Le photon a-t-il une masse ???

[invitea4b4a777]

Boujour,


Voilà, tout est dans le titre. Je me pose cette question parce que ca fais plusieurs fois que je lit des gens dire categoriquement qu'un photon n'as pas de masse. Je ne suis pas contre, par contre il faut qu'on m'explique un certain nombre de chose que je capte plus (ca aussi, faudra me l'expliquer)

1erement

Un photon sans masse ne peut interagire avec des masses (ca me semble logique et c'est une analogie que je fais avec les neutrinos, qui eut non plus ne sont pas sensé avoir de masse alors qu'ils en on 1, mais qui eut n'interagit que très rarement avec la matiere). Donc on ne peut le capter (ce qui va a l'encontre de tous ce qu'on connais en pratique, voilà ce que je capte plus (Reviens sale photon )), donc on ne peut le voir, l'utilisé pour tous ce qui est du monde de la radio (FM, radar).

Cela va aussi a l'encontre des theorie concernant les voiles solaire ou plus betement les miroires.

2emenent

Un photon sans masse ne pourrais etre le vecteur d'une quelconque information puisque c'est information lui appartiendrais et ne pourrais etre echangée (echange energetique entre electron et photon).

3ement

Je comprend pas le principe qui dit que la chaleur est une perte dans tout systeme (Neme loi de la thermodynamique) mais que le photon en ai le supporte (rayonement infrarouge, donc thermique) et donc si le photon transporte la chaleur, elle n'est donc pas definitivement perdu.


Enfin, si quelqu'un peut m'expliquer sans trop sortir de formule mathematique, ca m'arrangerais. Parce que la, je suis un peu perdu alors que j'ai plutot une bonne connaissance en astrophysique et physique quantique.
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[invite03f54461]

Slu

Un photon "au repos" (dont je doute de l'existence) n'a pas de masse

->un photon n'intéragit pas avec la masse, mais avec des champs électriques.

L'énergie est équivalent de masse, plus un photon est énergique, plus il se comporte en particule,
l'energie lui confère de la masse.

Un photon ne transporte rien du tout, et surtout pas de l'énergie, il est énergie,
lors d'une intéraction avec un électron,le photon disparait, et t'as un électron plus gavé d'énergie

[invite82836ca5]

1erement

Un photon sans masse ne peut interagire avec des masses (ca me semble logique et c'est une analogie que je fais avec les neutrinos, qui eut non plus ne sont pas sensé avoir de masse alors qu'ils en on 1, mais qui eut n'interagit que très rarement avec la matiere). Donc on ne peut le capter (ce qui va a l'encontre de tous ce qu'on connais en pratique, voilà ce que je capte plus (Reviens sale photon )), donc on ne peut le voir, l'utilisé pour tous ce qui est du monde de la radio (FM, radar).

Cela va aussi a l'encontre des theorie concernant les voiles solaire ou plus betement les miroires.

Tu te trompes. Le photon interagit facilement avec un champ électromagnétique - rien d'étonnant vu qu'il s'agit de la particule vectrice d'un tel champ. Le neutrino n'est pas sensible à cette interaction, il se soucie plus de l'interaction nucléaire faible qui n'a qu'une très courte portée.
Depuis la relativité générale, on sait que la masse courbe l'espace-temps. Le photon, lui, suit une trajectoire rectiligne dans cette espace. On parle de géodésique pour être plus précis. Il s'agit d'une généralisation de la notion de droite rectiligne mais pour les espaces courbes. C'est de cette manière que le photon est sensible à la gravitation.
Concernant les voiles solaires, il font savoir que l'impulsion d'un photon n'est pas due à une quelconque masse. Lorsque la voile absorbele photon, la conservation de l'impusion est respctée et la voile se met en mouvement.
Le fait que le photon se déplace à la vitesse de la lumière (ce serait un comble que ce ne soit pas le cas) en fait une particule très particulière.

2emenent

Un photon sans masse ne pourrais etre le vecteur d'une quelconque information puisque c'est information lui appartiendrais et ne pourrais etre echangée (echange energetique entre electron et photon).

Pourquoi ? Le photon est la particule du champ électromagnétique, et en temps que telle, il interagit avec tout ce qui a une charge électrique, dont l'électron. C'est par le biais d'interactions que l'information est communiquée. La masse ne joue aucun rôle ici. Justement, je ne pense pas que des particules ait déjà été détectée par le biais de l'interaction gravitationnelle. On verra bien dans quelques temps avec le graviton.

3ement

Je comprend pas le principe qui dit que la chaleur est une perte dans tout systeme (Neme loi de la thermodynamique) mais que le photon en ai le supporte (rayonement infrarouge, donc thermique) et donc si le photon transporte la chaleur, elle n'est donc pas definitivement perdu.

On dit que la chaleur provoque des pertes dans la mesure où l'énergie calorifique est difficilement récupérable. C'est à cause du second principe de la thermodynamique qui dit en gros que l'énergie à tendance foutre le camp dans tout les sens, à augmenter la quantité de désordre.

Enfin, si quelqu'un peut m'expliquer sans trop sortir de formule mathematique, ca m'arrangerais. Parce que la, je suis un peu perdu alors que j'ai plutot une bonne connaissance en astrophysique et physique quantique.

Euh...

[invite5f6371c9]

Salut!
excusez moi si la question paraît idiote mais je ne suis pas très doué dans ce domaine...
un trou noir absorbe tout y compris la lumière (et donc les photons). mais un trou noir n'absorbe que par gravité non? cela veut-il dire que les photons ont une masse???

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite82836ca5]

Les trous noirs attirent les choses par gravité, oui. Mais ça ne signifie pas que les photons aient une masse. On dit que la matière courbe l'espace-temps. La lumière suis ce qu'on appelle des géodésiques, une généralisation de la droite pour les espaces courbes. Par exemple, les méridiens sont des géodésiques de la sphère. Dans le trou noir, toutes les trajectoires possibles pour la lumière sont recourbées vers l'intérieur du trou noir tellement le champ gravitationnel du trou noir est intense. Et ainsi, rien ne peut en soirtir, pas même la lumière.
La question n'était pas idiote.

[invite03f54461]

Slu
Concernant les voiles solaires, s'ajoutent les flots de particules autres que les photons, protons et noyaux d'hélium expulsés par le soleil à une vitesse pouvant atteindre plusieurs millions de kmh

[invitea4b4a777]

Euh...

Non, non, c'est parfait, pas besoin de sortie l'artiraille des maths, j'ai tout compris.

Mais la ou j'ai encore un peu de peine, c'est qu'il me semblait qu'effectivement, d'après la RG, les masses courbes l'espace-temps. Et pour verifier ce principe, on a utilisé une eclipse totale de soleil et on a comparer les positions relatives d'une étoile avec et sans eclipse. Et on a constater un decalage. Mais, alors que moi je l'interprete comme étant une interaction "gravitationnelle", la j'ai peur de mettre totalement planter sur ce coup, vu que le photon a pas de masse et donc il ne peut interagire gravitationnellement avec le soleil. Alors ma question est la suivante (en considerant exclusivement l'experience decrite, ou le principe de la lentille gravitationnelle) :

Pourquoi la position relative de l'étoile a-t-elle changer, vu que le photon ne peut interagire avec la masse du soleil ?

Ou alors, il est capable de suivre les deformations de l'espace-temps avec une technique que je connais pas. C'est le meme probleme que soulever avec le trou noir. Et personnellement, je trouve que l'explication des geodesique n'est pas assez .... comment dire.... seduisante (je trouve pas de meilleurs terme). Parce que si je reflechit un peu (avec mes erreurs d'interpretation), je me dit que si le photon ne peut pas interagire, alors il devrait suivre la meme trajectoire avec ou sans masse (ce qui fait que l'etoile est aussi eclipsée, ou plus eloignée du soleil). Ca me semble logique, mais ca l'ai pt etre pas.

[invite03f54461]

Slu
Very grossomodo
le photon est defini comme de masse nulle "au repos", parce qu'au repos, il n'existe pas.
Juste un truc plus ou moins virtuel.
le paquet d'energie, lui, a une masse définie par son énergie. Ça s'exprime en électrovolts
Dés lors il se comporte comme ayant de la masse en présence d'un champ de gravitation,
il n'interagit pas avec le champ de gravitation car celui-ci ne fait pas changer d'état "le photon"
ce qui le fait changer d'état, c'est une intéraction avec un champ magnétique

[invite82836ca5]

Ou alors, il est capable de suivre les deformations de l'espace-temps avec une technique que je connais pas.

Le photon suit les déformations de l'espace-temps avec la technique de "je m'en fous, je réfléchis pas, et je vais tout droit". La lumière prend toujours le chemin le plus court. Dans un espace courbe, le chemin le plus court est une courbe collée à cette espace.
En RG, il ne faut plus considérer la gravitation comme une interaction mais plus directement comme une déformation de l'espace-temps. L'espace-temps n'est pas le champ de la gravitation mais est ce qui englobe tout ce qui peut se passer. La notion ne semble pas séduisante comme ça, mais pourtant elle est essentielle en RG. En gros, deux droites ne sont pas parallèles dans un espace courbe, c'est pour ça qu'on ne peut plus parler de droites mais de géodésiques, donc, deux particules libres qui vont "tout droit", vont se rapprocher et finir par se rencontrer.

[invitea4b4a777]

Slu
Very grossomodo
le photon est defini comme de masse nulle "au repos", parce qu'au repos, il n'existe pas.
Juste un truc plus ou moins virtuel.
le paquet d'energie, lui, a une masse définie par son énergie. Ça s'exprime en électrovolts
Dés lors il se comporte comme ayant de la masse en présence d'un champ de gravitation,
il n'interagit pas avec le champ de gravitation car celui-ci ne fait pas changer d'état "le photon"
ce qui le fait changer d'état, c'est une intéraction avec un champ magnétique

Pour le photon, j'ai compris. Il a donc une masse qui correspond en fait a M=c2/E (si je me trompe pas dans ma transformation de formule).

Mais la ou j'ai de la peine, c'est l'interaction avec un champs gravitationnel. Nous on interagit avec (la pesanteur nous le rappel) mais on ne change pas d'etat. Pour moi, l'interaction ne signifie pas changement d'etat, mais influence (en l'occurence, influence sur la trajectoire du photon). Bon, la on doit etre devant un pb de definition.

[invite6f044255]

Une analogie sympathique pour comprendre:
tu prends un grand morceau de tissu que tu mets à l'horizontale et que tu tends.
Tu places vers le milieu un objet A un peu lourd, genre 500g. Il va crééer un "creux" dans ton drap.
Si, alors, tu lances une bille à partir du bord du drap, elle ne va pas aller en ligne droite, mais va être déviée par le creux (voire attirée à l'objet A si sa vitesse n'est pas suffisante, ou l'objet trop lourd).
Pourtant il n'y a pas d'intéraction directe entre la bille et A.

Maintenant, la bille c'est le photon, A c'est une étoile et le drap, c'est l'espace....

c'est M=E/c2

[invitea4b4a777]

Le photon suit les déformations de l'espace-temps avec la technique de "je m'en fous, je réfléchis pas, et je vais tout droit". La lumière prend toujours le chemin le plus court. Dans un espace courbe, le chemin le plus court est une courbe collée à cette espace.
En RG, il ne faut plus considérer la gravitation comme une interaction mais plus directement comme une déformation de l'espace-temps. L'espace-temps n'est pas le champ de la gravitation mais est ce qui englobe tout ce qui peut se passer. La notion ne semble pas séduisante comme ça, mais pourtant elle est essentielle en RG. En gros, deux droites ne sont pas parallèles dans un espace courbe, c'est pour ça qu'on ne peut plus parler de droites mais de géodésiques, donc, deux particules libres qui vont "tout droit", vont se rapprocher et finir par se rencontrer.

Alors, est-ce que je peux dire : la gravitation est un effet du a la deformation de l'espace-temps par les masses ?

Si oui, j'extrapole en me disant que si c'est un effet, il ne sers a rien de chercher un support a cet effet, puisque on la deja (en l'occurence la deformation). Donc le graviton et la theorie de la superforce ne sont que des experiences de pensée, sans correspondance dans le reel (y compris le reel quantique).

Si non, la gravité est une force, avec un support (le graviton) et donc si le photon est influencer par ce phenomene (la deformation ou le graviton, tout depend l'interpretation plus haut), il possede une masse.


Donc, si je recapitule on as 2 solution.
1° Photon sans masse mais influencer par les masses -> pas de force gravitationnel mais un "effet gravitationnel" dépendant des deformations local.
2° La gravité est une force -> photon avec masse pour pouvoir subir l'influence de la gravité sous forme d'un "effet de deformation" de l'espace-temps local.

Personnellement, je pencherais plutot vers la 1ere solution après le sujet, mais je prefererais la 2eme, parce qu'il y a la theorie de la superforce qui me semble etre un graal pour pouvoir manipuler a volonter l'energie, la matiere et l'espace-temps (ce que j'espere etre le cas pour l'homme, dans un hypothetique futur).

[invitea4b4a777]

Maintenant, la bille c'est le photon, A c'est une étoile et le drap, c'est l'espace....

Ok, donc la gravité est bien un effet de la deformation de l'espace-temps (je fais abstraction de notre propre espace local, la terre, dans ton exemple). Et donc si c'est un effet, pas besoin de gravition ni de masse pour le photon.

Ca me va, mais seulement si on part du principe que la gravité est un effet.
Dans le cas contraire, j'ai toujours pas compris (et je tiens a comprendre les subtilité de la chose).

c'est M=E/c2

Et ben, quant je dit que moi et les maths ca fais 40 12, c'est pas faux. Donc vous avez bien compris, vous pouvez sortir toutes les theorie que vous voulez, mais pas une seule formule de math (de tout facon, je vais la lire a l'envers , donc c'est pas gagner )

[invite82836ca5]

Ok, donc la gravité est bien un effet de la deformation de l'espace-temps (je fais abstraction de notre propre espace local, la terre, dans ton exemple). Et donc si c'est un effet, pas besoin de gravition ni de masse pour le photon.

Ben , c'est pas aussi simple, mais je ne saurais pas en dire d'avantage.
Pour les théories, on ne va malheureusement pas bien loin sans équations mathématiques.

[invitea4b4a777]

Ben , c'est pas aussi simple, mais je ne saurais pas en dire d'avantage.

Forcement, sinon, ca serais pas cool.

Mais si qqun pouvais m'en dire d'avantage, ca m'interesse a fond ce sujet parce que si je capte ca, je pourrais aller m'amuser avec des experiences de pensées alliant science et SF.

Pour les théories, on ne va malheureusement pas bien loin sans équations mathématiques.

Ben disons que l'equation mathematique est la représentation formel d'u concept. Et moi, ce qui m'interesse, c'est le concept, pas son application. On a besoin des maths, c clair, mais encore faut-il comprendre ce que représente les termes d'une equation. Et disons que c'est la ma difficulter. Voilà pourquoi je veux pas trop toucher aux maths. Bien sur, si tu veux posé des formules, faut pas te gener, mais donne une expliquation avec, pas simplement la formule et sa resolution (je serais incapable de te dire si tu as fais juste ou faux vu que j'arriverais pas moi meme a la resoudre, mais je pourrais la comprendre).

[invite4a308d84]

le photon a une masse = E/c²

il est dévié par une planète et lui même dévie la planète par sa propre masse (ok, pas de beaucoup...) pour que la quantité de mouvement totale soit conservée.

Sa masse au repos est nulle suivant les équations qui le définissent :
l'énergie du photon est en principe directement proportionnelle à sa fréquence et donc son énergie au repos est nulle ( "si on suit un photon, sa fréquence devient nulle" donc son énergie aussi) : en effet, une onde électromagnétique de fréquence infinie existe, ça s'appelle l'electrostatique ça n'a pas de masse, c'est un champ.

Georges.

[invitea4b4a777]

le photon a une masse = E/c²

il est dévié par une planète et lui même dévie la planète par sa propre masse (ok, pas de beaucoup...) pour que la quantité de mouvement totale soit conservée.

Sa masse au repos est nulle suivant les équations qui le définissent :
l'énergie du photon est en principe directement proportionnelle à sa fréquence et donc son énergie au repos est nulle ( "si on suit un photon, sa fréquence devient nulle" donc son énergie aussi) : en effet, une onde électromagnétique de fréquence infinie existe, ça s'appelle l'electrostatique ça n'a pas de masse, c'est un champ.

Georges.

Ca j'ai bien compris l'histoire de la masse du photon qui n'est que son energie passer a la moulinette E=MC2. Mais si je me base la dessus, ben j'extrapole vers d'autre aspect et comme c est quant meme LA constante en astrophysique, je me dit que si on se base la dessus, ben y a plein de chose qui ne vont plus tellement (gravité, mur de la lumiere, superforce, etc...) et c'est ca que j'aimerais comprendre, les implication du fait que le photon a une masse qui depende de son energie (ca me semble de plus en plus logique, vu que la "force" d'un photon depend de son energie).

[invitebb921944]

Je n'ai pas compris ce que tu cherches à comprendre dans ton dernier post.

Sinon, plutôt que de dire que la masse attire la masse, on dit que la masse déforme l'espace-temps et cette déformation dit à la masse comment se bouger. C'est un cercle vicieux.

Pour le photon, il choisit toujours le chemin le plus court. Supposons que tu te trouves à la surface d'une sphère. Si tu veux trouver le chemin le plus court entre 2 points, ce chemin ne sera pas une droite. Pour l'espace-temps, c'est pareil, l'espace-temps est courbe à cause de la matière et le photon suit cette courbure (les géodésiques) parce que c'est pour lui le chemin le plus court.

Au fait, j'ai une question. Pourquoi la matière suit les géodésiques de notre espace-temps courbe ? Est-ce parce que comme la lumière elle suit le chemin le plus court ?

[invite4a308d84]

réponse à GANASH : oui, la matière va en ligne droite dans l'espace-temps. si le temps est courbe, les conséquences sont directes sur sa position dans l'espace et crée une accélération.
On peut le visualiser facilement en traçant un chemin droit sur un papier conique représentant la dilatation du temps : voir cet excellent bouquin "relativity visualized" de EPSTEIN si je me souviens bien (en anglais seulement, mais ça vaut le coup pour bien appréhender la relativité et la gravitation - dispo si amazon.com).
Georges.

[mtheory]

Au fait, j'ai une question. Pourquoi la matière suit les géodésiques de notre espace-temps courbe ? Est-ce parce que comme la lumière elle suit le chemin le plus court ?

D'un certaine façon oui!

Il existe un principe en mécanique des particules qui s'appele le principe de moindre action.
En relativité cela implique qu'une particule libre dans l'espace-temps suit une géodésique.
Le pendant pour un rayon lumineux c'est le principe de moindre temps de Fermat.

C'est parce que c'est deux principe sont étroitement lié (en fait identique) que De Broglie eut l'idée (En relation avec des papiers d'Einstein et Bohr) de la dualité onde corpusule et donc des ondes de matière.

Pour faire simple.

[invite05b0afd2]

Juste quelques petites précisions parce-qu'il y a des trucs qui me chiffonnent!

Dans le cadre de la Relativité Générale, ce n'est pas la masse qui courbe l'espace-temps, mais l'énergie. La gravitation n'est pas vue comme une force qui agit à distance mais comme une propriété géométrique de l'espace-temps.
Ainsi, ce ne sont pas seulement les objets massiques (comme une planète par exemple) qui déforment l'espace-temps mais aussi le rayonnement (purement énergétique donc...).

La masse est un invariant et une propriété fondamentale des objets et le photon a une masse nulle. Mais il peut tout de même courber l'espace-temps car c'est l'énergie dans son ensemble qui compte dans la gravitation de la RG, pas juste la masse.

[invite4a308d84]

Juste quelques petites précisions parce-qu'il y a des trucs qui me chiffonnent!

Dans le cadre de la Relativité Générale, ce n'est pas la masse qui courbe l'espace-temps, mais l'énergie. La gravitation n'est pas vue comme une force qui agit à distance mais comme une propriété géométrique de l'espace-temps.
Ainsi, ce ne sont pas seulement les objets massiques (comme une planète par exemple) qui déforment l'espace-temps mais aussi le rayonnement (purement énergétique donc...).

La masse est un invariant et une propriété fondamentale des objets et le photon a une masse nulle. Mais il peut tout de même courber l'espace-temps car c'est l'énergie dans son ensemble qui compte dans la gravitation de la RG, pas juste la masse.

c'est une question de définition de la masse :
il y a équivalence entre masse et énergie quelle que soit l'énergie.
mais pour des raisons de comodité de langage, on parle en général de masse au repos.
cela dit, 2 choses :
- la masse au repos n'est pas invariante car un atome excité est plus lourd qu'un autre.
- se sont les mêmes qui disent à la fois que la masse d'un corps augmente avec la vitesse et que le photon n'a pas de masse : il faut choisir !
Georges.

[invite05b0afd2]

Effectivement c'est une question de définition. De manière courante aujourd'hui, on définit (techniquement) la masse d'un corps comme la norme du quadri-vecteur énergie-impulsion.
Et cette norme est nulle pour un photon donc sa masse est nulle.

Alors ensuite, lorsque l'on fait varier la vitesse d'un corps, en tripotant un peu les équations on peut faire apparaître le terme de masse ci-dessus ainsi qu'un terme homogène à une masse. La masse augmenterait-elle avec la vitesse? Oui et non...

En fait, au tout début de la relativité restreinte, on parlait de masse transverse, de masse longitudinale selon la direction dans laquelle on regardait l'objet! Ca devait être un sacré bordel!
Aujourd'hui, on a supprimé tout ça. Le terme d'"augmentation de masse" qui apparait n'est autre qu'une augmentation d'énergie (en vertu de l'équivalence masse-énergie).
On pourrait alors introduire la masse dite "au repos" comme la première définition que j'ai donné, et aussi une sorte de "masse intertielle" qui augmenterait avec la vitesse...mais c'est se compliquer un peu la vie puisque c'est un terme d'énergie non?