Particules se "déplaçant" soi-disant à la vitesse de la lumière

[invitece89f6b1]

A longueur de forum je vois parler de particules se déplaçant à la vitesse de la lumière et de relativité .

Comment peut-on associer ces deux notions totalement incompatibles ?

Une photon par exemple ne peut pas se "déplacer" (au sens spatial qu'on donne à ce terme usuellement ) pour la raison suivante :

Si un photon se déplace par rapport à moi à c, le principe de réciprocité (un des plus profonds de la physique) m'autorise à dire que je me déplace par rapport à lui à -c, ce qui en relativité me donne illico une masse/énergie infinie, ce qui est absurde. En conséquence, une particule se "déplaçant" à la vitesse de la lumière se voit interdire d'être un référentiel de mouvement donc il est interdit de parler de mouvement d'une particule se "déplaçant" soi-disant à la vitesse de la lumière.

Sauf à démontrer que j'ai tort cessez donc de parler de particules (seraient-ce des photons) se "déplaçant" à la vitesse de la lumière, la relativité d'Einstein nous indique que c'est absurde.

J'attends avec curiosité une démonstration du contraire.
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[invitebb921944]

Je ne voudrais pas t'ennuyer mais c'est Einstein lui-même qui pensait que la lumière était de nature "granuleuse" bien que l'appellation de "photon" ne vienne pas de lui. D'autre part, certains phénomènes lumineux ne sont explicables QUE si on prend la nature corpusculaire de la lumière et d'autres QUE si on prend sa nature ondulatoire. Donc, la seule chose à dire est qu'il est interdit de prendre un photon comme référentiel.

[Gaétan]

Ben, si un photon ne se déplace pas, alors c'est quoi la vitesse de la lumière ? C'est justement en prenant comme hypothèse que la vitesse d'un photon doit être la même pour tout observateur qu'on doit conclure que rien ne peut dépacer cette vitesse. Tu es peut-être d'avis que la relativité est contradictoire. Ce n'est pourtant pas le cas.
Ce qui est vrai, c'est que le cas de la lumière est particulier (je saurais pas en dire beaucoup plus, je maitrise pas trop). On peut pas vraiment se mettre dessus pour regarder autour. Aussi, il n'y a que des particules de masse nulle qui peuvent se déplacer à cette vitesse, et elles ne peuvent se déplacer qu'à cette vitesse.
Des photons qui ne peuvent pas se déplacer, c'est ça qui semble absurde, non ?
Ce n'est pas une démonstration, mais t'es un peu exigeant là.

[Quinto]

Je ne sais pas si je dis une bétise, mais si on se place dans le référentiel du photon, on ne se déplace pas à la vitesse de la lumière puisque pour lui (le photon) le temps est figé.
Donc il n'y a pas de contradiction...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite42fe8808]

. Aussi, il n'y a que des particules de masse nulle qui peuvent se déplacer à cette vitesse, et elles ne peuvent se déplacer qu'à cette vitesse.
Des photons qui ne peuvent pas se déplacer, c'est ça qui semble absurde, non ?
Ce n'est pas une démonstration, mais t'es un peu exigeant là.

Euh.....la vitesse de la lumière peut très bien être modulée entre 300 fois sa vitesse relative dans le vide et 1.5km/h...tout dépend de l'environnement dans lequel les photons se trouvent: eau, césium, froid absolu, etc.

Concernant le premier post, si je tire une cartouche avec un fusil, cela implique t il que je me déplace en sens inverse?

Tout est relatif, rien n'est absolue

[Quinto]

Je pense qu'il faut prendre vitesse de la lumière comme synonyme de célérité de la lumière dans le vide...

[Gaétan]

Oui, tout à fait, mais je ne voulais pas parler de truc qui ne se passe pas dans le vide. Ce qui se passe dans le vide semble déjà suffisament compliqué pour répondre au post.

[invitebb921944]

c est la vitesse de la lumière dans le vide et rien d 'autre ! Et le premier post fait allusion à c !

[Floris]

Attention, pour la vitesse de la lumière dans un matériaux, cela na rie avoir avec la vitesse propore d'un quantum de lumière. Le pseudo ralentissement de la lumière dans un matériaux est la cause du principe d'absorbtion/réémission.
Bien cordialement
Floris

[Gaétan]

Non, je ne crois pas. Mais tu as lu ça où ? Il me semble que ce n'est pas la première fois que tu dis ça.
Si c'était le cas, comment expliquerais-tu que la lumière garde la même direction en passant à travers une vitre en verre.
Mais je n'ai pas encore lu "lumière et matière" de Feynmann, il faudrait que j'y pense un jour. Je crois qu'il parle de ça, non ? Enfin, ça cause d'électrodynamique quantique en tout cas.

[Floris]

Oui il s'agit de l'électrodynamique, et je est tu certain que quand de la lumière passe dans une vite, elle garde la même direction, ce n'est pourten pas toujours le cas.
Cordialement
Floris

[invitebb921944]

Et quel est ce principe d'absorption/réémission ? Et pourquoi çà donne l'apparence de ralentir les photons ?

[Gaétan]

J'ai pris soin de parler d'une vitre et non d'un quelconque prisme. Les rayons incident avant la vitre, et transmis après la vitre, ont bien même direction. Et, de toutes façons, au coeur même du matériau, la lumière garde une trajectoire rectiligne si elle n'est pas réfractée.
Mais, bien que ne sachant pas ce que dit la QED, je ne suis vraiment pas convaincu de ce que tu avances.

[invitea3fc981a]

Si un photon se déplace par rapport à moi à c, le principe de réciprocité (un des plus profonds de la physique) m'autorise à dire que je me déplace par rapport à lui à -c, ce qui en relativité me donne illico une masse/énergie infinie, ce qui est absurde.

Heu... Ne mélangeons pas tout, dans les formules physiques on ne remplace pas la vitesse v par sa projection sur un axe gradué sur |R, mais bien par le module de la vitesse. Ainsi la valeur de v est toujours positive, il n'y a pas de contradiction. Le photon se déplace à cpar rapport à toi, et tu te déplaces à c par rapport à lui.

Et quel est ce principe d'absorption/réémission ? Et pourquoi çà donne l'apparence de ralentir les photons ?

Question de physique du solide fort intéressante ! En fait, quand un atome absorbe un photon, c'est un de ses électrons qui est excité sur un niveau au-dessus ; ensuite cet électron se désexcite (donc l'atome reperd de l'énergie) en émettant de l'énergie, donc un photon. Ces processus d'excitation/désexcitation ne sont pas instantanés, il faut un certain temps à l'électron pour passer d'un niveau à l'autre (=temps de relaxation) qui est de l'ordre de 10e-12 s. Pendant ce laps de temps, le photon est "emprisonné" dans l'atome et doit attendre pour en ressortir, donc ça donne l'impression qu'il a été ralenti.

Pour information, ce phénomène est énorme dans les milieux très denses comme les étoiles. En principe à la vitesse de la lumière il ne faut que quelques minutes pour traverser le Soleil. Mais en réalité, les photons créés au centre du Soleil mettent plusieurs millions d'années à en sortir à cause des multiples collisions qu'ils subissent à l'intérieur de l'étoile.

Les neutrinos eux, qui n'interagissent quasiment pas avec la matière, ne sont bien sûr pas affectés par ce phénomène et ne mettent que quelques minutes à sortir du Soleil

comment expliquerais-tu que la lumière garde la même direction en passant à travers une vitre en verre.

est tu certain que quand de la lumière passe dans une vite, elle garde la même direction, ce n'est pourten pas toujours le cas

L'optique géométrique nous dit qu'à la traversée d'une vitre de verre (bien sûr pas de surfaces courbées ni tordue, rien que du plat), la lumière subit une réfraction (donc dévie de sa trajectoire) dans le verre, puis retrouve une trajectoire parallèle à sa direction de départ en sortie. Cependant il y a toujours une fraction du faisceau incident qui sera réfléchi, et celui-ci ne le sera pas dans une direction parallèle à celle de départ

Donc : une partie du faisceau est réfléchi, l'autre transmise... mais cela ne fait pas 100% du faisceau de départ. Que devient la fraction de lumière qui manque ? Une partie de l'énergie va être convertie en énergie thermique des atomes (= le verre va chauffer), une autre va être diffusée un peu dans n'importe quelle direction... Par quel phénomène ?

Comme je viens de l'expliquer, chaque atome rencontré par le photon va ensuite le réémettre. Mais pourquoi le renverrait-il exactement dans la même direction ? La réflexion sur un atome se fait totalement au hasard. Seulement sur le nombre d'atomes rencontrés, la contribution des changements de direction est nulle en moyenne, car tous les atomes du milieu ont la même distribution de vitesse et d'énergie (Boltzmannienne). Ceci explique que la plupart des photons va se retrouver dans la même direction en sortie. Mais une partie des photons aura subi des changements de direction plutôt d'un côté, et sera dévié. C'est la diffusion.

Dans un milieu où la distribution de vitesse des atomes n'est plus Boltzmannienne (changement d'indice, etc. comme l'air chaud sur les routes), la lumière ne subit pas les même déflexions selon le type d'atome qu'elle rencontre, et peut ainsi se trouver complètement déviée de sa trajectoire initiale, donnat forme aux mirages.

[Gaétan]

Ces processus d'excitation/désexcitation ne sont pas instantanés, il faut un certain temps à l'électron pour passer d'un niveau à l'autre (=temps de relaxation) qui est de l'ordre de 10e-12 s. Pendant ce laps de temps, le photon est "emprisonné" dans l'atome et doit attendre pour en ressortir, donc ça donne l'impression qu'il a été ralenti.

Et de plus, il faudrait que la fréquence de la lumière corresponde à une raie d'absorption.

Mais, c'est surtout une explication sdu point de vue de la QED qui aurait été intéressant. Tu connais suffisament pour donner quelques explications ? C'est des trucs du genre "des rayons incidents sont réfléchis dans toutes les directions mais il n'y en a qu'une selon laquelle ils ne s'annulent pas".

[invite4a308d84]

Je vous conseille effectivement de lire ce bouquin "lumière et matière" de Feynmann.
beaucoup de concepts de l'émectrodynamique quantique y sont présents
Georges.

[invitebb921944]

Très interessant Konrad merci pour toutes ces explications. Cependant, je ne comprends pas bien quelque chose, tu expliques pourquoi les photons sont réémis par les électrons présents dans l'atome dans une même direction. J'aimerai savoir comment savoir comment est dirigée le "vecteur direction". J'ai cru comprendre que les directions devait être nul en moyenne mais je ne vois pas bien ce que çà veut dire

[invitebb921944]

Alors maintenant j'ai une autre question peut-être un peu plus pointue. Si le "ralentissement" des photons est bien du au temps que met l'électron à se désexciter avant de le réemettre, comment se fait-il qu'il soit possible de dépasser la vitesse de la lumière ?
Voici un lien pour appuyer celà : http://www.cybersciences.com/cyber/3.0/n1955.asp

On peut éclairer la matière tant que l'on veut, les photons mettront toujours plus de temps à la traverser qu'à traverser la vide puisque selon ce principe, le temps que met l'électron à se désexciter et à renvoyer le photon stoppe nécessairement pendant quelques instants le photon. Alors comment aller plus vite que la lumière ? J'ai du mal à voir comment l'électron peut renvoyer un photon avant même d'avoir été excité histoire de gagner un peu de temps
J'aimerais aussi savoir comment cette possibilité d'aller tout de même 310 fois à la vitesse de la lumière est perçue par les théoriciens de la relativité et enfin, une question qui m'a toujours préoccupée :
Comment doit-être comprise la fameuse phrase : Rien ne peut aller plus vite que la lumière dans le vide.
Est-ce que çà veut dire que quelque soit la vitesse d'un objet placé dans un matériau QUELCONQUE (même le vide), cette vitesse ne pourra jamais dépasser c ?
Ou est-ce qu'il faut comprendre qu'un objet même s'il peut aller plus vite que c dans un matériau ne pourra jamais dépasser c dans le vide ?

J'entends par c la vitesse de la lumière dans le vide (donc dans aucun matériau)

[invitebb921944]

Pour ma dernière question, je peux la reformuler d'une manière plus claire je crois :
Doit-on comprendre :
1)Rien dans le vide ne peut dépasser la vitesse de la lumière dans ce même vide (ce qui permet à quelque chose qui n'est pas dans le vide de la dépasser)
2)Rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière mesurée dans le vide (ce qui ne permet pas à rien et ce dans n'importe quel milieu de la dépasser)

J'ai l'impression qu'Einstein pensait plutôt à la deuxième proposition mais je peux me tromper...

[Quinto]

Non c'est faux.

On peut aller plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide (C quoi)
On peut aussi aller moins vite.
Mais quand on est d'un coté de la barrière, on ne peut pas passer de l'autre coté...

Une particule plus lente que C le sera toujours, et une particule plus rapide le sera toujours également....

[Gaétan]

L'hypothèse d'Einstein, c'est que la vitesse de la lumière dans le vide doit avoir la même valeur quelque soit l'observateur. Une des conséquence de cette hypothèse est que rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière dans le vide - ta deuxième proposition donc.
Je ne fais pas trop confiance à ton lien.
Mais le ralentissement des photons dans la matière n'est pas du aux absorptionx et émissionx. Il s'agit simplement d'une autre vitesse de propagation de la lumière parce qu'on se trouve dans un autre milieu, mais le phénomène est le même. Il se passe d'autre chose en plus.

[Gaétan]

On peut aller plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide (C quoi)
On peut aussi aller moins vite.
Mais quand on est d'un coté de la barrière, on ne peut pas passer de l'autre coté...

Mouais, mais l'autre côté de la barrière comme tu dis, n'est que spéculatif, non ?

[invitebb921944]

Quinto, je ne vois pas ce que tu veux dire par autre coté de la barrière.

[invite4a308d84]

aucune particule ne dépasse la vitesse de la lumière et pas même dans l'expérience de NEC citée (310 fois la vitesse de la lumière)

"comment se fait-il qu'il soit possible de dépasser la vitesse de la lumière ?
Voici un lien pour appuyer celà : http://www.cybersciences.com/cyber/3.0/n1955.asp":

il s'agit d'un paquet d'onde correspondant à une interférence entre plusieurs photons transmis de fréquence différente. Dans beaucoup de matériaux, les vitesses sont différentes en fonction de la fréquence mais toujours au maximum = à c.
Le paquet d'onde correspondant à l'amplitude maximale de l' interférence peut être amené à se déplacer par rapport à la position des photons émis, et dans ce cas aller plus vite que la lumière.
ce type de problème se résout très bien en considérant la lumière comme une onde toute simple. avec un ou deux diagramme, on peut comprendre très facilement ce qui ce passe.

In fine, on a bien l'effet suivant : une information a été transmise plus vite que la lumière.
Mais pour cela il a falu que des photons soient transmis avant, pendant et après, et qui "portent" cette information d'interférence dès le départ.
aucune contradiction donc avec les lois d'Einstein !

Georges.

au fait j'ai une question à poser, j'ouvre un autre sujet un peu stupide sur la vitesse c.

[invitea3fc981a]

comment se fait-il qu'il soit possible de dépasser la vitesse de la lumière ?
Voici un lien pour appuyer celà : http://www.cybersciences.com/cyber/3.0/n1955.asp
[...]
J'aimerais aussi savoir comment cette possibilité d'aller tout de même 310 fois à la vitesse de la lumière est perçue par les théoriciens de la relativité et enfin, une question qui m'a toujours préoccupée :
Comment doit-être comprise la fameuse phrase : Rien ne peut aller plus vite que la lumière dans le vide.

Houlà oui attention ! Je vais reformuler ce qu'a dit georgesl de façon un peu plus simple : comme il est dit dans l'article cité, c'est la vitesse de groupe qui atteint 320 fois la valeur de c. Une petite définition s'impose.

Dans cette expérience, c'est l'aspect ondulatoire de la lumière qui nous intéresse. Traçons donc une onde : une sinusoïde, et sa symétrique par rapport à l'axe x. On observe des "creux", quand les deux sinusoïdes se retrouvent à zéro, et des ventres quand leur amplitude est maximum (si vous ne voyez pas faites un dessin ça sera plus simple). Bien. Disons que ces sinusoïdes sont l'enveloppe de notre onde lumineuse (on appelle ça le battement de l'onde) : tracez une sinusoïde de plus grande fréquence à l'intérieur (qui oscille beaucoup plus vite), dont l'amplitude est bornée par cette enveloppe. Notre onde lumineuse aura une amplitude maximum dans les ventres, et nulle dans les creux. Maintenant nous avons un tracé de notre onde lumineuse en fonction du temps. Jusque là tout le monde suit ?


A partir de là on peut définir deux vitesses :

- la vitesse de phase qui est la vitesse de l'onde lumineuse en elle-même ; il s'agit dans le vide de c, ni plus ni moins. Pour la visualiser sur notre schéma, il faut imaginer que l'enveloppe qu'on a dessinée est fixe, et l'onde lumineuse se déplace à l'intérieur de gauche à droite par exemple.

- la vitesse de groupe qui est la vitesse de l'enveloppe. Pour la visualiser, il faut imaginer l'onde lumineuse "fixe", et cette fois c'est l'enveloppe qui se déplace.


Ainsi la vitesse de l'onde lumineuse est bien bornée par c (vitesse maximale atteinte dans le vide), alors que la vitesse de groupe n'a pas de limite puisqu'elle ne correspond pas au déplacement d'un objet physique "réel". Ce ne sont que les crêtes d'amplitude qui se déplacent, elles peuvent aller un million de fois plus vite que la lumière si elles veulent, ça ne contredit en rien la relativité.

Le sensationnel de ce genre d'expérience provient d'une mauvaise interprétation de la relativité (ou d'une mauvaise vulgarisation) : on a tendance à dire que rien ne peut aller plus vite que la lumière. C'est faux. Il serait plus juste de dire qu'aucune information ne peut se déplacer plus vite que c. Ainsi la matière, la lumière, ne peuvent pas se déplacer plus vite que la lumière ; en revanche les crêtes d'amplitude (les "enveloppes") des ondes peuvent se déplacer aussi vite qu'elles veulent, puisqu'elles ne transportent aucune information. Cela signifi aussi que ces dernières ne peuvent bien sûr pas être utilisées pour des communications plus rapides ou autres...


Je pense avoir répondu à la plupart de tes questions Ganash, si tu en as d'autres n'hésite pas

[invitea3fc981a]

Oups, j'ai zappé une question :

J'ai cru comprendre que les directions devait être nul en moyenne mais je ne vois pas bien ce que çà veut dire

Imaginons un photon qui arrive sur un pauvre petit atome qui n'a rien demandé. Gloups, l'atome avale le photon. C'est une électron qui passe sur un niveau d'énergie supérieur (la couche électronique concernée dépend de la fréquence de la radiation, mais c'est une autre histoire). Bref, cet électron ne continue pas moins son parcours pour le moins chaotique sur son orbitale. Ainsi quand le moment de rééjecter le photon va venir, l'électron peut se trouver n'importe où ! Le photon peut donc être réémis dans n'importe quelle direction.

Sur le nombre d'atomes qu'il va rencontrer, le photon a statistiquement autant de chances d'être renvoyé dans chaque direction. C'est cela que je voulais dire : en moyenne, l'angle de déviation sera nul.


Seule l'émission stimulée intervenant dans les processus laser provoquent des émissions de photons dans une direction bien particulière, mais en général (émission spontanée) le rayonnement se fait dans n'importe quelle direction.

[invitea3fc981a]

On peut aller plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide (C quoi)
On peut aussi aller moins vite.
Mais quand on est d'un coté de la barrière, on ne peut pas passer de l'autre coté...

Une particule plus lente que C le sera toujours, et une particule plus rapide le sera toujours également....

Je reconfirme à nouveau : aucune particule quelle qu'elle soit ne peut aller plus vite que c, qui est une limite physique au transport d'information. Toute particule transporte avec elle des informations (champ électrique, spin etc.) et ne peut donc dépasser c

Le dépassement de la vitesse de la lumière ne concerne que certains processus bien particuliers comme la vitesse de groupe évoquée plus haut

[gatsu]

Houlà oui attention ! Je vais reformuler ce qu'a dit georgesl de façon un peu plus simple : comme il est dit dans l'article cité, c'est la vitesse de groupe qui atteint 320 fois la valeur de c. Une petite définition s'impose.

Dans cette expérience, c'est l'aspect ondulatoire de la lumière qui nous intéresse. Traçons donc une onde : une sinusoïde, et sa symétrique par rapport à l'axe x. On observe des "creux", quand les deux sinusoïdes se retrouvent à zéro, et des ventres quand leur amplitude est maximum (si vous ne voyez pas faites un dessin ça sera plus simple). Bien. Disons que ces sinusoïdes sont l'enveloppe de notre onde lumineuse (on appelle ça le battement de l'onde) : tracez une sinusoïde de plus grande fréquence à l'intérieur (qui oscille beaucoup plus vite), dont l'amplitude est bornée par cette enveloppe. Notre onde lumineuse aura une amplitude maximum dans les ventres, et nulle dans les creux. Maintenant nous avons un tracé de notre onde lumineuse en fonction du temps. Jusque là tout le monde suit ?


A partir de là on peut définir deux vitesses :

- la vitesse de phase qui est la vitesse de l'onde lumineuse en elle-même ; il s'agit dans le vide de c, ni plus ni moins. Pour la visualiser sur notre schéma, il faut imaginer que l'enveloppe qu'on a dessinée est fixe, et l'onde lumineuse se déplace à l'intérieur de gauche à droite par exemple.

- la vitesse de groupe qui est la vitesse de l'enveloppe. Pour la visualiser, il faut imaginer l'onde lumineuse "fixe", et cette fois c'est l'enveloppe qui se déplace.


Ainsi la vitesse de l'onde lumineuse est bien bornée par c (vitesse maximale atteinte dans le vide), alors que la vitesse de groupe n'a pas de limite puisqu'elle ne correspond pas au déplacement d'un objet physique "réel". Ce ne sont que les crêtes d'amplitude qui se déplacent, elles peuvent aller un million de fois plus vite que la lumière si elles veulent, ça ne contredit en rien la relativité.

c'est bizarre moi j'ai appris l'inverse ...que c'etait la vitesse de phase qui n'avait pas de signification reelle mais que la vitesse de groupe corespondait à la vitesse reelle de la propoagation de l'onde.
Et dans tous les exercices que j'ai fais la vitesse de groupe est egalement donnée à partir du vecteur de poynting (qui correspond à la densité de flux d'energie donc qui est plutot physique comme grandeur)....donc là je suis confus!est ce quelqu'un pourrait eclaircir tout ça?

ps:un truc que j'ai appris en cours par contre et qui est toujours vrai (cela va peut etre nous aider) c'est que l'on a toujours:

[invitebb921944]

Juste un truc que je ne suis pas certain d'avoir saisi : Quand tu parles d'enveloppe, tu parles du support de l'onde en gros ? Parce que fixer l'onde lumineuse et bouger l'enveloppe, çà ne me parle pas vraiment et j'ai du mal à voir ce qu'est cette enveloppe.

[invite36602837]

Juste pour reagire sur les particules qui pourrais aller plus vite que c.

J'ai lu dans un bouquin de vulgarisation que la RG disait qu'il était impossible a une particule d'aller a c (exception faite du photon qui lui est c) mais qu'il n'était pas interdit d'avoir une particule qui naitrait a une vitesse superieur a c, en gros, on peut aller a 99,99999999% ou 100,000000000001% mais pas a 100% de c. Comme qqun la dit plus haut, c est une barriere infranchissable, mais quant il y a une barriere, elle est entre 2 mondes. Ces particule hypothetique s'appelent tachyon.

Et juste pour compliquer un peu le debat, il existe un phenomene ou la vitesse est infini, le saut quantique. Et dans ce cas, c est depasser par une particule qui "vit" normalement en dessous de c. Comment cela est-il possible ???

Petite supposition sur le saut quantique. Pourrait-on imaginé que lorsqu'une particule fait un saut quantique (il me semble que seul l'electron peut le faire, mais a confirmer), un tachyon puisse etre emis dans le saut, ce qui le fait apparaitre a partire d'une particule dont la vitesse relative, a l'instant de l'emision, est superieur a c et ce qui crée le tachyon dans l'etat "vitesse c dépasser", mais comme il ne peut pas franchire la limite imposée par c, il va de tout facon plus vite que c. Enfin, c'est une hypothese.