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Masse du photon au repos

  1. Denis2Gif

    Date d'inscription
    mars 2007
    Messages
    71

    Masse du photon au repos

    Bonjour à tous.
    On lit dans tout bon cours de physique qu'un photon (quantum d'énergie de lumière) en vol a de l'énergie E et de la quantité de mouvement p (que l'on peut interpréter par une masse en vol m=E/c2=p/c), mais pas de masse au repos. Comment alors analyser la situation (expérience de pensée) suivante:

    - Une boite métallique creuse supraconductrice (cavité électromagnétique sans pertes de fréquence fondamentale nu) pèse 50g sur une balance quand la cavité est vide de lumière (état de vide quantique).
    - On prépare la cavité dans un état de Fock |n=1 photon> à la fréquence nu par un moyen approprié.
    Questions:
    1) l'énergie de la boite métallique (et ce qu'elle contient) a-t-elle bien augmenté de E=h nu ?
    2) la boite pèse-t-elle 50g, ou 50g+E/c2 ?
    3) Que dire de la masse de ce photon au repos ?

    Merci de vos avis éclairés, si vous y voyez clair (dans cette boite

    -----

     


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  2. LPFR

    Date d'inscription
    mars 2008
    Messages
    43 215

    Re : Masse du photon au repos

    Bonjour.
    Absurde de parler de la masse d’un photon au repos, alors qu’un photon n’est jamais au repos. Il se déplace toujours à vitesse ‘c’.
    Et son énergie hν n’est pas mc².
    Au revoir.
     

  3. Denis2Gif

    Date d'inscription
    mars 2007
    Messages
    71

    Re : Masse du photon au repos

    En-es-tu bien sûr LPFR ? Y-a-t-il de la lumière dans la boite ? C'est à dire un champ électromagnétique dans le volume creux ? En ce qui me concerne, je croix qu'il y a un champ électromagnétique stationnaire à fréquence nu totalisant une énergie h nu. Cette lumière n'est elle pas faite d'un quantum d'énergie (un photon) ?
     

  4. phys4

    Date d'inscription
    mars 2009
    Localisation
    Ile de France
    Âge
    74
    Messages
    7 427

    Re : Masse du photon au repos

    Annuler, doublon
    Dernière modification par phys4 ; 11/11/2017 à 22h56.
    Comprendre c'est être capable de faire.
     

  5. phys4

    Date d'inscription
    mars 2009
    Localisation
    Ile de France
    Âge
    74
    Messages
    7 427

    Re : Masse du photon au repos

    Bonsoir,
    Les réponses aux questions 1 et 2 sont positives, l'impulsion du photon dans la boite crée bien un poids supplémentaire.
    Par contre la question 3 n' a pas de sens, car le photon n'est jamais au repos.
    Comprendre c'est être capable de faire.
     


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  6. Denis2Gif

    Date d'inscription
    mars 2007
    Messages
    71

    Re : Masse du photon au repos

    Merci de ta réponse Phys 4, on progresse...
    Je ne suis pas sûr que ma question soit un doublon car je prends un cas particulier bien précis.
    Quant à ta réponse à ma question 3, peux-tu mieux t'expliquer ?
    Comment vois-tu ce photon jamais au repos ?
    S'il s'agit du quantum d'excitation du mode TE110 d'une cavité parallélépipèdique, on a un champ stationnaire (c'est à dire non-propagatif et donc sans quantité de mouvement, bien qu'il y ait de la pression de radiation sur les parois). Qu'est ce que tu vois bouger, se propager dans ce mode ? Pourquoi s'interdire de dire que ce photon enfermé dans une boite aussi petite qu'une demi longeur-d'onde, est au repos. Je suis ouvert à tous vos arguments clairement formulés.
     

  7. Denis2Gif

    Date d'inscription
    mars 2007
    Messages
    71

    Re : Masse du photon au repos

    Pour être encore plus clair, voici le schéma du cas le plus simple: le mode TM10 (1 demi-onde le long du rayon et 0 le long de l'axe) d'une cavité cylindrique. Mon photon (quantum d'énergie h nu) est une superposition cohérente de cette forme de champ électro (E) magnétique (B) avec toutes les phases possibles. La quantité de mouvement devrait donc être nulle. Et sa masse au repos devrait être hnu/c2. Non ?

    photon at rest.png
    Images attachées
     

  8. pm42

    Date d'inscription
    juillet 2015
    Messages
    3 872

    Re : Masse du photon au repos

    Citation Envoyé par Denis2Gif Voir le message
    on a un champ stationnaire (c'est à dire non-propagatif et donc sans quantité de mouvement, bien qu'il y ait de la pression de radiation sur les parois)
    Crois tu que tu puisses passer de l'interprétation corpusculaire à l'interprétation ondulaire comme ça et faire ce genre de déduction ?
    En gros, le photon fait des allez-retours donc en moyenne sa quantité de mouvement est nulle et la probabilité (l'onde) est stationnaire.
    Cela ne veut pas dire qu'il est à l'arrêt.
    Ce qui est impossible puisque comme déjà dit plusieurs fois, la vitesse d'un photon dans le vide est c...
     

  9. albanxiii

    Date d'inscription
    novembre 2010
    Localisation
    92
    Âge
    43
    Messages
    9 724

    Re : Masse du photon au repos

    Bonjour,

    Pour passer de la description en termes de photons à la description en terme d'ondes électromagnétiques, il faut faire comme dans ce cours : http://www.imnc.univ-paris7.fr/alain....quant/RQ5.pdf

    Vous y verrez, entre autres, qu'il n'est pas raisonnable de parler d'ondes quand on a un seul photon (enfin, si vous lisez ce document, ce dont je doute fort).
    Not only is it not right, it's not even wrong!
     

  10. Archi3

    Date d'inscription
    novembre 2011
    Messages
    2 045

    Re : Masse du photon au repos

    Citation Envoyé par Denis2Gif Voir le message
    Questions:
    1) l'énergie de la boite métallique (et ce qu'elle contient) a-t-elle bien augmenté de E=h nu ?
    oui
    2) la boite pèse-t-elle 50g, ou 50g+E/c2 ?
    50g+E/c2

    3) Que dire de la masse de ce photon au repos ?

    Merci de vos avis éclairés, si vous y voyez clair (dans cette boite
    elle n'existe toujours pas. La masse n'est pas additive, la masse d'un système tient aussi compte de l'énergie relative des particules. Le photon n'intervient ici que par son énergie, pas par sa masse au repos.
    Le plus dur n'est pas de piger les raisonnements compliqués, mais d'accepter les simples.
     

  11. phys4

    Date d'inscription
    mars 2009
    Localisation
    Ile de France
    Âge
    74
    Messages
    7 427

    Re : Masse du photon au repos

    Citation Envoyé par Denis2Gif Voir le message
    La quantité de mouvement devrait donc être nulle. Et sa masse au repos devrait être hnu/c2. Non ?
    Une onde stationnaire n'est pas une onde au repos, le vecteur d'onde est non nul et donc l'impulsion est non nulle.
    Comme il a été signalé l'onde réelle ne peut être provenir d'un seul photon, et vous ne pouvez pas faire la moyenne pour annuler le résultat.
    L'onde est une description de tous les états possibles.
    Comprendre c'est être capable de faire.
     

  12. Denis2Gif

    Date d'inscription
    mars 2007
    Messages
    71

    Re : Masse du photon au repos

    [Quote]
    Crois tu que tu puisses passer de l'interprétation corpusculaire à l'interprétation ondulaire comme ça et faire ce genre de déduction ?
    [\Quote]
    Oui, je crois à la dualité onde-corpuscule, à la fonction d'onde, et aux superpositions quantiques. Pas toi ?

    [Quote]
    En gros, le photon fait des allez-retours donc en moyenne sa quantité de mouvement est nulle et la probabilité (l'onde) est stationnaire.
    [\Quote]
    Oui, en très gros, le photon ne se propage pas et ne fait donc pas d'aller retour. Regarde la forme du mode stationnaire.

    [Quote]
    Cela ne veut pas dire qu'il est à l'arrêt.
    [\Quote]
    ah bon ? C'est précisément une partie de ma question. Qu'est ce qui bouge ?

    [Quote]
    Ce qui est impossible puisque comme déjà dit plusieurs fois, la vitesse d'un photon dans le vide est c
    [\Quote]
    Je veux bien si tu arrives à me l'expliquer. Quel est le statut de cette affirmation ? C'est un dogme ? un postulat ?
     

  13. Denis2Gif

    Date d'inscription
    mars 2007
    Messages
    71

    Re : Masse du photon au repos

    Merci Albanxiii.

    [Quote]
    Pour passer de la description en termes de photons à la description en terme d'ondes électromagnétiques, il faut faire comme dans ce cours : http://www.imnc.univ-paris7.fr/alain....quant/RQ5.pdf
    [\Quote]
    C'est un cours intitulé "Quelques états du rayonnement quantique intéressants". Il ne parle donc que d'état du rayonnement, pas de photon piégés dans une boite qui ne rayonne pas...
    De plus, il n'y a pas la décomposition de Glauber–Sudarshan d'un état de Fock dans ce cours. Je veux bien lire, mais je vais probablement perdre mon temps, non ?

    [Quote]
    Vous y verrez, entre autres, qu'il n'est pas raisonnable de parler d'ondes quand on a un seul photon (enfin, si vous lisez ce document, ce dont je doute fort).
    [\Quote]
    Je n'ai pas trouvé. A quelle page ?
     

  14. Denis2Gif

    Date d'inscription
    mars 2007
    Messages
    71

    Re : Masse du photon au repos

    Citation Envoyé par phys4 Voir le message
    Une onde stationnaire n'est pas une onde au repos, le vecteur d'onde est non nul et donc l'impulsion est non nulle.
    Comme il a été signalé l'onde réelle ne peut être provenir d'un seul photon, et vous ne pouvez pas faire la moyenne pour annuler le résultat.
    L'onde est une description de tous les états possibles.
    Ah bon ? Dans une onde stationnaire du type cos(w t )Cos(k x), l'impulsion non nulle d'après toi est plutôt vers les x positifs ou les x négatifs ?
     

  15. Denis2Gif

    Date d'inscription
    mars 2007
    Messages
    71

    Re : Masse du photon au repos

    Citation Envoyé par pm42 Voir le message
    Ce qui est impossible puisque comme déjà dit plusieurs fois, la vitesse d'un photon dans le vide est c...
    Pour essayer d'avancer un peu: C'est la vitesse d'un photon dans le vide qui est c, ou la vitesse d'un photon dans l'espace libre vide ? Je veux bien convenir que dans l'espace libre, se poser la question d'une masse au repos d'un objet qui n'est jamais au repos n'est pas forcément pertinent.

    Moi, je veux parler d'un photon dans l'espace vide d'une boite métallique fermée (donc un espace non libre) . Ne pourrait-on pas dire que mon photon arrêté dans cet espace fermé a la masse correspondant à la boite avec le photon moins celle de la boite vide ?
     


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