Lumière et photons

[franklin.]

Bonjour,
la lumière est elle une émission de "paquets" de photons, se diffusant et distribuant sous forme d'onde?
Et deuxième question s'il l'on mélange des ondes infrarouges à des ondes ultraviolettes, qu' obtient t'on comme onde ?
merci
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[coussin]

Pourquoi paquets ? Non, c'est un flot continu (bon, sauf si la source est un pulse, ça va sans dire )
Votre mélange ne donnera pas grand chose... Les photons "ne se mélangent pas" (faut des cristaux non-linéaires bien spécifiques pour ça).

[franklin.]

bonjour coussin,
pour ce qui est du mélange, rouge et vert donne jaune, bleu et vert donne cyan, rouge et bleu donne magenta, et même rouge + vert + bleu donne "blanc" etc, c'est pour cela que je demandais en fait quelle fréquence d' onde donne infrarouge + ultraviolet ?
Quant au flot continu, j'ai plutôt l'intuition que la différence des couleurs est dû à une différence de fréquence d'arriver des photons, le rouge se caractérisant par une fréquence plus basse d'arriver de photons dans l' œil que le vert et ainsi de suite pour le bleu (plus grande fréquence), cette intuition s'appuie sur la complémentarité des couleurs, si les couleurs sont complémentaires c'est que leurs ondes caractéristiques s'ajoutent ou se retranchent, d'où l'idée que la lumière est en fait un flot de photons se distribuant de façon ondulatoire et non continu. La longueur d'onde carctérise une fréquence d'émission de photons différente pour chaque couleur
merci

[franklin.]

j'ajoute pour vous rejoindre coussin et parce que je n'avais pas bien précisez ma question que le mélange des différentes longueurs d'onde de couleurs donne au final un flux continu ( ne faut il pas tempérer ce concept de continu étant donné le concept de quanta ?)

[A voir en vidéo sur Futura]

[bachir1994]

Bonjour,
la lumière cette energie mystérieuse, avant on parlait d'onde electromagnétiques (théorie ondulatoire) immatérielles sous forme d'énergie, ensuite il y'a les photons (théorie corpusculaire) qui porte cette energie et c'est c'était la barrièrre entre l'energie et la matière ? d'ailleur sa vitesse l'indique
A+

[Amanuensis]

pour ce qui est du mélange, rouge et vert donne jaune, bleu et vert donne cyan, rouge et bleu donne magenta, et même rouge + vert + bleu donne "blanc" etc, c'est pour cela que je demandais en fait quelle fréquence d' onde donne infrarouge + ultraviolet ?

Vous confondez perception humaine des couleurs et addition des spectres.

Les spectres sont additifs, un mélange IR + UV a pour spectre la somme d'un spectre IR et d'un spectre UV. De même mélange d'un lumière de spectre perçu bleu et d'un lumière de spectre perçu rouge a pour spectre la somme des spectres. Mais ce mélange est perçu comme l'est une lumière de spectre cyan. Un spectroscope fera la différence immédiatement ; simplement nos yeux sont des organes très très frustres en ce qui concerne le spectre, une perception donnée ("cyan") correspond à une infinité de spectres différents, dont certains très différents.

[Ci dessus par "lumière de spectre x" doit être entendu "lumière monochromatique perçue comme x".]

Quant au flot continu, j'ai plutôt l'intuition que la différence des couleurs est dû à une différence de fréquence d'arriver des photons, le rouge se caractérisant par une fréquence plus basse d'arriver de photons dans l' œil que le vert et ainsi de suite pour le bleu (plus grande fréquence)

Pas du tout. Quand on parle de fréquence d'une couleur, ce n'est pas une fréquence d'arrivée d'événements ponctuels. C'est juste l'énergie individuelle des photons, traduite en fréquence par E=hf. Ce qui excite différentiellement les capteurs est cette énergie, c'est l'énergie qui détermine comment une molécule absorbant le photon se déforme.

, cette intuition s'appuie sur la complémentarité des couleurs, si les couleurs sont complémentaires c'est que leurs ondes caractéristiques s'ajoutent ou se retranchent, d'où l'idée que la lumière est en fait un flot de photons se distribuant de façon ondulatoire et non continu. La longueur d'onde carctérise une fréquence d'émission de photons différente pour chaque couleur

Ce domaine est parfaitement bien balisé, et les explications n'ont rien à voir avec ce que vous décrivez là. Il y a plein de textes sur le sujet, à lire plutôt que suivre une intuition.

[Deedee81]

EDIT croisement allant dans le même sens mais plutôt complémentaire

Salut,

Oui, un spectre continu correspond à des photons ayant toutes sortes de longueur d'onde.

Et si tu mélange de l'ultraviolet et de l'infrarouge..... tu n'auras rien (de visible) ou plus exactement tu auras... de l'infrarouge et de l'ultraviolet !

Les deux longueur d'onde ne vont pas s'altérer l'une l'autre (comme le dit coussin, il faut des matériaux non linéaires pour ça). Elles se propagent indépendamment.

Par contre, tu peux avoir une lumière jaune pure (avec une longueur d'onde unique) ou une lumière jaune "composée" (composée de rouge et de vert).

Ce sont bien deux lumières différentes. C'est notre oeil qui n'est pas nécessairement capable de faire la différence. Il perçoit le rouge ET le vert et notre cerveau dit "jaune".

[franklin.]

bonjour,
oui d'accord je me doutais que le mélange infrarouge ultraviolet ne donnait rien de visible
merci

[franklin.]

Pas du tout. Quand on parle de fréquence d'une couleur, ce n'est pas une fréquence d'arrivée d'événements ponctuels. C'est juste l'énergie individuelle des photons, traduite en fréquence par E=hf. ,

bonjour,
je ne vois pas en quoi cette égalité infirme l'intuition, en effet on a bien dans cette égalité une énergie égale à une quantité d'énergie ("minimale", comme je le comprends celle porté parle photon) multiplié par une fréquence, l'intuition que je développe, répondant à coussin ne dit pas autre chose ?! Elle va même plutôt dans le même sens !
merci

[franklin.]

simplement nos yeux sont des organes très très frustres en ce qui concerne le spectre, une perception donnée ("cyan") correspond à une infinité de spectres différents, dont certains très différents.

très frustes, ils sont quand même capable de faire la distinction entre des millions de couleurs.
est vous sûre du mot infinité ?

[Amanuensis]

très frustes, ils sont quand même capable de faire la distinction entre des millions de couleurs.

Et un spectroscope est capable de faire la distinction entre des millions de millions de millions (1) de spectres différents (en réservant le mot couleur à la perception humaine).

(1) Bien plus encore, le nombre est trop peu intéressant pour qu'il soit utilisé. C'est parce que la perception des couleurs est très limitée qu'il y a un sens à donner un nombre...

est vous sûre du mot infinité ?

Cela dépend de la résolution en énergie des capteurs. Les capteurs humains sont ce qu'ils sont, et on peut attribuer un ordre de grandeur au nombre de perceptions différentes. D'un point de vue théorique, il n'y pas de limite à la capacité de discrimination d'un spectroscope.

Quand je parlais d'infinité j'avais surtout en tête une notion de "dimension vectorielle". La modélisation mathématique d'un spectre de lumière visible est celle d'un espace vectoriel de dimension infinie, et on modélise alors les capteurs visuels humains comme la projection sur un sous-espace de dimension 3. C'est à dire non seulement fini (par opposition à l'espace des spectre qui est de dimension infinie), mais de valeur très faible.

Il est très facile de faire artificiellement des capteurs qui feraient une projection sur disons plusieurs centaines de dimensions là où les capteurs humains le font sur 3. D'où cette idée de "très frustre". (Une image du spectre solaire: http://chinook.kpc.alaska.edu/~ifafv...n_spectrum.jpg la vue humaine réduit à cela à trois nombres, resp. l'intensité moyenne dans le haut du spectre visible, le milieu du spectre et le bas du spectre, et la perception est "blanc".)

Pour faire une comparaison qui vaut ce qu'elle vaut, imaginer que spatialement on ne "voit" que dans 3 directions différentes, chacune des trois perceptions étant celle de la moyenne de la lumière dans un grand secteur angulaire. Ce serait assez frustre, non? (Des organismes ont une vue aussi limitée. Mais c'est déjà suffisant pour distinguer le jour de la nuit, ou pour du phototropisme, pour se diriger vers là où il y a le plus de lumière.)

[franklin.]

E=hf

bonjour,
je ne vois pas en quoi cette égalité infirme l'intuition, en effet on a bien dans cette égalité une énergie égale à une quantité d'énergie ("minimale", comme je le comprends celle porté parle photon) multiplié par une fréquence, l'intuition que je développe, répondant à coussin ne dit pas autre chose ?! Elle va même plutôt dans le même sens !
merci

en fait, c'est cette question qui me préoccupe le plus dans le fil de cette discussion, si c'est possible d'orienter le dialogue sur cette question ce serait vraiment (c'est pourquoi je me permets de me reciter)

[coussin]

Il n'y a pas de "fréquence d'arrivée" des photons. Ceux-ci arrivent aléatoirement; c'est le shot noise.
Il s'agit donc d'un flot "continu" du fait de la très grande intensité. Baissez l'intensité et vous verrez arriver, aléatoirement, chaque photon.
La fréquence f dans E=hf est la fréquence des photons individuels, la "couleur" qu'ils transportent. Rien à voir…

[Deedee81]

EDIT croisement avec coussin qui a en fait peut-être compris ou était le problème

Salut,

en fait, c'est cette question qui me préoccupe le plus dans le fil de cette discussion, si c'est possible d'orienter le dialogue sur cette question ce serait vraiment (c'est pourquoi je me permets de me reciter)

Désolé, mais j'avais trouvé les réponses d'Amanuensis complète et précise (raison pour laquelle je n'ai pas donné d'autres réponses).

Je ne comprend pas bien l'interrogation.

Est-ce que tu pourrais être un peu plus précis sur l'interrogation qui subsisterait ? Merci (enfin, bon, c'est surtout pour pouvoir y répondre ).

[franklin.]

La fréquence f dans E=hf est la fréquence des photons individuels, la "couleur" qu'ils transportent. Rien à voir…

merci coussin de reprendre ici.
E=hf si f est la fréquence des photons individuels, cette égalité rend bien compte d'un décompte puisqu'il s'agit d'une quantité d'énergie multiplié par une fréquence de photons individuels. Alors chaque couleur, doit, dans cette logique (si ma compréhension de cette égalité n'est pas trop lacunaire) se caractériser par une différence de grand E, de telle manière que grand E constitue en fait une multiplication d'une niveau d'énergie quantifié, multiplié par un nombre de cette unité d'énergie (le photon) étalé dans le temps (je reprends votre expression, fréquence des photons individuels)

[mariposa]

en fait, c'est cette question qui me préoccupe le plus dans le fil de cette discussion, si c'est possible d'orienter le dialogue sur cette question ce serait vraiment (c'est pourquoi je me permets de me reciter)

Bonjour,

Tout le monde t'as répondu la même chose et je vais dire les choses légèrement différemment pour j'espère convaincre.

1- La lumière vu comme onde


La lumière est une onde caractérisée comme tous les mouvements ondulatoire par une amplitude A et une frequence F qui s'écrit:

A.sin (2.pi.F.t)


2- La lumière vu comme des particules photons.

On va assimiler la source de lumière a une mitrailleuse: Celle-ci envoie N photons par seconde (on sait faire le comptage des photons)

Quel rapport avec la lumière comprise comme onde?

C'est tout simple il s'agit de l'amplitude de l'onde A



Si tu multiplies par 10 N/s alors tu multiplies A par 10.

Comme tu peut le remarquer il n'y a aucune notion de fréquence a ce niveau.

Où intervient la fréquence de l'onde F et donc quelle est la différence entre une onde infrarouge et une onde ultraviolette?

La différence se fait sur le contenu en énergie du photon:

Le contenu en énergie du photon est E = h.F (h est un nombre appelé constante de Planck)

Pour N photons l'énergie est bien sur E = N.h.F

Autrement dit un seul photon ultraviolet porte plus d'énergie qu'un seul photon infra-rouge.


Ceci a été une très grande découverte en 1905 et la personne qui a fait cette découverte a été gratifiée du prix Nobel.

Question: Quelle est cette personne?

[franklin.]

Le contenu en énergie du photon est E = h.F (h est un nombre appelé constante de Planck)


Ceci a été une très grande découverte en 1905 et la personne qui a fait cette découverte a été gratifiée du prix Nobel.

Question: Quelle est cette personne?

E=hf, si E=hf est le contenu en énergie d'un photon, que représente h ? ( la constante de planck d'accord mais que quantifie ce niveau d'énergie ?)

quant au physicien je suppose et il me semble d'après mes souvenirs qu'il s'agit d'einstein

[coussin]

E=hf est l'énergie d'un photon de fréquence f.
Si dans votre faisceau lumineux, monochromatique pour l'instant, vous avez N photons de cette fréquence (ce N est déterminé par l'intensité du faisceau), l'énergie du faisceau sera N.hf.
Si votre faisceau contient plusieurs couleurs, f1, f2, etc, l'énergie du faisceau sera N1.hf1+N2.hf2+etc (N1 est le nombre de photon de fréquence f1, etc…)
Tout cela est tout simple

[Deedee81]

EDIT croisement. Je donne un raisonnement plus abstrait, peut-être moins simple que l'explication de coussin mais qui peut peut-être (?) aider à voir d'où ça vient.

E=hf, si E=hf est le contenu en énergie d'un photon, que représente h ? ( la constante de planck d'accord mais que quantifie ce niveau d'énergie ?)

Oui pour Einstein.

h n'est pas une quantité d'énergie mais une action.

Tout ce que je peux dire c'est que cette quantité apparait en physique (on a le comment mais pas le pourquoi). Par exemple dans le principe d'indétermination.
Ou mieux (car plus précis) dans les relations de commutation. Si deux variables sont conjuguées (au sens de la mécanique analytique), par exemple la position x et l'impulsion p. alors on a :
x.p - p.x = ih/2pi (i = unité imaginaire, x et p ne sont bien entendu plus de simples nombres sinon ça ferait 0. Ce sont des opérateurs agissant sur les fonctions d'onde).

Parmi les conséquences tu as le photon. Si tu prends le champ électromagnétique et que tu appliques cette règle (ici les variables conjuguées sont les "modes normaux" à une constante près) tu obtiens des états du champs qui diffèrent par une quantité d'énergie égale à un nombre entier de fois h.f (f fréquence correspondante à l'état du champ). Et ce nombre et cette différence est interprété comme "photons". Ce n'est bien entendu qu'un nom, une étiquette, appliqué tout autant au formalisme rigoureux qu'aux résultats expérimentaux (comme ceux de l'effet photoélectrique avec Einstein).

[coussin]

h n'est pas un niveau d'énergie. C'est une bête constante qui transforme une fréquence en énergie.

[Amanuensis]

J'ai une impression de déjà vu, de la répétition d'échanges dans une discussion ancienne. Mais je ne trouve pas cette discussion... Une idée?

[mariposa]

E=hf, si E=hf est le contenu en énergie d'un photon, que représente h ? ( la constante de planck d'accord mais que quantifie ce niveau d'énergie ?)

quant au physicien je suppose et il me semble d'après mes souvenirs qu'il s'agit d'einstein

Effectivement il s'agit bien d'Einstein.

La constante de Planck c'est justement cette constante qui associe une fréquence (grandeur classique) à une énergie quantifiée qui est l'énergie. Le principe de la MQ est justement que toutes les énergies ne sont pas permises, elles sont quantifiées. Einstein parlait de quantum d'energie: Un photon c'est un quantum d'énergie.

J'espère qu'avec toutes ces explications que ne confondra la fréquences des tirs de photons N/s en rapport avec l'amplitude de l'onde et l'énergie d'un seul photon en rapport avec la féquence de l'onde F.

A noter que tout ceci n'avait rien d'évident. Si cela avait été le cas on n' aurait pas attribué un prix Nobel pour "si peu" de choses.

[franklin.]

donc l'énergie porté par un photon est hf.

Si je comprends bien un photon de bleu est plus énergétique qu'un photon de rouge, alors f est une quantification du nombre de h et un photon de chaque couleur est une somme différente de cette quantification de h. Je m'explique je pensais en fait que h était la quantité d'énergie porté par un photon, alors qu' en fait chaque photon de couleur différente porte une quantité d'énergie différente donc cette égalité exprimerait, que le train de h d'un photon bleu est différents du train de h d'un photon rouge ( il y a une plus grandes répétitions du nombre de h dans un photon bleu que dans un photon rouge)

[franklin.]

l'interprétation de f peut être aussi vu comme une plus grande amplitude de mouvement ( de quelque chose) dans l'espace, ce quelque chose pourrait être une variation ondulatoire de la polarité électrique dans l'espace, car en faisant référence au fil de discussion polarité et particule, le passage de la description d'un champ électromagnétique à la description d'une onde électromagnétique ne nécessite que de penser le mouvement d'un électron chargé négativement par rapport à un proton chargé postivement

[Deedee81]

J'ai une impression de déjà vu, de la répétition d'échanges dans une discussion ancienne. Mais je ne trouve pas cette discussion... Une idée?

J'ai fait une recherche mais je n'ai pas trouvé (trop de sujets sur ce genre de thème).

donc l'énergie porté par un photon est hf.
Si je comprends bien un photon de bleu est plus énergétique qu'un photon de rouge, alors f est une quantification du nombre de h et un photon de chaque couleur est une somme différente de cette quantification de h. Je m'explique je pensais en fait que h était la quantité d'énergie porté par un photon, alors qu' en fait chaque photon de couleur différente porte une quantité d'énergie différente donc cette égalité exprimerait, que le train de h d'un photon bleu est différents du train de h d'un photon rouge ( il y a une plus grandes répétitions du nombre de h dans un photon bleu que dans un photon rouge)

C'est tout à fait ça
(même si je n'aime pas trop les expressions comme "nombre de h" que je trouve très bizarre. Le quantum forme un tout et h est juste la constante de conversion fréquence <-> énergie. et nhf c'est n quantums).

[franklin.]

une variation ondulatoire de la polarité électrique dans l'espace

pardon, plutôt une alternance de polarité

[coussin]

Rien à voir avec une quelconque amplitude, ce n'est que de la fréquence.
Un photon bleu "secoue" le champ électromagnétique plus vite qu'un photon rouge, mais avec la même amplitude.

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(en fait c'est faux : y a un 1/sqrt(omega) dans la décomposition du potentiel vecteur en opérateurs de création/anihilation. Un photon rouge a une amplitude plus grande qu'un photon bleu )

[mike.p]

Bonjour,

une chose qui n'est pas toujours claire en vulgarisation : le photon n'est pas un objet unique au même titre que le neutron.
Il y a des photons de toutes les fréquences , alors que tous les neutrons sont identiques.

[franklin.]

d'accord donc c'est bien l'interprétation reprise par deedee qui est la bonne il s'agit donc d' un train de répétition de constante de planck.
alors, chaque photon se caractérise par un nombre de constante en fonction d'une fréquence de répétition de cette consatnte

[franklin.]

 Cliquez pour afficher

(en fait c'est faux : y a un 1/sqrt(omega) dans la décomposition du potentiel vecteur en opérateurs de création/anihilation. Un photon rouge a une amplitude plus grande qu'un photon bleu )

je n'avais pas lu; donc l'interprétation 2 est aussi valable, il peut aussi sagir d'une différence d'amplitude