Gravitation et lumière

[invite3193eac0]

Bonjour, je suis un Lycéen (je sais je devrais réviser mon BAC en ce moment mais voila quoi c'est pas un problème ça ). On nous a donné des polycopié sur la mécanique quantique, et y a un truc dedans qui me choque

On dit que la lumière à 2 natures, une nature ondulatoire et une nature corpusculaire. Soit, mais on dit aussi que la masse de sa particule est nulle. Or sur plusieurs articles que j'ai pu lire en astronomie j'ai vu que les trous noirs pouvaient retenir la lumière parce qu'il peuvent développer une force de gravitation colossale, j'ai vu que la lumière pouvait être déviée par la force de gravitation de systèmes d'étoiles qui formaient l'équivalent d'une lentille.

Je veut bien prendre la métaphore du drap tendu qui représente l'univers d'Einstein, mais n'empêche que la norme de la Force de gravitation c'est quand même F= G*M*M'/d² et si M ou M'=0 bah y a pas d'attraction.

Donc soit on nous a pas tout dis au lycée sur la gravitation à l'école et on garde des formules et/ou encore plus balèze pour le supérieur

Soit Bah j'ai loupé un truc dans mon raisonnement ou alors ce qui attire la lumière c'est pas la gravitation mais une autre Force que je connais pas

Si vous pouviez m'éclairer
-----

[physeb]

Bonjour,

un petit indice: E=mc2

Il s'agit de l'équivalence masse-énergie d'Einstein. Le photon a une énergie, donc subit les effets gravitationnels

[invite3193eac0]

Bonjour,

un petit indice: E=mc2

Il s'agit de l'équivalence masse-énergie d'Einstein. Le photon a une énergie, donc subit les effets gravitationnels

Ah merci beaucoup ça m'éclaire ^^. Maintenant y a un autre truc qui m'intrigue, comment le photon peut il avoir une énergie si sa masse est nulle ?

[Deedee81]

Bonjour,

Ah merci beaucoup ça m'éclaire ^^. Maintenant y a un autre truc qui m'intrigue, comment le photon peut il avoir une énergie si sa masse est nulle ?

Car il n'y a pas que la masse qui implique de l'énergie.

La formule E=mc² n'est pas strictement correcte dans le cas du photon, la formule est :

Valable dans tous les cas.

L'énergie contient donc aussi d'autres choses comme l'énergie cinétique.

Notons aussi que la masse, comme l'énergie, la charge électrique, le moment angulaire, la vitesse... ne sont jamais que des propriétés des particules et elles peuvent être nulles. Une particule neutre, de charge 0, ne choque pas mais curieusement une particule de masse nulle oui, mais il n'y a pas de raison.

Enfin, fait attention avec l'analogie du drap tendu. C'est une représentation (que je n'aime pas trop d'ailleurs) de la relativité générale. Et F=G.M.M'/d² c'est la théorie de Newton.... qui n'est qu'une approximation de la relativité générale. Non valable dans le cas du photon (il va trop vite, on est en plein dans le domaine de la relativité). Effectivement, c'est l'énergie qui compte mais même comme ça c'est insuffisant.

Mais même en physique newtonienne (même si elle ne donne pas les bons résultats dans ce cas, elle prévoit une déviation deux fois trop faible de la lumière par le Soleil) tu as une explication. La force, tu peux considérer ça comme un intermédiaire dans les explications. Si tu utilises F=ma, tu constates que l'accélération centripète d'un corps qui passe près d'un astre ne dépend pas de la masse de ce corps. Il peut donc très bien être dévié même sans avoir de masse. Bien que ce soit un cas limite, on ne peut l'affirmer comme ça, une onde ne serait pas nécessairement déviée si le "milieu" n'est pas modifié par l'attraction (provoquant une réfraction). La question qui doit se poser est : par quel mécanisme physique la gravité agit-elle sur le corps. La théorie de Newton ne peut pas toujours répondre. La relativité générale donne plus d'explications (courbure de l'espace-temps).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite3193eac0]

Un gros merci la je saisis mieux ce que je considérait comme des incohérences (ou comme des limites de la mécanique newtonienne mais en tant que terminale j'osais pas dire ça )

Je me doute que l'énergie n'est pas due qu'a la masse mais pour un photon sans charge et sans masse je voyais pas quelle énergie il pouvait déployer sachant que selon mon cours de Lycéen (bon ça vaut ce que ça vaut) Ec = 0.5*m*V² et E=mc² donc pour une particule je pensais que la masse était sinae qua non à l'énergie.

E² = p²*c² + m²*c^4

J'étais sûr qu'on nous avais caché une formule

(après un tour sur wikipédia je viens de voir que p est la "Quantité de mouvement" et selon Wikipédia p dépend de la masse en "mécanique classique" mais en mécanique relative on a :

Les objets de masse nulle, tels que les photons, possèdent aussi un 4-moment où la pseudo-norme de p est nulle. On a dans ce cas :

\mathbf{E}^2-p^2 c^2 = m^2 c^4=0

On reviens à la formule que vous m'avez donné, cependant je vais de ce pas me documenter sur le moment parce qu'on a pas vu cette grandeur en Physique au Lycée (on y voit vraiment rien en fait ...))

Par la même occasion, en prépa on voit ce genre de chose plus en profondeur ? ( Je trouve que ça peut être intéressant moi j'aime ça ^^)

[Deedee81]

(après un tour sur wikipédia je viens de voir que p est la "Quantité de mouvement" et selon Wikipédia p dépend de la masse en "mécanique classique" mais en mécanique relative on a :

Le moment, en mécanique classique, c'est simplement m.v.

Mais en relativité, il faut ajouter un facteur gamma. De même pour l'énergie E=gamma.mc² et l'énergie cinétique est gamma.mc² - mc² qui vaut environ mv²/2 pour v<< (gamma proche de un).

Le problème c'est que ces formules, lorsque l'on fait tendre m vers 0 et v vers c donnent 0/0. C'est indéterminé. Le photon peut tout aussi bien avoir une énergie et une impusion 0 que non nul.

La formule complète (quadrivectorielle) indique que E=p.c
C'est déjà mieux. Mais il reste une indéterminée (deux inconnues, une équation).

La solution ne peut alors être donnée par la relativité seule. Il faut se tourner vers les théories décrivant la lumière. Ici, vers la mécanique quantique qui dit que l'énergie d'un photon est h.nu (h = cst de Planck, nu = fréquence). On en revient à la double nature (un photon = corpusculaire, fréquence = onde). En toute rigueur, on devrait se tourner vers la quantification de l'électromagnétisme => équations de Maxwell => quantification canonique => énergie d'un photon = h.nu. Mais, bon, inutile de compliquer : Einstein a trouvé cette relation facilement grâce à l'effet photoélectrique, on peut s'en contenter .

Ben dis donc, on vous en fait avaler des trucs aux lycée

[invite3193eac0]

Lol je crois qu'on fait vraiment rien au Lycée XD. Mais bon j'ai hâte d'avoir tout les outils mathématiques pour pouvoir manipuler ce genre d'équation ^^ (*mode réveur ON * et entrer à l'ENS *mode reveur OFF*)

Merci pour ces éclaircissement Deedee81, physeb ^^

[invite2e07f93d]

BONJOUR. Si nous prenons en considération les deux phénomènes principaux que produit la force de gravitation, la force attraction et la compression de l'espace conjugué ceci à la forme sphérique de la terre, nous arrivons la conclusion qui espace celle-ci dans mouvement constant, c'est-à-dire converge contentement en direction de la terre (ou un autre corps céleste), comme l'espace est le milieu qui permet que la lumière puisse exister et que la lumière puisse se déplacer, dans en se déplaçant l'espace elle déplace la lumière avec .