition est l'ami de la mémoire, l'équation à prendre en compte est:
E2 = m2 c4 + p2 c2

avec m=0 pour le photon et m>0 pour les particules.
Ce qui donne
E=p c pour le photon,
E=M c² pour tout les particules au repos.

Ce qu'on sait:
si le photon avait une masse, la mécanique quantique serait fausse. L'expérience prouve que non.
si le photon était massif, la charge electrique ne serait pas conservée, elle varierait avec la vitesse.
si le photon était massif, l'erreur à détecter devrait atteindre une résolution avec un nombre de zéros derriere la virgule assez faramineux.
Dans l'état actuel de la technologie ce n'est pas possible de prouver que le photon a une masse.

http://villemin.gerard.free.fr/Science/PartMass.htm
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[invite687e0d2b]

E²=m²c⁴
donc E=mc² ou E=-mc²
?????????????????????????????? ??????????????????????

[curieuxdenature]

c'est à accorder avec la réalité physique, tu penses bien que les maths donnent des tas de solutions qu'il faut adapter au contexte.
En electronique on voit ça tous les jours quand on calcul les filtres passifs du deuxieme ordre, le carré de j peut donner un nombre négatif, mais les solutions des équations qui se servent de ça ne retiennent que les résultats positifs. On voit mal comment un filtre pourrait admettre -2748 Hz comme solution, par exemple.

[invite687e0d2b]

oui mais c'est qu' en physique on rencontre parfois des énergies négatives.
mais de toutes façons, ce que j'ai écrit n'ai pas vraiment significatif, c'était juste pour faire une remarque...

[curieuxdenature]

bien au contraire, ta remarque était pleine de bon sens.
C'est grâce à ce genre de remarque que Dirac a imaginé l'antimatière.
Sur le papier ça colle, on a la tête dans l'imaginaire, mais l'expérience nous fait retomber sur Terre. Ce n'est pas la première fois que les maths mettent en évidence la réalité physique et ce ne sont pas des astuces de calculs (du moins il me semble), il a fallu utiliser cette mathématique là pour rendre compte de l'expérience, et ça marche.

[invite687e0d2b]

salut à tous

Einstein la démontrer par sa célèbre formule E = mc ² toute forme d'énergie à son équivalent matière.

Si donc la lumière est énergie, et elle l'est, nous devons en comprendre logiquement l'existence de particules matérielles élémentaires transportant cette énergie dans l'onde lumineuse pour faire bien paraître l'équation .

je ne suis pas très d'accord avec cette partie:
1 les photons ne sont pas des particules matérielles
2 ce n'est pas à partir de l'équation d'Einstein qu'on a conclus l'éxistense des photons. Que toute forme d'énergie aie son équivalent en masse ne veut pas dire nécessairement que toute forme d'énergie est constituée de particules matèrielles (qui en plus n'ont aucune masse...)
je pense que le concept du photon est complètement indépendant de l'équation d'Einstein et que nous aurions très bien pu découvrir l'un sans l'autre...
3 on ne peut pas "faire bien paraître" une équation, ou elle est juste ou elle est fausse, c'est tout!

[mariposa]

Le photon....une source de question ma parait une très bonne formulation. En effet derrière le photon et la lumière il y a à la fois impliquée:
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1- La physique classique (Newton pour les particules et Maxwell pour les ondes).
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2- la relativité restreinte (particule voyageant à la vitesse de la lumière).
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3- La mécanique quantique (Il faut quantifier l'énergie lumineuse).
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La photon comme particule ponctuelle (mécanique classique).
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Dans un problème de collisions élastiques de particules il suufit de connaitre l'énergie et la quantité de mouvement, soit E et P. On peut par exemple traiter le problème de la collision d'un photon et d'un électron.
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Maintenant si on écrit explicitement l'énergie et la quantité de mouvement on a:
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E = p.c et p = h/lambda.
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Il y a 2 bizareries.

1-En géneral une energie cinétique s'écrit E= 1/2.m.v2
2- la quantité de mouvement fait intervenir la longueur d'onde et une constante h (constante de Plank).
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2- Lois de Maxwell contre loi de Newton
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Il semble raisonnable de dire que dans un repère en mouvement les lois doivent garder la même forme. Si on fait une transformation galilléenne la loi de Newton ne change pas. par contre çà change pour les lois de maxwell. par contre les lois de Maxwell ne change pas par des transformations dites de lorentz. en fait il a fallu changer les lois de Newton.
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En final on montre que une particule libre a pour Energie:
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E2 = m°2.c4 + p2.c2
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Si la vitesse est petite devant celle de la lumière. On a
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E = m°.c2 + 1/2.m.v2
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Un résultat bien sympatique puisque on retrouve le terme d'énergie cinétique classique. Par contre intervient un nouveau terme, le fameux m°.c2 d'Einstein qui dit que la masse c'est de l'énergie (d'où la bombe atomique).
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Si la vitesse est égale à celle de la lumière alors E=P.c et la masse m° =0.
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C'est donc une question de cohérence d'invariance de lois qui fait que si une particule se déplace à la vitesse de la lumière alors celle-ci a une masse nulle.
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3- Lois de Maxwell et mécanique quantique
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On vient de démontrer a partir des équations de Maxwell la nécessité d'inventer la relativité restreinte par une pure déduction logique. Une conséquence est qu'il peut exister des particules allant de la vitesse de la lumière.
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Comme la vitesse de phase (et de groupe) de la lumière se déplace.......à la vitesse de la lumière et que la lumière échange de la quantité de mouvement, on a envie d'associer à la lumière une particule de masse nulle.
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La solution définitive nécessite la Mécanique quantique.
En effet la lumière est un objet classique et doit être quantifiée. On démontre que une onde en mécanique quantique est formellement un oscillateur harmonique. Les etats propres sont tous séparés d'une distance:
..
h/lambda qui est la valeur excate que l'on a utlisée dans la mécanique des chocs.
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La réalité profonde du photon est qu'il en soi une différence d'énergie entre 2 états d'oscillateurs harmoniques. On dit que le photon est une excitation élémentaire.
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Ce n'est donc par une particule telle que le suggére une expérience de physique classique. Ce n'est pas non plus une onde telle que le décrit les équations de Mawwell.
..
On peut démontrer que une onde électromagnétique classique est en fait une superposition linéaire des états propres de l'oscillateur harmonique.
..
On notera au passage que nous avons clairement démontré sur un exemple que en mécanique quantique il n'y a ni ondes ni particules. ceci est donc une alternative à l'expérience des trous d'Young qui prouve également la même chose.



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[deep_turtle]

Petite précision :

On notera au passage que nous avons clairement démontré sur un exemple que en mécanique quantique il n'y a ni ondes ni particules. ceci est donc une alternative à l'expérience des trous d'Young qui prouve également la même chose.

ça dépend de ce que tu appelles "expérience des trous d'Young". Dans sa version historique (flux lumineux important), elle montre seulement le caractère ondulatoire de la lumière.

[invite687e0d2b]

rien à dire... c parfait...

[mariposa]

Petite précision :


ça dépend de ce que tu appelles "expérience des trous d'Young". Dans sa version historique (flux lumineux important), elle montre seulement le caractère ondulatoire de la lumière.

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Bonjour tortue profonde.
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Je pense que tu aurais du en déduire toi même qu'il s'agit du cas limite ou l'intensité lumineuse est aussi faible que l'on veut. Cette expérience est sensationnelle pour découvrir les paradoxes de la mécanique quantique.
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Les peu de fois ou j'ai eu l'occasion de faire de l'initiation à la MQ je me sers de cette expérience pour démonter que dans la MQ il n'y a ni ondes ni particules, seumement des "quantons" pour reprendre l'expression de Jean-marc LLB.

Quand je parle de cette expérience, je fais beaucoup de cinéma en disant qu'il y a un photon émis par an (on entend le clic à l'arrivée) c'est donc une particule. Au bout de 1000 photons, cad 1000 ans après on a 1 figure d'interférence. Ce serait donc une onde. et alors mes étudiants comprennent qu'il y a un truc, un véritable tour de magicien qui s'appelle la MQ.
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Malheureusement donner la réponse finale à travers l'expérience des trous young n'est pas facile.
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C'est pourquoi jai essayer (avec les limites techniques d'édition de ce site) d'expliquer une vue complète des liens entre MC, MQ et RR.
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Pour être complet il faudrait montrer la quantification de la lumière (ce qui en général fait) mais surtout la construction de la lumière classique à partir des états quantiques.
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De là on pourrait voir plus clairement toutes les connexions entre les descriptions de la lumière. J'ai souvent parcouru les post pour m'apercevoir que très très peu de gens ont les idées claires sur la question.
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Personelemement dans ma tête le photon est une excitation élémentaire du vide (et rien d'autre) au même titre que le phonon est une excitation d'un cristal.
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Personne n'a jamais détecté un phonon, ce qui veut dire que lorsque les gens croient détecter un photon ils se trompent. En fait le détecteur prend à son compte une excitation élémentaire du champ. c'est donc un échange d'énergie (quantifié) et de quantité de mouvement entre 2 objets quantiques. on pourrait dire que le photon c'est une representation des échanges d'énergie et de quantité de mouvement entre la lumière et les autres corps
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Au passage cela veut clairement dire que le vide est un matériau comme les autres dont nous voyons que les exitations élémentaires de basse énergie.

[deep_turtle]

Personelemement dans ma tête le photon est une excitation élémentaire du vide (et rien d'autre) au même titre que le phonon est une excitation d'un cristal.

Au passage cela veut clairement dire que le vide est un matériau comme les autres dont nous voyons que les exitations élémentaires de basse énergie.

Houla... terrain glissant... Un matériau bien particulier quand même, car la vitesse de ces photons est invariante par changement de référentiel "galiléen". ça me semble dangereux de parler de milieu à des étudiants.

De même, j'avais compris que tu te plaçais dans la limite des faibles flux, mais j'ai précisé car certains lecteurs de ce forum ont peut-être découvert l'existence de cette expérience par ton message, et il ne faudrait pas qu'ils pensent que Young avait la moindre idée quantique en tête !

[deep_turtle]

Je voudrais aussi ajouter une subtilité importante que tes messages ne soulèvent pas : il n'existe pas de fonction d'onde pour le photon... Parler d'une particule comme les autres est un peu cavalier à mon avis !

[mariposa]

Je voudrais aussi ajouter une subtilité importante que tes messages ne soulèvent pas : il n'existe pas de fonction d'onde pour le photon... Parler d'une particule comme les autres est un peu cavalier à mon avis !

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Je m'étonne de ce que tu écrits, je crois que ceux qui nous lisent vont être perdus.
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J'ai expliqué et mis en caractère gras que 1 photon c'était une différence energie (et rien d'autre) qui en termes savant se dit excitation élémentaire.
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Si c'est une différence d'énergie ce n'est donc pas une particule. Et donc la question de la fonction d'onde ne se pose pas.
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Parler de la fonction d'onde d'une différence d'énergie serait du charabia.
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Pour les mêmes raisons il n'y a pas d'hamiltonien du photon. en effet que veut dire l'hamiltonien dune différence d'énergie. c'est absurde.
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Je le redis autrement: Un photon c'est une différence d'énergie entre les états propres de l'hamiltonien de l'énergie d'une onde.
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Cordialement

[invite164710e8]

et est ce qu'il peut exister une particule ou onde electromagnetique(a vous de choisir ...) anti- photon qui à l'inverse du photon peut absorber l'energie comme un trou noir(une difference negative d'energie) ?

[mariposa]

et est ce qu'il peut exister une particule ou onde electromagnetique(a vous de choisir ...) anti- photon qui à l'inverse du photon peut absorber l'energie comme un trou noir(une difference negative d'energie) ?

La réponse est non. Le photon est sa propre antiparticule.