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La lumière a-t-elle une masse ?



  1. #1
    LicenceXP

    La lumière a-t-elle une masse ?

    Bien le bonsoir !

    Un photon a-t-il une masse ? Si je prends la formule E=mc², je peux tjs essayer de calculer l'énergie du photon en connaissant sa longueur d'onde et ensuite d'isoler sa masse via cette formule.

    Si un photon n'a pas de masse, pourquoi peut-il être dévié par des objets massifs dans l'espace (je pense aux lentilles gravitationnelles par exemple) ?

    -----


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  3. #2
    Cassano

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Non un photon n'a pas de masse.

    En revanche, il est contraint à suivre la géométrie de l'espace (courbée dans le cas des lentilles gravitationnelles) et il interagit avec la matière par interractions nucléaire et électromagnétique (diffusion, absorption, ...).
    "Vous qui entrez, laissez toute espérance" Dante

  4. #3
    Kilarn

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Enfin en même temps, on peut toujours dire que même l'énergie a une masse, aussi infime soit elle (calculable par E=mc²). Le photon n'as pas de masse mais son énergie, oui...

    Enfin corriger moi si je me trompe, je commence à avoir quelques connaissances en physique donc j'essaye d'aider comme je peux mais il se peut que j'ai tort donc...à prendre avec des pincettes par principe de précaution

  5. #4
    Cassano

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Non il y a une équivalence masse-énergie en vertue de la relation d'Einstein. Néanmoins il serait faux et assez fallacieux de dire que le photon à une masse parce qu'il à une énergie... La masse est une propriété intrinsèque de la matière, liée à d'autres phénomènes (interraction avec le boson de Higgs... enfin s'il existe )
    "Vous qui entrez, laissez toute espérance" Dante

  6. #5
    Weensie

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Citation Envoyé par Kilarn Voir le message
    Enfin en même temps, on peut toujours dire que même l'énergie a une masse
    Attention au funambulisme sémantique !

    L'énergie n'est pas une personne , l'énergie n'est pas un objet .
    C'est une grandeur .
    C'est comme dire qu'une force a une température . Ce n'est pas la même chose
    .

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    GrisBleu

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Citation Envoyé par Kilarn Voir le message
    Enfin en même temps, on peut toujours dire que même l'énergie a une masse, aussi infime soit elle (calculable par E=mc²). Le photon n'as pas de masse mais son énergie, oui...
    Salut

    Eh bien non, c en est pas equivalent
    cfhttp://forums.futura-sciences.com/post302894-6.html
    ++

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  10. #7
    Urgon

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Je profite de cette question pour rebondir :

    J'ai toujours vu E=mc² comme une formule indiquant que la masse est convertible en énergie (et réciproquement), et non pas que tout ce qui est énergie possède de facto et en même temps une masse, et réciproquement.

    c² étant en quelque sorte le "taux de change" entre masse et énergie.

    Pour l'histoire du photon, cela veut dire que le photon est convertible en une autre particule possédant une masse, ou qu'une particule massive peut se désintégrer en photons mais pas que le photon possède une masse.

    Cette vision des choses est-elle correcte ?

  11. #8
    Kilarn

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Ah voila, j'ai retrouvé ce que je voulais dire Dans "l'évolution des idées en physiques" de Einstein et Infeld, on nous dit précisément (j'ai pas retrouvé le passage désolé) que:

    Un bâton en fer chauffé à rouge est plus lourd, même si ce n'est qu'une légère différence, que ce même bâton en fer non chauffé. Si on dit que la température du bâton en fer est une sorte d'énergie, on peut bien dire que l'énergie engendre une augmentation (ou apparition dans le cas du photon) de la masse non ?

    Urgon=> Désolé j'ai pas trop compris ton explication pour l'histoire du proton qui se convertit en particule avec masse :/

  12. #9
    Urgon

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Photon, pas proton, Kilarn.

    Pour un exemple de conversion matière => photon et photon => matière, voir par exemple le schéma dans

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_Feynman

  13. #10
    Kilarn

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Je cite p.186 de "l'évolution des idées en physiques" de Einstein et Infeld":

    "Conformément à la théorie de la relativité, il n'y a pas de distinction essentielle entre la masse de l'énergie. L'énergie a une masse et la masse représente de l'énergie.(...)La preuve que l'énergie n'est pas privée de poids peut être faite,indirectement, de beaucoup de manières concluantes."

    Désolé j'ai pas eu le temps d'éditer le message ci dessus : / Après je sais pas si ça suffit comme explication cette citation ?

    Urgon=> Oups, désolé pour le proton, je sais pas pourquoi il est venu s'intercaler ici >_> Juste une faute d'inattention, désolé.

  14. #11
    Urgon

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Citation Envoyé par Kilarn Voir le message
    "...L'énergie a une masse et la masse représente de l'énergie..."
    Tout cela ne permet pas vraiment de trancher entre la masse est convertible ("représente") en énergie (comme la vision que je propose), et la masse est de l'énergie ("a").

    Einstein semble dire les deux choses.. ce n'est pas très précis.

    Mais, après tout, ce n'est pas incompatible. Mais dans le cas précis du photon, on dirait qu'une seule chose est possible : le photon est convertible en masse, et non le photon a une masse..

  15. #12
    invité576543
    Invité

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Je vais essayer une réponse, mais ce n'est pas facile sans aller trop loin!

    Citation Envoyé par Urgon Voir le message
    J'ai toujours vu E=mc² comme une formule indiquant que la masse est convertible en énergie (et réciproquement), et non pas que tout ce qui est énergie possède de facto et en même temps une masse, et réciproquement.
    Pourtant la réciproque est correcte (mais pas le sens direct).

    Partons dans l'autre sens.

    L'idée première est que tout ce qui est possède une énergie non nulle et une quantité de mouvement. La quantité de mouvement peut dans certains cas être nulle, mais pas l'énergie. La quantité de mouvement est une quantité vectorielle liée à la vitesse (en première approximation c'est la vitesse multipliée par la masse, mais ce n'est vrai que pour les petites vitesses).

    La masse m est E/c² dans le cas où la quantité de mouvement est nulle. Et uniquement dans ce cas là.

    Mais il y a des objets, comme le photon, dont on ne peut pas annuler la quantité de mouvement. Ils ont une énergie, mais on ne peut pas définir la masse comme ci-dessus. Pour différentes raisons, on leur attribue la masse nulle. La transformation m=E/c² est illicite parce que la condition quantité de mouvement nulle n'est pas vérifiée.

    Vu comme ça la masse est juste une mesure particulière de l'énergie pour certains objets, mesure de l'énergie faite dans une condition bien particulière : la quantité de mouvement nulle. En clair, cela veut dire l'énergie mesurée par un observateur immobile par rapport à la particule.

    Pour l'histoire du photon, cela veut dire que le photon est convertible en une autre particule possédant une masse
    Cette vision de la conversion n'est pas bonne, l'une des raisons étant qu'on a tendance alors à voir le photon comme une quantité d'énergie particulière, propre au photon. Or c'est faux. Un même photon a des énergies différentes quand mesurée par des observateurs différents. Pour tout photon il existe des observateurs le voyant comme ayant une énergie suffisante pour se matérialiser et des observateurs qui voient au contraire une énergie trop faible.

    Alors, le photon peut-il se matérialiser ou pas?

    En fait une telle "transformation" demande (au moins) deux objets, le photon et autre chose. Ces deux objets se déplacent l'un vers l'autre, et il est impossible d'annuler la quantité de mouvement des deux à la fois (ce qui empêche de calculer en termes de masse). C'est l'énergie mutuelle entre le photon et l'autre chose qui compte pour la matérialisation. Vu d'un troisième observateur, il se peut très bien que l'énergie du photon soit très faible, totalement insuffisante pour expliquer la masse obtenue : pour cet observateur, c'est l'énergie de l'autre chose qui est "convertie" en masse.

    On a donc des observateurs qui voient la "conversion" comme celle de l'énergie du photon et d'autres qui voient au contraire une contribution négligeable du photon. Par contre tous sont d'accord que ce qui est matérialisé correspond à l'énergie mutuelle entre le photon et l'autre chose. C'est donc la seule chose qui ait un sens physique, pas l'énergie du photon.

    ---

    En résumé, les deux points importants sont :

    - la masse est directement liée à l'énergie si la quantité de mouvement est nulle. Cela permet de prédire qu'un barreau chauffé a une masse plus élevé que le même barreau froid. Et en même temps de refuser la vision que tout ce qui a une énergie a une masse (la condition de nullité de la quantité de mouvement n'étant pas remplie.)

    - l'énergie d'un système est relative, elle dépend de l'observateur; quand il y a "création" d'une particule de masse non nulle, ce qui est transformé n'est pas l'énergie d'une particule incidente (qui dépend de l'observateur) mais l'énergie mutuelle des différentes particules intervenant (et il y en a nécessairement plusieurs, non immobiles les unes par rapport aux autres).

    Je sais bien que ce n'est pas simple comme explication. Mais même là ça contient pas mal de détails faux ou simplistes! L'idée est d'avoir une description moins fausse et moins "déformante" que les descriptions encore plus simples.

    Cordialement,
    Dernière modification par invité576543 ; 10/08/2008 à 11h00.

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  17. #13
    Kilarn

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Et bien...que dire excepté merci ? Je pense que ça explique pas mal de chose en effet...que dire de plus en fait ^^ Merci encore pour cette explication

  18. #14
    invite34596000666

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    C'est vrai cette histoire de barreau chauffé ? Je trouve ça difficile à concevoir…
    Ça se généralise à une molécule diatomique ? Une bonne vieille molécule d'azote dans v=20 est plus lourde que dans v=0 ? (Car c'est ce que fait la température dans un solide : exciter vibrationnellement chaque atome sur son site…)

  19. #15
    Kilarn

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Citation Envoyé par guerom00 Voir le message
    C'est vrai cette histoire de barreau chauffé ? Je trouve ça difficile à concevoir…
    Ça se généralise à une molécule diatomique ? Une bonne vieille molécule d'azote dans v=20 est plus lourde que dans v=0 ? (Car c'est ce que fait la température dans un solide : exciter vibrationnellement chaque atome sur son site…)
    Normallement, ça reste vrai partout...quelque chose qui as plus d'énergie est plus lourd que cette même chose avec moins d'énergie. Enfin c'est ce qui est écrit dans "L'évolution des idées en physiques" de Einstein et Infeld >_>

  20. #16
    invité576543
    Invité

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Citation Envoyé par Kilarn Voir le message
    Normallement, ça reste vrai partout...quelque chose qui as plus d'énergie est plus lourd que cette même chose avec moins d'énergie.
    Tout à fait, tant qu'on compare dans le cas de l'immobilité et au même endroit, c'est à dire plus généralement que l'énergie en plus est de l'énergie interne (ce qui est le cas de la température plus élevée ou d'une molécule excitée).

    Cela ne s'applique pas dans la comparaison entre un objet dans l'état immobile et le même en mouvement (énergie cinétique du mouvement de l'objet), ou entre un objet à un endroit et le même plus haut par exemple (énergie potentielle).

    Cordialement,

  21. #17
    invite34596000666

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Eh bien même si c'est Einstein qui dit ça, je n'y crois pas
    Je vais demander autour de moi et me renseigner. Ça me semble bizarre

  22. #18
    Sigmar

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    C'est exactement le problème dont ont débatu quelques personnes sur ce forum il n'y pas si longtemps.

    La masse d'un système, par exemple d'un proton composé de quarks, n'est pas la somme des masses au repos de ces 3 quarks : elle est largement supérieure. C'est normal, les constituants à l'intérieur (les quarks) se déplacent et ont donc une énergie cinétique qui participe à l'énergie (au repos...) du proton, donc à sa masse (il est au repos et son énergie cinétique est nulle).
    Quand on chauffe un barreau, c'est exactement la même chose. Ses constituants bougent par agitation thermique, et donc la "masse" du barreau (au repos) augmente, même si en réalité cette augmentation de masse est due à une augmentation d'énergie des composants du barreau...

    C'est ce que j'ai cru comprendre la dernière fois, mais je peux me tromper...
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

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  24. #19
    mach3

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Eh bien même si c'est Einstein qui dit ça, je n'y crois pas
    effectivement, en tant que chimiste, j'ai eu un peu de mal à l'avaler il y a qq temps, mais la conservation de la masse dans les réactions chimiques en fait c'est du pipo

    Dans CH4 + 2O2 --> 2H2O + CO2 par exemple, la masse de 2H2O + CO2 est plus faible que la masse de CH4 + 2O2... la masse manquante étant dans l'énergie dégagée par cette réaction, c'est négligeable pour un chimiste mais c'est bien là.

    En fait pour être rigoureux 2H2O + CO2 pèse quand même la même masse que CH4 + 2O2 au moment de la réaction car 2H2O + CO2 est plus chaud (comme la barre chauffée). Mais 2H2O + CO2 et 2H2O + CO2 pris dans les mêmes conditions T,P ont une masse différente.

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  25. #20
    chrisric

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Citation Envoyé par Kilarn Voir le message
    Normallement, ça reste vrai partout...quelque chose qui as plus d'énergie est plus lourd que cette même chose avec moins d'énergie. Enfin c'est ce qui est écrit dans "L'évolution des idées en physiques" de Einstein et Infeld >_>
    Bonjour,
    j'ai trouvé ce passage dans le livre précité page 43 :
    Un morceau de fer chauffé au rouge pèse-t-il plus que quand il est à la température de la glace ? L'expérience montre qu'il n'en est pas ainsi. Si la chaleur est une substance, elle est sans poids. La "chaleur-substance" était habituellement appelée calorique (...). la chaleur ne pas être regardée comme une substance, même sans poids.

  26. #21
    Deedee81

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Salut,

    Citation Envoyé par chrisric Voir le message
    j'ai trouvé ce passage dans le livre précité page 43 :
    Un morceau de fer chauffé au rouge pèse-t-il plus que quand il est à la température de la glace ? L'expérience montre qu'il n'en est pas ainsi. Si la chaleur est une substance, elle est sans poids. La "chaleur-substance" était habituellement appelée calorique (...). la chaleur ne pas être regardée comme une substance, même sans poids.
    Attention, ce ne serait pas dû à une question d'ordre de grandeur ? En pratique, je défie quiconque de mesurer la variation de poids !

    Exemple, Si j'apporte un million de Joule, ça ne fait qu'ajouter un poids d'un centième de millionième de gramme !
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)

  27. #22
    Rincevent

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Bonjour,

    Citation Envoyé par chrisric Voir le message
    j'ai trouvé ce passage dans le livre précité page 43
    y'a vraiment ça dans le Einstein et Infeld ? étonnant car en RG le doute n'est pas permis...
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  28. #23
    chrisric

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    bonjour,
    oui, dans l'édition de la Petite Bibliothèque Payot (volume 47, 1978), traduction réalisée par Maurice Solovine et publié précédemment par les éditions Flammarion.

  29. #24
    chrisric

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    rebonjour,
    tout vient à temps,
    page 187 : au sujet de la RG :
    "L'énergie a une masse et la masse représente de l'énergie, (...). Un morceau de fer pèse-t-il plus quand il est chaud que quand il est froid ? La réponse à cette question est maintenant "oui", mais page 43 elle était "non".

    Plus loin dans la même page : La variation de la masse prévue par la théorie de la relativité est infiniment petite et ne peut pas être décelée par la pesée (...). La quantité de chaleur capable de convertir 30 000 tonnes d'eau en vapeur pèserait un gramme environ.


    Il faut constamment se souvenir du titre du livre : Évolution des idées en physique.

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  31. #25
    invite34596000666

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Quelqu'un saurait-il mettre des chiffres là-dessus ? (pas un barreau, une molécule diatomique dans un état vibrationnellement excité )
    Parce que bon… Si c'est du style des forces gravitationnelles, c'est une discussion plus anecdotique qu'autre chose

  32. #26
    invité576543
    Invité

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Pour une molécule diatomique excitée, je ne sais pas, mais l'ordre de grandeur pour les excitations électroniques, on peut l'avoir par l'énergie de liaison de l'électron de l'hydrogène.

    La masse du proton c'est environ 1 GeV, et l'énergie de liaison de l'ordre de -17 eV, soit de l'ordre de 2 10-9 de défaut de masse relatif.

    Cordialement,

  33. #27
    Rincevent

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Rebonjour,

    Citation Envoyé par chrisric Voir le message
    tout vient à temps (...) Il faut constamment se souvenir du titre du livre : Évolution des idées en physique.
    ouf... tu me rassures je l'ai lu y'a longtemps et je ne me souvenais plus de la présentation (ni de tout le contenu d'ailleurs)...

    Citation Envoyé par guerom00 Voir le message
    Parce que bon… Si c'est du style des forces gravitationnelles, c'est une discussion plus anecdotique qu'autre chose
    anecdotique dans ton labo mais pas dans diverses situations astrophysiques... en particulier dans la dynamique des effondrements gravitationnels donnant lieu à certaines supernovae...
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  34. #28
    invite34596000666

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    anecdotique dans ton labo mais pas dans diverses situations astrophysiques... en particulier dans la dynamique des effondrements gravitationnels donnant lieu à certaines supernovae...
    Certes
    Moi, je fais de la chimie quantique et donc des calculs de spectres sur de petits systèmes. Je me demandais s'il fallait que je commence à tenir compte de cet effet

  35. #29
    slash618

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Un de mes professeurs en mécanique quantique m'a expliqué de manière très simple : les lois de la gravitations ne font pas intervenir les masses mais les énergie, on nous apprend à écrire les masses mais c'est une version "simplifiée". Cela explique pourquoi un photon, qui possède une masse nulle mais une énergie est attiré vers les trous noirs car ceux ci possèdent des masses gigantesques confinés (ou plutot énergie).

  36. #30
    invite34596000666

    Re : La lumière a-t-elle une masse ?

    Citation Envoyé par slash618 Voir le message
    Cela explique pourquoi un photon, qui possède une masse nulle mais une énergie est attiré vers les trous noirs car ceux ci possèdent des masses gigantesques confinés (ou plutot énergie).
    Un photon n'est pas attiré par un trou noir. Il se déplace en « ligne droite » car ne ressent aucune force de la part du trou noir

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