Lumière

[V13]

Un photon de lumière, en tant que particule élémentaire est soumis aux lois de la mécanique quantique. On peut donc lui appliquer la relation de Planck-Einstein : E=hv. Ainsi un photon de fréquence v transporte une énergie déterminée E. D'un autre côté, le photon est aussi soumis aux lois de la relativité restreinte puisque il s'agit d'une particule relativiste, on peut donc à priori lui appliquer la relation E=mcc. En utilisant les deux relations simultanément, on pourrait penser que si un photon a une fréquence alors il a aussi une masse, ce qui contredit les acquis de la relativité qui affirme que le photon est une particule sans masse. Qu'est-ce qui ne tourne pas rond ? (je sais que la relation de Planck Einstein date un peu mais je ne suis pas sur de trouver la réponse dans la théorie quantique des champs...)
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[JPL]

E=mc² signifie que l’annihilation d'une certaine quantité de matière produit une certaine quantité d'énergie (ou réciproquement l'inverse) mais elle ne dit pas que l'énergie a une masse.

[V13]

Il me semble aussi que ça signifie qu'une particule de masse m transporte une certaine quantité d'énergie, appelée énergie de masse en RR et noté E_0.

[Deedee81]

Salut,

La masse est une forme d'énergie. En général on applique E=mc² uniquement aux objets matériels au repos (et on évite donc les indices _0). La masse s'appelle parfois "masse propre" et l'énergie correspondantes "énergie propre".

Pour un objet en mouvement on utilise ou où p est l'impulsion. Pour la lumière, m = 0, on a E = pc (ce qui peut se vérifier avec un matériel assez anodin comme un moulin à lumière) ou E=h*nu*N expression quantique (nu = fréquence de la lumière, h constante de Planck, N = nombre de photons).

Par le passé on parlait parfois de "masse relativiste" m = E/c² pour un objet en mouvement. Mais :
- Elle est inutile (c'est l'énergie totale E à une constante c² près)
- Elle entraine des confusions (plusieurs notions de masse, beeeek)
- En physique on préfère les quantités invariantes et conservées quand c'est possible. Ce qui est le cas de la masse propre (par contre, elle n'est pas additive, la masse de l'hydrogène c'est la masse de l'électron et du proton moins l'énergie de liaison. En physique nucléaire on appelle cela "défaut de masse").

Malheureusement on lit encore de temps en temps, même dans des textes sérieux, des phrases comme "la masse varie avec la vitesse". Bonjour les confusions.

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Bonjour,

D'un autre côté, le photon est aussi soumis aux lois de la relativité restreinte puisque il s'agit d'une particule relativiste, on peut donc à priori lui appliquer la relation E=mcc.

J'utilise le système d'unités dans lequel .

La relation correcte qui donne l'énergie d'une particule relativiste vient de l'invariance de la pseudo-norme du quadrivecteur énergie-impulsion ,avec la quadrivitesse.

Etant donné que (élémentaire, à partir de sa définition, )

il en résulte que , et donc la relation correcte, qui est

ou en remettant la constante :

@+

[V13]

D'accord, j'ai un peu mieux compris mais j'aurais une question concernant la relativité générale: Est-ce que, en relativité générale, seuls les corps ayant une masse sont affectées par la courbure, ou bien, plus généralement, toute forme d'énergie ? Cette question a bien un rapport avec la lumière, puisque la lumière est bien une particule sans masse mais est tout de même affectée par les effets géométriques de la présence de masses. A partir de là, il serait sage de se demander ce qu'on met dans le mot "matière" et "énergie" puisque aussi des développements en physique des particules, ont montrés que la matière n'a pas de masse intrinsèque mais qu'il s'agit de leur interaction avec le champ de Higgs. Puis peut-on imaginer par ailleurs, comme la masse est la quantité attribuée à la matière afin de quantifier son interaction avec le champ gravitationnel, peut on imaginer d'autres champs, similaire, au champs de Higgs attribuant à chaque particule de matière une valeur scalaire pour les différentes charges (charge électrique, charge de couleur, charge faible, ect.) ou les développements en électrodynamique et chromodynamique quantique suffisent à expliquer à l'aide de particules vectorielles, l'attribution à chaque particule de matière une valeur précise pour chaque charge ?

[JPL]

On apprend à l'école que la droite est le plus court chemin d'un point à un autre. Or quand l'espace est courbé par la présence d'une masse le plus court chemin n'est plus une droite mais une géodésique courbe. La lumière suivant toujours le plus court chemin il n'est pas nécessaire que le photon ait une masse pour être dévié. D'ailleurs s'il avait une masse (proportionnelle à son énergie) et si la déviation était une attraction gravitationnelle sur un corps massif les différentes longueurs d'onde ne seraient pas déviées avec la même intensité, ce qui serait contraire à l'observation.

[V13]

Je sais tout ça mais je parlais surtout du photon en relativité restreinte et en mécanique quantique ondulatoire. Mais je suis curieux encore, en théorie quantique des champs, le photon est bien associé à un champ, tout comme l'électron et les autres particules. Puis quand on prend l'électrodynamique, on s'aperçoit en fait que le photon est la particule médiatrice de l'interaction électromagnétique. Est-ce que le fait que le photon soit une particule médiatrice de l'interaction EM, annule l'idée de champ de force classique ? Autrement dit, l'électromagnétisme n'est plus interprétée comme un champ s'appliquant sur des charges (théorie de Maxwell) mais est simplement l'échange de photon ? Plus formellement est-ce que la notion de champ de force disparaît en théorie quantique des champs (et plus particulièrement en EDQ) ? Et aussi, qu'est-ce qu'un champ 'particulaire' (par exemple l'électron a un champ ect.), je veux dire par là, c'est un champ scalaire, vectoriel, tensoriel ? Est-ce que la description via la fonction d'onde initiale est abandonnée au profit du concept de champ ?

[Deedee81]

Salut,

En fait, en mécanique quantique (et pas seulement en théorie quantique des champs), le concept de force disparait totalement. Mais il y a toujours moyen d'y revenir en calculant l'énergie d'un état et calculer sa variation en fonction d'un paramètre de distance (par exemple la distance entre deux charges), ce qui redonne une force et de là le concept de champ de force.