Interférences à grande échelle

[Mailou75]

Bonjour,

Comment se fait-il, compte tenu du nombre de sources et de fréquences émises dans l'univers, que des phénomènes d'interférence (type fentes de Young) n'apparaissent pas... comme une duplication d'image ?

Merci d'avance
Mailou
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[Deedee81]

Salut,

Comment se fait-il, compte tenu du nombre de sources et de fréquences émises dans l'univers, que des phénomènes d'interférence (type fentes de Young) n'apparaissent pas... comme une duplication d'image ?

Des interférences il y en a mais elles ne sont pas importantes car :
- On ne constate un effet important qu'avec deux sources de même longueur d'onde et en phases.
- Les interférences ne modifient pas les rayons lumineux !!!!!

Pour ce dernier point. Prend une expérience de Young ou tu t'arranges pour que la lumière qui sorte des deux fentes forme deux pinceaux lumineux. Place l'écran au niveau où les deux pinceaux se croisent : tu vas observer des franges (interférences). Place ton écran plus loin : tu constateras deux taches lumineuses : les interférences lors du croisement n'ont rien changé.

C'est une conséquence du principe de superposition = linéarité des ondes. Lorsqu'elles se croisent, leur grandeur s'ajoute (ou se soustraire, ça dépend du signe), mais elles ne sont pas altérées et continuent imperturbablement.

Si tu as du mal à comprendre / visualiser, prend une bassine est amuse toi à expérimenter avec des vaguelettes. Ca marche aussi (et rien de tel que l'expérience pour vraiment comprendre).

A noter que les interférences nu dupliquent pas les images

Par contre, les interférences peuvent s'observer si on s'arrange pour observer la même source en deux endroits et pour faire interférer les deux images. C'est les méthodes d'astronomie par interférométrie.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Interf%C3%A9rom%C3%A9trie

[Mailou75]

Merci,

Il y a tout de même qq chose que je ne comprends pas :
- les sources n'émettent pas en "pinceau" mais en onde sphérique ?
- malgré la variété des sources aucune ne serait en phase pour provoquer de perturbation ?

Merci
Mailou

[Deedee81]

Il y a tout de même qq chose que je ne comprends pas :
- les sources n'émettent pas en "pinceau" mais en onde sphérique ?

Ca dépend des sources. J'avais juste choisi ça pour que mon explication soit facile à illustrer / vérifier.

Les étoiles émettent de façon quasi sphérique (enfin, en les considérant comme des sources ponctuelles) alors qu'un pulsar émet un faisceau très étroit.

- malgré la variété des sources aucune ne serait en phase pour provoquer de perturbation ?

Non. Aucune chance. Il faut que la fréquence soit strictement identique (sinon la différence de phase varie extrêmement vite et de toute façon on sait discriminer les sources) et de plus ce ne sont pas des sources cohérentes (ce ne sont pas des lasers), leur phase varie fortement au cours du temps.

De plus comme la superposition n'altère pas les ondes lumineuses (seulement leur détection) et comme elles viennent de directions différentes, aucun problème puisque justement les télescopes ont des largeurs de champs assez étroites. En quelque sorte il ne voit que la lumière venant d'une direction, donc aucun risque d'interférences.

Maintenant, je ne serais pas surpris que quelqun cite une exception (en déhors de l'interférométrie), rien que pour me contredire exprès On voit tellement de choses surprenantes dans l'univers......

Une idée qui me vient comme ça : avec les lentilles gravitationnelles on observe des démultiplications d'images. Peut-on observer des interférences entre ? Je ne sais pas, je n'ai jamais rien lu là-dessus. Le décalage temporel (vu que la phase varie de manioère aléatoire dans le temps) est peut être trop important (sauf si on est totalement et parfaitement pile dans l'axe de la lentille, ce qui a autant de chance de se produire que de gagner la supercagnote chaque semaine pendant des années ).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Mailou75]

(...) aucun problème puisque justement les télescopes ont des largeurs de champs assez étroites. En quelque sorte il ne voit que la lumière venant d'une direction, donc aucun risque d'interférences.

Ca je comprends, si par hasard il y avait des interférences je verrai (ou pas) l'objet suivant ma position mais mon oeil n'est pas assez "large" (écran de young dans l'expérience) pour capter les différentes images

Une idée qui me vient comme ça : avec les lentilles gravitationnelles on observe des démultiplications d'images. Peut-on observer des interférences entre ?

Oui j'avais aussi pensé à ca car c'est le seul moment où on est sur que la source est unique (séparation d'une onde unique donc forcément en phase)
Après on est pas obligé d'être en face justement puisque les images liées aux inteférences sont "concentriques", juste à être sur un "cercle" ou les phases sont décalées (donc l'image pas effacée)

[Deedee81]

Après on est pas obligé d'être en face justement puisque les images liées aux inteférences sont "concentriques", juste à être sur un "cercle" ou les phases sont décalées (donc l'image pas effacée)

Exact, mais si tu n'est pas exactement en face, la distance parcourue par chaque rayon lumineux est différente (et sur des distances astronomiques, la différence peut être conséquente). Or la phase varie aléatoirement au cours du temps (car ce sont des sources incohérentes, comme des lampes à incandescences, par opposition aux lasers) donc les différentes images sont non corrélées, comme si on avait des sources différentes.

[mach3]

Une idée qui me vient comme ça : avec les lentilles gravitationnelles on observe des démultiplications d'images. Peut-on observer des interférences entre ? Je ne sais pas, je n'ai jamais rien lu là-dessus.

J'ai déjà lu des récits d'expériences de pensées sur les fentes de Young et ses variantes (gomme quantique, choix retardé, des trucs du genre je crois, je me souviens plus bien) en utilisant un astre massif lointain plutôt que deux fentes pour faire les interférences.
Je crois que c'est dans un des bouquins de Brian Greene.

m@ch3

[Mailou75]

Or la phase varie aléatoirement au cours du temps (car ce sont des sources incohérentes, comme des lampes à incandescences, par opposition aux lasers) donc les différentes images sont non corrélées, comme si on avait des sources différentes.

Pô compris

J'essaye un petit schéma pour voir plus clair (NB : il ne tient pas compte de la vision directe de l'effet de lentille/dédoublement, et il est surment bourré d'erreurs mais bon... )

[Mailou75]

Phénomène plus étrange : si on y regarde de plus près, les intersections les "crètes d'onde" ne forment pas des lignes mais des courbes.

Pour qu'un point de l'espace puisse recevoir une image "double" par ce phénomène il devrait se situer en A (ou B ou tout autre intersection des "courbes d'image" la précision de mon dessin ayant ses limites), c'est à dire derrière la lentille gravitationnelle (et peut être même être la source...)

Ceci étant, après réflexion il me semble que :
- d'une part pour que le phénomène de lentille gravitationnelle ait lieu il doit forcément avoir un alignement source / puit / observateur (la remarque "pas en face" est du coup troublante)
- d'autre part l'image double créée par la lentille est due à la courbure des rayons mais ceux ci ne sont pas "diffractés à la sortie" comme dans l'expérience de young...

J'en revient donc au point de départ... il y aurait plus de chances statistiquement vu le nombre de sources émétrices et les croisements d'onde, que si il existe un tel phénomène il ne soit pas du aux lentilles gravitationnelles mais à la "densité" des ondes et à leur probabilité d'être en phase ou non...

Bref ca sens encore l'impasse tout ça

[Deedee81]

Salut,

Ouais, je suppose qu'il doit y avoir moyen d'observer ce genre de chose. Le problème c'est que ton dessin est trop idéalisé. Comme je le disais ce n'est pas de la lumière cohérente. Les fronts d'ondes ne forment certainement pas des cercles aussi beaux et aussi réguliers. Ca doit varier fortement dans le temps et l'espace. Ca brouille totalement les interférences (essaie de faire une expérience de Young chez toi avec une lampe ordinaire : ça ne marche pas).

Mais ça doit être possible.

Un autre effet d'interférence utilisé (en dehors de l'interférométrie classique) est l'effet Hanbury-Brown-Twiss.
http://www.npl.washington.edu/npl/in...TI_45.html#4.6 (présenté ici dans le cadre de l'interprétation transactionnelle)

Donc, tout ça reste possible.

[mach3]

(essaie de faire une expérience de Young chez toi avec une lampe ordinaire : ça ne marche pas).

Mais ça doit être possible.

oui ça doit être possible vu que les laser n'existaient pas à l'époque d'Young, en revanche je me demande bien comment il a fait concrètement...

m@ch3

[Deedee81]

oui ça doit être possible vu que les laser n'existaient pas à l'époque d'Young, en revanche je me demande bien comment il a fait concrètement...

Je suppose qu'avec une lampe (j'avais d'abord écrit langue ) suffisamment monochromatique, genre lampe au mercure et au sodium, ça doit être possible.

D'ailleurs, Mailou, désolé, là c'est moi qui suis en train de t'induire en erreur

Si ça ne marche pas avec une lampe classique, c'est surtout parecequ'elle n'est pas monochromatique.

Les lampes (incandescence, néons,...) émettent des trains d'ondes courts (je ne connais pas bien la durée, disons une microseconde). La lumière parcourt quand même 300 m sur ce temps. C'est gênant si on parle d'interférences entre des signaux parcourant une distance plus grande, dans l'espace par exemple. Dans ce cas les trains d'ondes n'ont aucune chance d'être semblables. Les interférences entre les deux premiers paquets d'ondes seront différents des interférences entre les suivants : les bosses et les creux ne tombent pas au même endroit. L'image des franges est totalement brouillée et on ne voit rien.

MAIS dans une expérience de Young, la différence de chemin en passant par les deux fentes se mesure en milimètres, pas en centaines de mètres !!!!! Donc, ça devrait marcher. Si ce n'est qu'on a des trains d'ondes de pleins de fréquences différentes. Et ça aussi ça brouille les images.

Par contre, il existe des lampes presque mobochromatiques (éventuellement en ajoutant un petit filtre de couleur) avec lequelles ça devrait marcher.

Perso, j'ai fait l'expérience avec un laser : la solution de facilité

[Mailou75]

Salut,

J'ai bien compris que selon toi, malgré la quantité de sources et de fréquences qui se croisent dans l'univers, les probabilités d'interférences sont nulles... j'ai peu de mal à avaler ça mais soit

Je te propose un nouveau schéma où il est uniquement question de lentille gravitationnelle :
- En O (alignement) je perçois une image double de la source car les rayons m'arrivent en même temps et à la même fréquence
- En A ou B je perçois deux images distinctes de la même source à des temps (donc des distances apprentes) différents : une directe et l'autre déviée + redshiftée

Question : En A, alors même que je n'ai pas conscience du TN présent, je pense voir deux objets en des lieux différents et à des temps (longueur du trajet, redshift) différents .
Ceci est valable pour tous les objets se trouvant de l'autre coté du TN, et encore mon dessin n'est qu'en 2D. En 3D ca doit faire un paquet "d'illusions"... peut-être n'y a -t-il pas autant de galaxies dans l'univers que nos yeux veulent bien le voir, non ?

J'espère ne pas être trop "hors charte" avec mes suppositions

[Deedee81]

J'ai bien compris que selon toi, malgré la quantité de sources et de fréquences qui se croisent dans l'univers, les probabilités d'interférences sont nulles... j'ai peu de mal à avaler ça mais soit

Plutôt que nulles je dirais plutôt inobservables.

As-tu au moins deux lampes proches chez toi (y a des chances ) ?

Allumes les deux. Observes-tu des interférences ?
Même problème avec les étoiles.

Allume maintenant ta lampe dans ta salle de bain. Je suppose que tu as un miroir. La lampe se reflète donc dans le miroir. Tu as donc UNE source dont la lumière emprunte deux chemins. Observes-tu des interférences ?
Même problème avec les lentilles gravitationnelles.

Le simple fait que les sources ne soient pas monocrhomatiques brouille déjà totalement des interférences. Il y en a, mais tu ne les vois pas, car tu as un mélange totalement infame de bosses et de creux au point de ne plus avoir que le signal "moyen" sans interférence.

Ceci dit, il y a quand même des cas où ces interférences existent et peuvent être exploitées. J'ai cité deux cas : les techniques d'observations par interférométries et l'effet HBT.

[Mailou75]

Ok j'ai dit que j'ai du mal à l'admettre mais je te crois

Et concernant le drenier schéma ou il n'est question que de lentille et d'image fantôme ? Ca ne prodirait pas une grande quantité d'illusions réparties dans l'espace et le temps ?

[invite62e1e8a6]

Beau boulot. Jolies illustrations. Avec quoi vous les faites d'ailleurs?

Et les rayons lumineux ils arrivent vers nous déviés? Je veux dire c'est négligable? Les rayons qui viennent de ailleurs de la galaxie ils arrivent bien droit? De l'ailleurs du systéme solaire aussi? Il n'y a pas de chances que l'image soit "déformé"?

Et puis au sujet des interférences. En musique quand on joue deux notes on entend une troisieme, un battement. Un phénoméne similaire existe t'il en lumiére?

[Mailou75]

Beau boulot. Jolies illustrations. Avec quoi vous les faites d'ailleurs?

Merci Autocad, un logiciel de dessin industriel.

Mais comme tu le vois, leur caractère non philosophique n'attire pas (ou peu) de réponses. Difficile de déblatérer sur des choses claires.
Heureusement que le valeureux Deedee est là

Et les rayons lumineux ils arrivent vers nous déviés? Je veux dire c'est négligable? Les rayons qui viennent de ailleurs de la galaxie ils arrivent bien droit? De l'ailleurs du systéme solaire aussi? Il n'y a pas de chances que l'image soit "déformé"?

La lumière se déplace en ligne droite tant qu'elle n'est pas déviée par un champ gravitationnel (on a fait l'expérience avec le soleil et une etoile située derrière lui lors d'une eclipse). Quand on sait ce qu'un TN peut faire à la lumière ... l'effet est loin d'être négligeable ! La dernière illustration montre que tu peux avoir deux images d'un même objet laissant croire qu'il sont dans des directions et à des distances différentes (et encore mon dessin se limite à une source, et en 2D). D'où ma question, combien d'images sont "fantômes" parmis les nombreuses galaxies "visibles" ?

Et puis au sujet des interférences. En musique quand on joue deux notes on entend une troisieme, un battement. Un phénoméne similaire existe t'il en lumiére?

Non, l'addition est différente. La musique serait plutôt comparable à le peinture : si tu mélanges toutes les couleurs tu n'obtiendras pas du blanc comme c'est le cas avec la lumière

[Mailou75]

Difficile de déblatérer sur des choses claires.

Sans doute fausses... mais claires !

[Deedee81]

Salut,

Ok j'ai dit que j'ai du mal à l'admettre mais je te crois

Et concernant le drenier schéma ou il n'est question que de lentille et d'image fantôme ? Ca ne prodirait pas une grande quantité d'illusions réparties dans l'espace et le temps ?

Moi j'ai eut du mal à comprendre la dernière image et cette dernière question. Mais, oui. On observe de telles images démultipliées avec les lentilles gravitationelles et il est clair que nous ne sommes pas exclusif. Ca doit arriver dans tous les coins (ça en fait des images fantomes )

[Mailou75]

Moi j'ai eut du mal à comprendre la dernière image et cette dernière question.

Je vais essayer de décrire l'illustration précédente :

A gauche une source, au centre un TN, à droite les observateurs A, O et B.

- Lorsqu'on a un alignement Source-TN-O on a une "lentille gravitationnelle classique " les images fantome sont symétriques autour du TN, et je les recois en même temps.

- Lorsqu'on a pas d'alignement seuls les rayons passant près du trou noir sont déviés et, leur parcours étant plus long, redshiftés : ainsi A et B voient une image directe + une image fantome (qui semble être dans une autre direction et à une distance différente)

Etrange ou je me suis encore vautré qq part ?

Merci
Mailou

[Deedee81]

Etrange ou je me suis encore vautré qq part ?

Non (tu ne t'es pas vautré, même dans un canapé ), les belles images symétriques avec les lentilles grav. c'est plutôt rare. La plus part du temps, les images ont une structure complexe (et pas seulement à cause de la structure complexe de la lentille qui est rarement un tn mais plutôt un amas de galaxies). Elles ne se comportent pas aussi gentiment que des lentilles optiques.

[Calvert]

Lorsqu'on a pas d'alignement seuls les rayons passant près du trou noir sont déviés et, leur parcours étant plus long, redshiftés : ainsi A et B voient une image directe + une image fantome (qui semble être dans une autre direction et à une distance différente)

Dans les faits, la différence de parcours est petite dans les cas où ça a été mesuré : quelques dizaines de jours, pour des quasars extrêmement distants (1). La différence de redshift entre les deux est certainement complètement imperceptible.

Il est aussi bien évident que dans la plupart des cas, nous ne sommes pas dans la situation d'un alignement parfait source -- lentille -- observateur, et on observe plutôt des images multiples d'un même objet (parfois 4 ou 5) que le fameux "anneau d'Einstein" du cas parfaitement aligné.

(1) Cette méthode est d'ailleurs explorée actuellement pour avoir une mesure indépendante de la constante de Hubble. Ca marche, mais c'est encore trop imprécis pour être vraiment contraignant. Voir par exemple Cosmograil.

[Deedee81]

Dans les faits, la différence de parcours est petite dans les cas où ça a été mesuré : quelques dizaines de jours, pour des quasars extrêmement distants

Ah ! Je ne savais pas que cela avait été mesuré.

Merci pour cette excellente remarque.

[Mailou75]

Il est aussi bien évident que dans la plupart des cas, nous ne sommes pas dans la situation d'un alignement parfait source -- lentille -- observateur, et on observe plutôt des images multiples d'un même objet (parfois 4 ou 5) que le fameux "anneau d'Einstein" du cas parfaitement aligné.

Ca j'en convient

Dans les faits, la différence de parcours est petite dans les cas où ça a été mesuré : quelques dizaines de jours, pour des quasars extrêmement distants (1). La différence de redshift entre les deux est certainement complètement imperceptible.

Génial

Maintenant la question subsidiaire :
De par le faible écart entre les images on a pu, dans un premier temps les identifier comme issus d'une source commune (copie), et dans un deuxième temps mesurer les diffèrences (distance apprente et redshift) en cas de désaxement avec le TN (ou l'amas).
Mais... si justement l'écart (angle d'arrivée des rayons sur l'observateur, position dans le ciel) est plus grand, et les images donc très différentes (car à des distances/temps très espacés) ... dans ce cas il m'est impossible de préjuger qu'il s'agit d'un effet de lentille, je crois réellement en la présence de 2 objets différents, non ?

Merci à vous
Mailou

[Deedee81]

Salut,

dans ce as il m'est impossible de préjuger qu'il s'agit d'un effet de lentille, je crois réellement en la présence de 2 objets différents, non ?

C'est une excellente question, d'autant que les images sont souvent fortement déformées. Je ne sais pas quels indices permettent d'identifier les objets. Le spectre peut-être ? J'espère que quelqu'un ici a la réponse, je trouve ça intéressant.

Ce que je sais c'est que retrouver la distribution de masses de la lentille à partir des images est possible mais nécessite des calculs fort complexes (et un sacré bon ordinateur).

[Mailou75]

C'est une excellente question, d'autant que les images sont souvent fortement déformées. Je ne sais pas quels indices permettent d'identifier les objets. Le spectre peut-être ? J'espère que quelqu'un ici a la réponse, je trouve ça intéressant.

Moi aussi

Ce que je sais c'est que retrouver la distribution de masses de la lentille à partir des images est possible mais nécessite des calculs fort complexes (et un sacré bon ordinateur).

Mais il faut pour cela connaitre quelles images ont une source commune... c'est tout le problème

Une chose est sure, il faut que source, Tn et observateur soient dans un même plan. Et comme on trouvera toujours un plan passant par 3 points, je devrais pour chaque TN situé "entre" source et observateur (j'ai encore du mal à imaginer la lumière faisant demi-tour autour d'un TN.... ) avoir une image supplémentaire !

Si (grace au spectre comme tu le suggère, ou une autre méthode) on peut identifier des copies ca serait un bon moyen de localiser des TN parfaitement "invisibles", car isolés

Merci
Mailou

[Mailou75]

Bon, comme j'aime bien extrapoler, j'ai essayé avec 2 TN : 1 Source > 4 images
(et ne suis même pas sur qu'être dans un même plan soit une contrainte...)

Bref, tout ca pour dire ... Une source + N Trous noirs = Un petit univers !

Et si pour une source j'ai N' images, tu m'etonnes qu'il y ait de la masse manquante !

Maintenant le PARADOXE ...
Le problème est qu'aucune des images n'est ni vraie ni fantome , la source se trouve effectivement au bout se chacune des géodésiques
Il existe plusieurs lignes "droites" de longueur différentes pour se rendre de S à O

Les couloirs du temps ...

A bientôt
Mailou

[Calvert]

Bon, je fais une tentative de réponse.

Le point, d'après mes cours de relativité générale, est que l'angle de déviation par une masse ne peut pas prendre n'importe quelle valeur. L'angle de déviation est donné par :



avec R_S le rayon de Schwarzschild et r le paramètre d'impact (la distance au centre de la masse centrale).

Evidemment, on est limité par le rayon de Schwarzschild. Du coup, l'angle maximal de déviation est de 2 (pour un trou noir, en radian). Pour d'autres lentilles, on est limité par la taille de la lentille, qui est souvent beaucoup plus grosse que son rayon de Schwartzschild. Donc, dans la plupart des cas, cet angle est petit et ne permet donc pas de voir la même source vue sous deux angles très différents.

Pour un trou noir, c'est grand (l'angle vaut presque 120°). Cependant, il faut certainement prendre en compte des effets liés au fait que la source n'est pas ponctuelle. Du coup, si une image rasante est très "étalée" par le lentille, on peut imaginer qu'elle devienne vite inobservable. Mais là, je n'en sais vraiment rien. Je ne sais pas si nous avons un spécialiste es lentille gravitationnelle sur ce forum.

[stefjm]

Evidemment, on est limité par le rayon de Schwarzschild. Du coup, l'angle maximal de déviation est de 2 (pour un trou noir, en radian).

Bonjour,
Sympa cet angle limite de 2 radians.

Pour une fois qu'on n'est pas embêté avec un pour un angle, c'est appréciable.

[mach3]

Evidemment, on est limité par le rayon de Schwarzschild. Du coup, l'angle maximal de déviation est de 2 (pour un trou noir, en radian)

Ca me parait bizarre, j'ai moi aussi lu que la lumière pouvait faire plusieurs fois le tour d'un trou noir (et même être en orbite à 3Rs/2 je crois), donc cette histoire de limitation à 2 radians me perturbe... Tu es sur que ce n'est pas une approximation pour r grand devant Rs? genre valable pour des étoiles?
En dehors de ça le fait qu'un rapport entre deux longueurs donne un angle me perturbe (ce serait un arc sur une longueur, pas de problème), il n'y a que pour des angles petits, où par exemple on admet sin x = x que ça ne me pose pas de problème.

Bon après j'ai pas étudier la RG, mais je demande quand même clarification.

m@ch3