Un photon a t-il une structure ?

[Karibou Blanc]

Le modèle Doppler/Relativiste ne requière pas cette contrainte.

Et pourquoi crois tu que les galaxies s'éloignent les unes des autres si ce n'est à cause de l'expansion. La seule en jeu à ces échelles est la gravitation, et cette dernière devrait concentrer les galaxies et non les diluter, car elle est attractive, on devrait ainsi observer un décalage vers le bleu et non le rouge. Puisqu'aucune force ne peut faire fuir les galaxies les unes des autres, la seule explication raisonnable et que l'espace lui meme se dilate. Ce qui sans contestation possible corroborer par l'observation d'un rayonnement de fond cosmologique qui prouve que l'univers devient plus dense quand on remonte dans le passé.

tout ceci est cohérent, et s'appelle le modele du bigbang.

le redshift cosmologique peut etre assimilé (il produit les memes effets) à un effet Doppler. Mais strictement parlé ce n'en est pas un car dans le référentiel de l'observateur, les galaxies s'éloignent non à cause d'un mouvement propre de galaxies mais d'une dilatation de l'espace.
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[Karibou Blanc]

Pour moi ce qui a changé c'est la densité d'énergie, il n'y a pas eu perte d'énergie....

la densité change bien sur mais l'énergie totale aussi, puisque le nombre de photon ne change pas lui.

J'ai un nombre total de photon N constant (il n'y a pas de fuite dans l'univers), l'énergie de chacun (e) diminue à cause de l'expansion (j'espère que tu as compris cela et que tu es d'accord avec). donc l'énergie totale (supposant qu'ils ont tous la meme énergie à un instant t) E(t+dt)=N.e(t+dt)<E(t)=N.e(t)

[invite1ab59cc3]

Vous voulez a tout pris associer une extension de longeur d'onde à une perte d'énergie.

La densité change.
Le nombre de photon ne change pas.
Donc l'énergie totale est invariante de ce point de vue...

Je suis logique.

[invite1ab59cc3]

l'énergie de chacun (e) diminue à cause de l'expansion (j'espère que tu as compris cela et que tu es d'accord avec).

Non c'est le point que je réfute justement. Prenons une analogie :

Soit un élastique théoriquement parfait .
Je tend l'élastique. a un bout j'applique un train d'onde, représentant l'énergie impulsion E.
Mon onde se propage le long de l'élastique.

Supposons que je rallonge l'élastique, donc j'augmente sa tension.
La longueur d'onde s'allonge.

Mais mon énergie initiale d'impulsion est toujours là...Elle a juste changé de forme...


Bien sur, il y aura amortissement de l'onde, du fait des pertes d'énergie lié à ce modèle fait d'atomes .

[invite5e5dd00d]

On a l'impression que tu ne comprends pas ce qu'ils te racontent :
1) le nombre de photons est constant
2) la "concentration" des photons se dilue avec leurs mouvements dans un espace (même s'il ne se dilate pas).
3) la longueur d'onde diminue à cause de la dilatation de l'espace.

Donc en gros, l'énergie globale sans atténuation de l'amplitude et sans dilatation de l'espace resterait constante.

Cependant, l'énergie n'est pas seulement définie par l'amplitude mais aussi par la fréquence, la longueur d'onde, la période (qui représentent toutes l'alternance de l'onde). Cette longueur d'onde peut augmenter de deux manières : par dilatation de l'espace (comme expliqué par Karibou) ou par effet Doppler. Ces deux causes ont des effets comparables. En revanche, dans le cas de l'effet Doppler, on peut aussi voir la fréquence augmenter quand on se rapproche de la source, tandis que la dilatation de l'espace ne va que dans un sens (il n'y a pas compression de l'espace).

Sur ta dernière intervention :
Tu allonges la longueur d'onde (=tu diminue la fréquence), donc l'énergie diminue...
L'énergie d'un photon est définie par sa fréquence : E=h.f (où f est la fréquence et h constant).

Perso (mais je peux me tromper), j'ai jamais eu l'impression qu'on aimait parler d'impulsion pour un photon (il n'a pas de masse et l'impulsion c'est p=m.v (masse*vitesse))

[Deedee81]

Non c'est le point que je réfute justement. Prenons une analogie :
Soit un élastique théoriquement parfait .
Je tend l'élastique. a un bout j'applique un train d'onde, représentant l'énergie impulsion E.
Mon onde se propage le long de l'élastique.
Supposons que je rallonge l'élastique, donc j'augmente sa tension.
La longueur d'onde s'allonge.
Mais mon énergie initiale d'impulsion est toujours là...Elle a juste changé de forme...
Bien sur, il y aura amortissement de l'onde, du fait des pertes d'énergie lié à ce modèle fait d'atomes .

Bonjour Mumyo,

Fait attention avec les analogies.
Je suis désolé de le dire, mais tout ce que prouve ton
analogie c'est que l'univers n'est pas un élastique.

[invite1ab59cc3]

On a l'impression que tu ne comprends pas ce qu'ils te racontent :

Non ce n'est pas cela...

Ce n'est pas une incompréhsion "absolue", mais une incompréhension relative.
Une relation mutuelle.

Tout comme dans le problème qui nous occupe.

Ou pour moi rien ne se perd, rien ne se crée.
Tous les phénomènes observés sont en mutuelle dépendance.

L'énergie n'a pas globalement diminuée.
Si l'on suppose l'expansion. Tous les observateurs observent des phénomènes similaires sans que ce soit une réalité absolue.

Variation de densité veut dire changement de répartition, non Disparition.

Si vous maintenez l'idée de perte d'une perte d'énergie... Qu'est-elle devenue?


Cordialement,

[invite1ab59cc3]

Au long des ères, l'espace se dilate.Les galaxies s'éloignent et le rayonnement fossile se refroidit en se diluant.Au moment de son émission, il y a 15 milliards d'année, sa température était de 3000 degrés. Aujourd'hui elle est de 3 degrés.
Dans 15 milliard d'années, elle sera de 1.5 degré.

Mais en même temps le covolume s'accroit prodigieusement. Résultat net de ces deux effets : Le nombre de photons du rayonnement fossile dans le covolume reste le même. En d'autre mots, l'entropie cosmique par covolume (portée essentiellement par les photons du rayonnement fossile ) ne change (pratiquement) pas. L'expansion de l'univers est un phénomène à "entropie" constante. Elle ne crée pas d' "entropie".

Hubert Reeves. ( Doctorat en astrophysique nucléaire )

[obi76]

Bonjour,

Une question me taraude, et bien que simple je pense qu'elle va hérisser les poils de quelques uns mais je me lance.

la constante de Planck h est constante, mais le reste-t-elle si on considère l'expansion de l'Univers (même si c'est une variation infime) ?

Merci

[Deedee81]

Ou pour moi rien ne se perd, rien ne se crée.

Effectivement, là il peut y avoir un problème
car, en relativité générale, localement
l'énergie (plus exactement le tenseur énergie-impulsion)
est toujours conservée,
globalement elle ne l'est pas.
En fait, globalement, en relativité générale,
la conservation de l'énergie totale ça n'a pas
beaucoup de sens.

Le mieux pour comprendre serait probablement
de potasser la relativité générale mais y a-t-il
quelqu'un ici qui saurait vulgariser ça clairement
(pourquoi c'est ainsi, pourquoi ce n'est pas paradoxal,
pourquoi ce n'est pas un problème) ?

Sinon, tu peux résoudre ton problème très
simplement. Tu te rappelles ce que je t'ai dit
concernant le puis de potentiel ?
L'énergie totale, considère que c'est
l'énergie du contenu (dont ce rayonnement)
+ l'énergie potentielle (de gravitation).
L'un diminue, l'autre augmente. Et Hop !
Bon, c'est pas très rigoureux mais c'est explicatif
sans devoir se taper la RG.

Ou alors, je te conseille le livre Gravitation
de Thorne, Misner et Wheeler. Tu trouveras
les explications et c'est en plus un très bon
cours sur la RG.

[invite1ab59cc3]

Je pense qu'une mauvaise interprétation pourrait provenir du fait d'appliquer
la relativité générale, à une échelle locale.

Si cela était valable, alors même le contenu des galaxies et l'espace entre les planètes augmenterait , tout augmentant , on ne pourrait appercevoir d'expansion de l'univers.

à l'échelle locale locale il n' y a pas d'effet perceptible de la relativité générale. Le volume des galaxies n'a pas augmenté. Et il n'y a pas de raison d'imaginer une augmentation de la longueur d'onde lumineuse, alors que la galaxie qui nous contient , elle ne bouge pas.... Cette augmentation n'est qu'un effet Doppler, perceptible parceque la vitesse d'éloignement relatif des galaxies lointaines atteint des valeurs relativistes.

[Coincoin]

Hubert Reeves. ( Doctorat en astrophysique nucléaire )

Oui, le nombre de photons par unité de covolume reste constant. Mais si on appelle a le facteur d'échelle, alors la longueur d'onde varie comme a, donc l'énergie par unité de covolume varie en 1/a. Et de plus le volume augmente en a³. Donc au final la densité volumique d'énergie pour la lumière varie en 1/a^4. Alors que pour la matière, c'est en 1/a^3 (on a l'effet d'expansion du volume mais pas de dilatation de la longueur d'onde). C'est ce qui explique qu'alors qu'il était prédominant au début de l'univers, le rayonnement est devenu minoritaire face à la matière (qui se dilue moins).

Si cela était valable, alors même le contenu des galaxies et l'espace entre les planètes augmenterait , tout augmentant , on ne pourrait appercevoir d'expansion de l'univers.

Non. Les galaxies sont des corps gravitationnellement liés, contrairement à la lumière.

Et il n'y a pas de raison d'imaginer une augmentation de la longueur d'onde lumineuse, alors que la galaxie qui nous contient , elle ne bouge pas....

Si. C'est la galaxie qui est un cas particulier. Elle devrait s'expandre, mais le fait qu'elle soit liée fait qu'elle ne change pas de taille. Ça n'empêche pas que ce soit la relativité générale qui s'applique. C'est comme si tu colles des pièces et des gommettes sur un ballon que tu gonfles. Les pièces ne grandissent pas, les gommettes s'étendent.

Cette augmentation n'est qu'un effet Doppler, perceptible parceque la vitesse d'éloignement relatif des galaxies lointaines atteint des valeurs relativistes.

Le redshift cosmologique n'est pas un effet Doppler. Un effet Doppler provient d'un mouvement relatif entre la source et l'émetteur. Ici, ce n'est pas le cas. C'est l'expansion au cours de la propagation qui fait varier la longueur d'onde. On se rend compte qu'il y aurait un problème avec un effet Doppler quand on calcule le décalage d'objets lointains : on repère des quasars ayant un redshift de 6 voire plus. Dans ton interprétation, ça voudrait dire que le quasar se déplace à plusieurs fois la vitesse de la lumière par rapport à nous...

Si tu n'arrives pas à te convaincre tant pis pour toi. Mais les lois de l'électromagnétisme relativiste montre clairement qu'un rayonnement dans un espace en expansion perd de l'énergie. La loi de la conservation de l'énergie n'est plus valable dans un espace en expansion.

Coincoin (Doctorant en cosmologie) (vu qu'apparemment faut avoir recours à des arguments d'autorité)

[obi76]

Dans ce cas là ne pourrai-t-on pas dire que 2 Galaxies sont liées par la gravitation (si faible soit-elle) ?
L'expansion de l'Univers, si elle est visible sur de très grande échelle ne peut pas être appliquée aux courtes échelles, ou la considère-t-on comme négligeable ?

Cordialement

[invite1ab59cc3]

Merci Coincoin,

Non. Les galaxies sont des corps gravitationnellement liés, contrairement à la lumière.

La lumière est "liée" à la gravité aussi en ce sens qu'elle est déviée par la géométrie de l'espace-temps. ( Lentilles gravitationnelles).

C'est l'expansion au cours de la propagation qui fait varier la longueur d'onde.

Cela revient à appliquer la Relativité Générale à une échelle Quantique ...Ce qui reste à prouver.


Merci à toi,
Bonne journée.

Mumyo

[obi76]

Appliquer la RG au quantique, je ne pense pas que ce serai nécessaire. A mon avis il sagirrai plus d'une variation non pas locale au photon mais moyenne tout au long de son parcours qui lui ferai changer sa longueur d'onde.

C'est comme si tu regardait extrêmement précisément ce qui se passe en un point de l'espace, tu verra des paires particules/antiparticules apparaitre et disparaître, à l'endroit ou tu regarde (sauf erreur) tu verra par exemple une particule apparaitre et disparaître, ce n'est pas pour ça que l'on doit en déduire que l'énergie de l'Univers a explosé pendant 1ns...
La relativité s'applique à l'espace dans une échelle telle que ce n'est plus les fluctuations quantiques qui sont à prendre en compte mais leur moyenne...

[Karibou Blanc]

La relativité s'applique à l'espace dans une échelle telle que ce n'est plus les fluctuations quantiques qui sont à prendre en compte mais leur moyenne...

non pas la moyenne des fluctuations (qui n'est pas forcement nulle, prends le parfait analogue qu'est la température par exemple), mais le résultat classique autour duquel on néglige les fluctuations quantiques.
A ce détail pres tu as raison.

[Coincoin]

La lumière est "liée" à la gravité aussi en ce sens qu'elle est déviée par la géométrie de l'espace-temps. ( Lentilles gravitationnelles).

Ce n'est pas ce que j'entends par "lié gravitationnellement". Deux corps sont liés gravitationnellement si la gravité entre les deux s'oppose à leur séparation. Un corps est lié gravitationnellement si toutes ses parties sont liées gravitationnellement entre elles. Pour un photon, ça n'a pas de sens.

Cela revient à appliquer la Relativité Générale à une échelle Quantique ...Ce qui reste à prouver.

Le résultat que l'énergie diminue avec l'expansion n'a pas besoin de faire appel à la physique quantique. Après, si tu veux raisonner photon par photon, effectivement il faut faire de la physique quantique relativiste en espace courbe. Mais je pense que même s'il n'y a pas de théorie finie, on en sait déjà suffisamment pour pouvoir être affirmatif.

[Deedee81]

Je pense qu'une mauvaise interprétation pourrait provenir du fait d'appliquer
la relativité générale, à une échelle locale.
Si cela était valable, alors même le contenu des galaxies et l'espace entre les planètes augmenterait , tout augmentant , on ne pourrait appercevoir d'expansion de l'univers.
à l'échelle locale locale il n' y a pas d'effet perceptible de la relativité générale. Le volume des galaxies n'a pas augmenté. Et il n'y a pas de raison d'imaginer une augmentation de la longueur d'onde lumineuse, alors que la galaxie qui nous contient , elle ne bouge pas.... Cette augmentation n'est qu'un effet Doppler, perceptible parceque la vitesse d'éloignement relatif des galaxies lointaines atteint des valeurs relativistes.

Holà ! Attention ! Plusieurs choses, plusieurs erreurs.
En seulement quelques lignes, chapeau

1) Le fait que les effets de la RG soient faibles ne signifie
pas qu'elle ne s'applique pas. La RG n'est pas un "patch"
appliqué à une théorie plus simple comme la gravité
newtonienne. Elle se suffit à elle même.

2) La RG s'applique localement : elle décrit par
exemple le mouvement de la Lune autour de la Terre.
Ou la chute d'une pomme.

3) Les concepts de la RG sont très différents
de ceux de la physique newtonienne et incompatibles.
Il faut raisonner dans un cadre ou dans l'autre, jamais
les deux à la fois où on dit des énormités.
Par exemple mélanger les concepts "expansion
de l'espace" et "vitesse de récession <=> effet Doppler".
Et comme à l'échelle de l'univers la physique
newtonienne n'est plus valide, on n'a pas le choix.
Un raisonnement newtonien peut être
valide mais approximativement et
pas sur l'univers ni dans sa globalité ni
sur une "trop" longue période.
Le mot "approximativement" est important !
Si on veut aller plus loin, ou comprendre
physiquement ce qui se passe, faut traduire d'un
langage à l'autre Autant partir directement
du bon pied !

4) L'expansion constante et homogène et tout ça
ce n'est valable que via le principe (observationnel)
cosmologique : univers homogène.
C'est ça qui n'est pas valable
à échelle locale. Par la RG ! A échelle locale, c'est loin d'être
homogène (heureusement ) et la RG explique alors très bien que
les objets liés gravitationnellement ne sont pas
soumis à l'expansion.

5) Tu continues à affirmer, sans preuve, que le
redshift cosmologique est un effet Doppler.
Peux-tu le prouver par des données d'observation ?
(rappellons que la RG, à part ces foutues ondes gravitationnelles,
est, elle, très largement confirmée expérimentalement).

[Coincoin]

(rappellons que la RG, à part ces foutues ondes gravitationnelles,
est, elle, très largement confirmée expérimentalement).

Et encore l'évolution de la période du pulsar de Taylor et Hulse montre indirectement mais parfaitement le rayonnement d'ondes gravitationnelles...

[bardamu]

(...)
Cela revient à appliquer la Relativité Générale à une échelle Quantique ...Ce qui reste à prouver.

Sur quoi fondes-tu ta notion d'échelle ? La distance ? Une échelle énergétique ?
Un photon décrit quantiquement dans un labo échapperait à la gravitation alors qu'un photon décrit par la RG entre une étoile et la Terre n'y échapperait pas ?

En principe, les 2 théories s'appliquent à toutes les échelles et si on néglige parfois la gravitation ou parfois les autres interactions, c'est fonction de leur intensité relative qui donne ou pas un sens à une approximation.

[invite1ab59cc3]

Merci à tous pour vos réponses.

Voilà avec ma façon triviale de faire de la physique taillée à la serpe,
Je vous propose une expérience de pensée .

Peut-être que mon problème se situe au niveau ma conception de l'énergie qui n'est pas claire...

Pour reprendre le problème que je ne comprends pas...Vous dite que l'univers s'expand à de manière homogène, et que la longueur d'onde des photons diminuant, il y a une perte d'énergie.

Alors que pour mon mode simpliste de pensée...C'est une dilution d'une même énergie dans un covolume.

Bon alors voici mon expérience de pensée :

Imaginez une puissante source d'énergie lumineuse comparable à une grosse torche électrique.
Vous allumez la torche, les batterie contenant une énergie déterminée.
et cela jusqu'à épuisement des batteries donc vous connaissez précisément la charge, donc la quantité d'énergie libérée.

Cette lumière se propage dans le vide.

Mais dans un espace défini comme étant en expansion.
Vous me dite que l'énergie initialement contenue dans ma grosse batterie à diminué par "perte" ...

Donc ma question est : Où se trouve cette énergie perdue ?

[Coincoin]

Nul part (ou pour être plus exact, la bonne réponse est mu ). Ça aurait un sens de se le demander si l'énergie était conservée (si elle est conservée et qu'elle n'est pas là alors elle est forcément ailleurs), mais ce n'est pas le cas dans un univers en expansion. Je le répète encore une fois : dans un univers en expansion, l'énergie n'est pas conservée. Ce ne sont même pas des pertes (une perte étant un transfert non-souhaité), c'est juste que l'énergie change.
SI tu prends deux personnes qui ont 20 ans, la somme de leur âge vaut 40. CInq ans plus tard tu en rencontres un des deux et tu apprends qu'il a 25 ans. Tu ne peux pas en conclure pour autant que l'autre a 15 ans... Non, la somme de leur âge est passée à 50 ans. On peut se demande d'où viennent les 10 ans de différence, mais ça n'a pas de sens. La somme des âges n'est pas une quantité conservée, elle évolue avec le temps.

[Gwyddon]

Excellente analogie Coincoin

[invite5e5dd00d]

"Dehors, les règles du jeu changent..."

[Deedee81]

Bonjour,

Et encore l'évolution de la période du pulsar de Taylor et Hulse montre indirectement mais parfaitement le rayonnement d'ondes gravitationnelles...

Comment j'ai pu oublier ça

Merci coincoin,

[invite1ab59cc3]

Nul part (ou pour être plus exact, la bonne réponse est mu ).

Oui mais Mu, ne signifie pas Rien...

Mais vide d'existence indépendante. Rien en tant que néant, n'a pas de sens.
Le Mu peut-être un autre niveau d'organisation.
Rien ne se perd, Rien ne se perd, Tout se transforme, de manière interdépendante.

Notre problème est de reconnaitre les différents niveaux d'organisation.
Et d'expliquer les passage d'un niveau d'organisation à un autre...



Cordialement,

[invite5e5dd00d]

J'ai rien compris.
Tu mélanges un peu tout : principe religieux et spirituels avec Lavoisier, cristallographie (?) et entropie...
Enfiin pour moi ce qui n'a pas sens, c'est ce que tu dis.

L'exemple de CoinCoin était pourtant excellent.
Pour préciser, il faudrait dire que la perte d'énergie citée plus haut ne peut pas être interprétée dans le cadre de la thermodynamique sous forme d'une création de désordre (entropie) ou perte d'énergie vers l'extérieur (échanges entre systèmes, conservation de l'énergie). C'est un résultat de la RG qui peut se comprendre parfaitement : quand on change la métrique (les règles du jeu changent), alors ce qu'on mesure a changé de signification, de valeur.

[invite1ab59cc3]

Pour préciser, il faudrait dire que la perte d'énergie citée plus haut ne peut pas être interprétée dans le cadre de la thermodynamique sous forme d'une création de désordre (entropie) ou perte d'énergie vers l'extérieur (échanges entre systèmes, conservation de l'énergie).

Donc parler de perte d'énergie pour des photons dans un covolume en expasion n'a aucun sens !

Cordialement,

[Coincoin]

Ça dépend ce que tu appelles "perte". La lumière pert de l'énergie au sens où l'énergie comprise dans un covolume diminue avec l'expansion. Mais elle ne perd pas d'énergie dans le sens où elle le transférerait vers quelque chose d'autre. Or c'est souvent le deuxième sens qu'on a en tête (quand je perds 1 kg, ils sont partis quelque part, sous une forme ou une autre). Il faut garder en tête mon analogie précédente : la lumière perd de l'énergie tout comme mes deux gars gagnait de la somme d'âge.

[invite1ab59cc3]

La lumière pert de l'énergie au sens où l'énergie comprise dans un covolume diminue avec l'expansion.

Pour moi le terme de densité d'énergie convient mieux...

Le terme énergie est ambigu.

Si on considére l'ensemble des photons dans leur co-volume. l'énergie devient une fonction d'état du système Photon/Covolume.

à un Covolume donné on peut associé une longeur d'onde donnée, ce qui se s'interprète pas comme "perte" mais comme Changement d'état.

Cela revient à introduire la RELATIVITE de l'etat d'énergie.

Ce qui est un phénomène différent.

Sommes-nous d'accord ?