De Broglie et la masse du photon

[invitedbd9bdc3]

C'est vrai. Ce que je disais c'est qu'il faut se placer en dehors du cadre de la relativité restreinte pour étudier plus avant la dynamique du photon. La RR limite énormément ce domaine.

On est tout à fait d'accord pour le faire, mais il nous manque le cadre théorique pour cela.
Si tu en trouves un qui est cohérent et qui predit de la vrai physique, on est preneur
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[invitee02644a5]

On est tout à fait d'accord pour le faire, mais il nous manque le cadre théorique pour cela.
Si tu en trouves un qui est cohérent et qui predit de la vrai physique, on est preneur

Ca prend du temps à développer! Si vous voulez m'aider, c'est avec plaisir. Il faut décrire les photons de façon mécanique en s'insérant dans le cadre de l'optique quantique. Les photons sont décrits par des vecteurs (petites flèches) dont l'évolution est prédictible en fonction de l'environnement dans lequel ils évoluent. Quelques idées se trouvent sur mon site web.

[invite7ce6aa19]

Bonjour,

Ceci est en effet impossible dans la relativité restreinte. C'est pourquoi il faut se placer en dehors de ce cadre pour analyser le comportement du photon en tant que particule.

Bonjour,

Le comportement du photon est très bien compris dans le cadre de la RR. il est donc inutile de chercher ailleurs.

Ce qu'il faut comprendre est que la RR est totalement incluse dans le cadre de la géométrie M de Minkowski (conséquences de la forme mathématique des équations de Maxwell). on montre que la géométrie M est munie de la distance entre 2 evenements voisins:

ds2 = c2.dt2 - (dx2+dy2+dz2)

Toute la RR est contenue dans cette formule.

Soient 2 evenements ont une distance nulle ds2 = 0 dans l'espace de Minkowski. Dans un espace euclidien classique (O,x,y,z,t) il s'agit de la propagation d'une particule à la vitesse c. En vertu de l'invariance de ds2 ceci est vrai dans n'importequel repère inertiel.

Donc un photon c'est quelquechose qui nait, vit et meurt au même point de l'espace-temps de Minkowski.

La RR est adaptée uniquement pour décrire ce qui est perçu dans les référentiels inertiels.

C'est absolument faux. On peut travailler dans des repères non inertiels. Les repères inertiels sont des repères particuliers qui laissent invariant la forme des lois physiques. Ceci est déjà vrai en Relativité galiléenne. La relation F= m.dv/dt est invariante par transformation de repère inertiel. Il n'empèche que cette loi s'écrit dans un repère non inertiel mais ne conserve pas la forme F= M.dv/dt.

Le référentiel du photon est non inertiel, c'est-à-dire qu'après chaque couplage/collision avec une particule inertielle, sa vitesse se cale sur celle de cette particule +/- c, dans toutes directions qui seraient autorisées par l'environnement. Ainsi:
- si le photon est une particule.
- si le photon a une vitesse c par rapport à son émetteur.
- l'émetteur a une vitesse c par rapport au photon qu'il vient d'émettre.

Tout ceci ne tiend pas la route pour la simple raison qu'il n'est pas possible d'attacher un repère à un photon et surtout rien ne demande que l'on lui attache un repère, c'est l'exemple même de la fausse question qui mène inoxérablement à une impasse.

[invitea29d1598]

Bonjour,

d'accord sur l'idée principale de ton message, mais quelques corrections :

Donc un photon c'est quelquechose qui nait, vit et meurt au même point de l'espace-temps de Minkowski.

ce que tu dis avant est juste, mais pas ça... un photon est une particule dont les évènements de naissance et de mort sont séparés par un intervalle nul ne signifie pas que ces points coïncident.

C'est absolument faux. On peut travailler dans des repères non inertiels.

non, c'est pas complètement faux : en RR on ne peut effectivement décrire que le point de vue d'observateurs inertiels. Un observateur non-inertiel a besoin de coordonnées curvilignes et donc de toute la machinerie amenée par la RG pour donner son point de vue sur des phénomènes physiques. Reste que tu as raison sur le plus important : le photon n'est en effet pas un "observateur pas inertiel".

[invite7ce6aa19]

Bonjour,

d'accord sur l'idée principale de ton message, mais quelques corrections :



ce que tu dis avant est juste, mais pas ça... un photon est une particule dont les évènements de naissance et de mort sont séparés par un intervalle nul ne signifie pas que ces points coïncident.

Les points coïncident dans l'espace de Minkowski puisque leurs distances est nulle. La localisation d'un point A existe en dehors de toute representation (observateur). Non?

les cones de lumière dans un repère (O,x,y,t) qui representent tous les trajets possibles d'un photon sont representés dans l'espace de Minkowski par un seul point.

J'ai comme le sentiment de faire une erreur de raisonnement mais je ne vois pas laquelle!

non, c'est pas complètement faux : en RR on ne peut effectivement décrire que le point de vue d'observateurs inertiels. Un observateur non-inertiel a besoin de coordonnées curvilignes et donc de toute la machinerie amenée par la RG pour donner son point de vue sur des phénomènes physiques. en effet pas un "observateur pas inertiel".

Je ne comprends pas le sens de ta remarque:

Il me semble que ce soit en rélativité galiléenne ou einsteinienne on peut décrire les mouvements dans un système de coordonnées curviligne et ce sans faire référence à la RG.

[invitee02644a5]

Le comportement du photon est très bien compris dans le cadre de la RR. il est donc inutile de chercher ailleurs.

Je ne doute pas que le comportement du photon soit bien compris dans le cadre de la RR. Cela tombe sous le sens puisqu'on dispose d'un historique de plus de 100 ans d'interprétation. Simplement, il y a des propriétés du photon que l'on ne peut pas découvrir si on se limite à la RR: par exemple, le photon en tant que boson, les interférences entre photons uniques, photon bunching, intrications, création électron/positon, ... Pour pouvoir découvrir de nouvelles choses sur le photon, on s'est posé des questions qui allaient au-delà.

Tout ceci ne tiend pas la route pour la simple raison qu'il n'est pas possible d'attacher un repère à un photon

Dans le cadre de la RR, oui, cela n'est pas possible. Mais je ne vois pas très bien ce qui interdit d'attacher un repère à un photon puisque c'est une particule comme les autres. C'est même la plus simple des particules.

et surtout rien ne demande que l'on lui attache un repère, c'est l'exemple même de la fausse question qui mène inoxérablement à une impasse.

Ce qui pour moi demande à attacher un repère à un photon, c'est de traiter le photon comme toute autre particule et de pouvoir décrire localement les interactions entre photons. Cela ouvre de nouvelles voies, qui peuvent en effet se révéler comme des impasses. Mais au moins, on aura cartographié cette impasse.

[invitea29d1598]

Les points coïncident dans l'espace de Minkowski puisque leurs distances est nulle.

non car la distance lorentzienne n'est pas associée à une norme positive. Prends deux points de coordonnées (je garde une seule dimension spatiale et pose c=1) (x=0,t=0) et (x=1,t=1). Ce sont des points distincts car de coordonnées différentes. C'est ça qui définit leur "existence". Et tout ça même s'ils sont séparés par un intervalle du genre lumière (nul). Une autre curiosité issue de ce produit scalaire/cette distance pseudo-euclidienne est qu'un vecteur peut-être orthogonal avec lui-même. C'est le cas de tout vecteur tangent à une courbe du genre lumière (et en particulier de la 4-impulsion d'un photon, c'est ce que dit sa masse nulle).

La localisation d'un point A existe en dehors de toute representation (observateur). Non?

oui (en tous cas en RR, avec l'invariance sous les difféomorphismes ça devient plus sioux). Et c'est bien pour ça que le point (0,0) et le point (1,1) sont différents.

les cones de lumière dans un repère (O,x,y,t) qui representent tous les trajets possibles d'un photon sont representés dans l'espace de Minkowski par un seul point.

euh, non : ce sont des cônes quand tu gardes 1 ou 2 dimensions spatiales (et 1 temporelle) et sinon ce sont des "hypercônes" dans le cas 3d : une surface (du genre lumière, certes), mais pas juste un point.

J'ai comme le sentiment de faire une erreur de raisonnement mais je ne vois pas laquelle!

celle de croire que pour que deux évènement soient différents il suffit de dire que leur distance scalaire est nulle. Ce n'est vrai qu'avec une métrique euclidienne. Dans le cas plus général, pour un espace affine, deux points sont différents si le vecteur qui les sépare est le vecteur nul et non pas "un vecteur de norme nulle" (la différence étant que le vecteur nul est l'unique vecteur qui est orthogonal à tout vecteur, ce qui n'est pas vrai pour un vecteur du genre lumière quelconque).

Il me semble que ce soit en rélativité galiléenne ou einsteinienne on peut décrire les mouvements dans un système de coordonnées curviligne et ce sans faire référence à la RG.

tout dépend de ce que tu fais et de ce que tu veux dire, l'important étant que la RG n'est pas qu'une théorie de la gravitation : c'est également et avant tout une théorie qui généralise la RR en expliquant comment traiter la dynamique vue depuis un référentiel non-inertiel.

La RR c'est le groupe de Lorentz. Ça veut donc dire que tu ne parles que des observateurs reliés par des TL. Donc que des observateurs inertiels. Si tu veux parler d'observateurs accélérés, tu dois sortir du groupe de Lorentz, de la même façon que lorsque tu fais intervenir des observateurs accélérés en physique newtonienne tu sors du groupe de Galilée. En pratique, quand tu introduis des Christoffel (l'équivalent des forces d'inertie d'entrainement donc), tu te places en RG, qu'il y ait un champ de gravitation ou pas. Techniquement, ça se voit car les tenseurs de la RG sont des tenseurs pour le groupe des difféomorphismes, pas seulement pour le groupe de Lorentz, même si dans les deux cas on parle de "4-vecteurs" et de "tenseurs" sans préciser pour quel groupe ils en sont. Mais la RR ne parle de 4-vecteurs et de 4-tenseurs que par rapport au groupe de Lorentz.

En revanche, ce qui est vrai, c'est que la RR peut très bien décrire le mouvement d'un truc accéléré (et donc "traiter les accélérations") tant que l'on garde le point de vue d'un observateur inertiel.

Simplement, il y a des propriétés du photon que l'on ne peut pas découvrir si on se limite à la RR: par exemple, le photon en tant que boson, les interférences entre photons uniques, photon bunching, intrications, création électron/positon, ... Pour pouvoir découvrir de nouvelles choses sur le photon, on s'est posé des questions qui allaient au-delà.

faux. Tout cela entre parfaitement dans le cadre de la RR.

Mais je ne vois pas très bien ce qui interdit d'attacher un repère à un photon puisque c'est une particule comme les autres. C'est même la plus simple des particules.

doublement faux. C'est une particule "du genre lumière" et elle se distingue donc par ça. Et elle est très loin d'être "la plus simple". Étant un boson de jauge issu de la brisure de symétrie du groupe électrofaible, c'est même un mélange quantique de "particules plus fondamentales" en quelques sortes.

Ce qui pour moi demande à attacher un repère à un photon, c'est de traiter le photon comme toute autre particule et de pouvoir décrire localement les interactions entre photons. Cela ouvre de nouvelles voies, qui peuvent en effet se révéler comme des impasses. Mais au moins, on aura cartographié cette impasse.

c'est fait depuis longtemps :

- aucune expérience n'a montré à ce jour de masse pour le photon. Des théories qui donnent une masse au photon existent. Mais elles sont contredites par un nombre très important d'observations étant donné que cette masse nulle est relié à l'invariance de jauge cruciale pour le modèle standard. Mettre le doigt dans la masse du photon, c'est bien moins anodin qu'il n'y paraît ;
- attacher un référentiel au photon en le gardant de masse nulle c'est sortir de la RR de façon tellement brutale que ça sort même de toute la physique moderne et c'est donc en contradiction avec des millions d'observations qui interviennent quotidiennement dans des centaines de trucs technologiques. C'est pas interdit, mais vaut mieux avoir bien réfléchi à la question avant de parler

[invitea774bcd7]

On peut (on doit ??) quand même dire que le photon a une masse au repos égale à celle donnée par le Particle Data Group. Et puis voilà
Après, on s'amuse de voir toutes les conséquences marrantes que ça a

[invite3710ad34]

Bonjour,

On peut attribuer un référentiel à une particule sans qu'il ait une masse. Exemple: le photon qui vient de me quitter se déplace à une vitesse c. En conséquence, on peut dire que dans le référentiel du photon, je me déplace à la vitesse c. Cela ouvre la voie à un modèle relativiste qui ne ferait pas de différence entre les photons et les objets inertiels.

Le principe de réciprocité des vitesses ne peut s'appliquer qu'aux figures géométriques, mais pas aux corps massifs, sauf cas particulier : masses égales et translation rectiligne uniforme. On choisit toujours comme système au repos, celui qui possède la plus grande masse. A comparer ta masse et celle du photon, en supposant toujours qu'il en ait une, le choix est vite fait.

[invitee02644a5]

faux. Tout cela entre parfaitement dans le cadre de la RR.

Il y a une différence entre "rentrer dans le cadre de la RR" et "se déduire de la RR". Que cela entre parfaitement dans le cadre de la RR ne fait pas de doute, je le repète et je suis d'accord avec toi.

doublement faux. C'est une particule "du genre lumière" et elle se distingue donc par ça. Et elle est très loin d'être "la plus simple". Étant un boson de jauge issu de la brisure de symétrie du groupe électrofaible, c'est même un mélange quantique de "particules plus fondamentales" en quelques sortes.

Ce point de vue complique les choses en effet. Il est plus simple de partir du principe que le photon est la plus élémentaire et la moins énergétique des particules (à part peut-être le "neutrino" dont je ne sais pas grand chose). On peut ainsi remonter la chaîne énergétique par voie déductive: photon --> électron/positon --> muon --> particules à deux quarks, etc.

c'est fait depuis longtemps :

- aucune expérience n'a montré à ce jour de masse pour le photon. Des théories qui donnent une masse au photon existent. Mais elles sont contredites par un nombre très important d'observations étant donné que cette masse nulle est relié à l'invariance de jauge cruciale pour le modèle standard. Mettre le doigt dans la masse du photon, c'est bien moins anodin qu'il n'y paraît ;

Oui, parler de la masse d'un photon n'apporte que des confusions. On n'en a pas besoin pour définir le repère du photon.

- attacher un référentiel au photon en le gardant de masse nulle c'est sortir de la RR de façon tellement brutale que ça sort même de toute la physique moderne et c'est donc en contradiction avec des millions d'observations qui interviennent quotidiennement dans des centaines de trucs technologiques. C'est pas interdit, mais vaut mieux avoir bien réfléchi à la question avant de parler

Le fait d'attacher un repère à un photon est un simple support à la pensée qui permet de "varier les points de vue", pour reprendre un expression chère à Feynman. Je ne vois pas où est la contradiction avec les millions d'observations puisqu'on regarde le même monde expérimental mais sous un autre angle. Cela fait plus de 12 ans que je réfléchis à la question de façon plutôt approfondie. Est-ce que cela suffit pour en parler sur ce forum?

[Les Terres Bleues]

Un photon se déplace à la vitesse c dans tous les référentiels inertiels, c’est la structure physico-mathématique de la Relativité restreinte qui l’impose.

Ceci signifie donc que si l’on envisage l’existence d’une particule allant à la vitesse c, cette dernière est nécessairement de masse nulle.

De ce qui ressort de ce fil, il s’agit bien pour tous d’un « choix mathématique » d’admettre une énergie de masse nulle pour le photon, sinon l’édifice théorique ne pourrait pas tenir. Et comme nous avons à la fois la certitude de l’existence de la limite c et de celle du photon, il faut (ou il fallait) obligatoirement procéder de cette façon. Mais il est aisé de comprendre que cela pouvait ne pas satisfaire Broglie, et peut encore ne pas satisfaire certains.

D’un autre côté, on a l’impression que la plupart des intervenants, et cela ne me paraît pas juste, cherchent à décourager les tentatives d’ArjenDijksman. Quoique ne partageant pas personnellement ses hypothèses, je tiens à dire qu’une démarche de recherche n’est jamais évidente, même en sciences, contrairement à ce que l'on croit, où beaucoup se contentent de ressasser des prétendus acquis.
Il faut aussi admettre que sur ce forum, tout le monde n’est pas soit « étudiant » soit « enseignant ».

Pour revenir au sujet, je dirai (quitte à me faire sermonner) que l’on ne m’a toujours pas proposé de réponse concrète à la question de savoir « ce » qui bouge dans le cas d’une particule dont la masse au repos est nulle.

Or une particule doit avoir au moins l’une de ces deux quantités non-nulles (quantité de mouvement ou énergie) sinon elle n’existe pas.

Voilà c’est ça ! Zéro, ça veut dire rien.
Tout est beaucoup plus facile quand les choses sont dites clairement plutôt que de manière contournée ou sous-entendue.
La seule différence finalement, c’est que je suis pas convaincu de l’existence de la quantité de mouvement « par elle-même » et que je ne le serai que lorsque l’on m’aura expliqué quelle est sa nature physique.

[invite7ce6aa19]

De ce qui ressort de ce fil, il s’agit bien pour tous d’un « choix mathématique » d’admettre une énergie de masse nulle pour le photon, sinon l’édifice théorique ne pourrait pas tenir. Et comme nous avons à la fois la certitude de l’existence de la limite c et de celle du photon, il faut (ou il fallait) obligatoirement procéder de cette façon.

Bonjour,

Il ne s'agit pas d'un choix mais d'une structure physico-mathématique qui découle des équations de Maxwell cad de résultats éxpérimentaux. Donc la masse nulle du photon était cachée dans les équations de Maxwell.

Pour revenir au sujet, je dirai (quitte à me faire sermonner) que l’on ne m’a toujours pas proposé de réponse concrète à la question de savoir « ce » qui bouge dans le cas d’une particule dont la masse au repos est nulle.

Rien ne bouge puisque une particule de masse nulle au repos n'a pas de sens.

La seule différence finalement, c’est que je suis pas convaincu de l’existence de la quantité de mouvement « par elle-même » et que je ne le serai que lorsque l’on m’aura expliqué quelle est sa nature physique.

J'ai répondu longuement à ta question au post #44. Il semble que cela t'a échappé.

[invite3710ad34]

Bonsoir,

- aucune expérience n'a montré à ce jour de masse pour le photon. Des théories qui donnent une masse au photon existent. Mais elles sont contredites par un nombre très important d'observations étant donné que cette masse nulle est relié à l'invariance de jauge cruciale pour le modèle standard. Mettre le doigt dans la masse du photon, c'est bien moins anodin qu'il n'y paraît ;
- attacher un référentiel au photon en le gardant de masse nulle c'est sortir de la RR de façon tellement brutale que ça sort même de toute la physique moderne et c'est donc en contradiction avec des millions d'observations qui interviennent quotidiennement dans des centaines de trucs technologiques. C'est pas interdit, mais vaut mieux avoir bien réfléchi à la question avant de parler

Tout à fait d'accord, même si je suis bien incapable de te suivre dans les développements théoriques. Il me semble que le photon doit pouvoir disposer d'une masse propre et d'un référentiel, sinon il n'y a pas de trajectoire dans un référentiel extérieur à lui et alors, comment évaluer la vitesse, la quantité de mouvement, l'énergie cinétique... ? Mais là, on s'approche des sables mouvants de la métaphysique.

[invite69d38f86]

Il me semble que le photon doit pouvoir disposer d'une masse propre et d'un référentiel

Quelle différence s'il avait une masse propre infinitésimale bien en deçà de tout moyen de mesure?
Dans ce cas l'emploi d'une masse mathématiquement nulle semble plus productif actuellement ce qui n'était le cas pour le neutrino.

[invite5e5dd00d]

Il me semble que le photon doit pouvoir disposer d'une masse propre et d'un référentiel, sinon il n'y a pas de trajectoire dans un référentiel extérieur à lui et alors, comment évaluer la vitesse, la quantité de mouvement, l'énergie cinétique... ? Mais là, on s'approche des sables mouvants de la métaphysique.

Le mouvement d'un "objet" (ici le photon) peut très bien être décrit sans attacher un référentiel propre à celui-ci. Je rappelle qu'un référentiel, dans le sens moderne du terme, est nécessairement rattaché à un observateur ("En physique, un référentiel est un système de coordonnées de l'espace-temps lié à un observateur", wikipedia). On a vu que considérer un photon comme un observateur conduit à des paradoxes... Donc on démontre plusieurs choses :
1) Non-nécessité pour le photon de se balader avec un référentiel ;
2) Résultats contradictoires quand on essaye de le faire.

Je rappelle également que l'impulsion et l'énergie d'un photon se mesurent lors de son absorption ou de son émission, c'est p=h*k/(2pi) pour son impulsion. L'énergie, c'est E=h*nu=h/(2pi)*omega.

Sa vitesse est c. Cela se calcule simplement en tentant de mesurer le temps parcouru par celui-ci entre son lieu d'émission et son lieu d'absorption (distance connue). Par exemple entre toi-même, un miroir fixe dans ton référentiel, puis toi-même encore.

Aucun besoin de fixer un référentiel sur le photon, à supposer que ce soit possible. Car un référentiel, c'est une règle et une horloge (cette vision est très pratique pour savoir ce qu'on peut fixer à quoi).
Fixer un référentiel sur un objet physique peut servir à mettre en avant la relativité du mouvement pour, par exemple, deux observateurs en translation l'un par rapport à l'autre.

[invitee02644a5]

Bonjour,

Pour revenir au sujet, je dirai (quitte à me faire sermonner) que l’on ne m’a toujours pas proposé de réponse concrète à la question de savoir « ce » qui bouge dans le cas d’une particule dont la masse au repos est nulle.

Dans le cadre des théories actuelles, il est difficile de répondre à cette question. Je vais donc tenter ma réponse hors de ce cadre même si je comprends qu'elle soulèvera des froncements de sourcils ou des rappels à l'ordre, comme mes contributions précédentes. Il faut savoir que je ne remets pas en question la RR (qui reste valable dans son domaine d'application), je me place simplement sous un autre angle pour décrire le phénomène du photon. Comme si je décrivais le Mont Blanc depuis l'Italie (ou depuis l'intérieur du tunnel) alors qu'en France on est habitué à le décrire depuis ce qu'on en voit depuis Chamonix.

On va partir de la mécanique quantique. Ce qui bouge pour un photon, c'est le "machin" qui est représenté par son vecteur d'état: |psi> dans la représentation de Schrodinger. Je laisse de côté la représentation de Heisenberg où c'est plutôt le "machin" représenté par son hamiltonien qui bouge. Un vecteur d'état peut décrire une flèche ou un ensemble de flèches. On peut donc dire sans trop se fourvoyer que c'est la flèche en rotation sur elle-même qui est le "machin" qui bouge dans le cas du photon (Feynman utilisait cette image dans sa présentation de l'électrodynamique quantique). J'ai créé un gif animé sur wikiversity pour illustrer cette idée, accessible par ce lien. Ceci permet de décomposer le mouvement du photon en deux composantes:
- le mouvement de translation, de vitesse toujours égale à c par rapport à son émetteur.
- le mouvement de rotation propre (spin).

Le mouvement de translation est un mouvement relatif. Le mouvement de spin est un mouvement absolu. De ce point de vue, le photon entièrement au repos n'a donc plus de rotation propre. Il a une fréquence nulle donc une masse=énergie/c^2 nulle. Il est d'ailleurs indétectable: aucune expérience ne permet de détecter un photon de fréquence nulle. Dès qu'on communique un mouvement de rotation propre au photon, il n'est plus au repos, sa masse=énergie/c^2 n'est plus nulle. Sa quantité de mouvement est son nombre d'onde que multiplie une constante: hk/2pi. Ce point de vue permet des illustrations assez intuitives du photon, dans la lignée de l'intuition de Louis de Broglie: "Admettant que la particule possède une vibration interne qui permet de l'assimiler à une petite horloge, je supposais que cette horloge se déplaçait dans son onde de façon que sa vibration interne reste constamment en phase avec celle de l'onde". J'espère que ma réponse a été assez concrète.

[invite7ce6aa19]

Bonjour,

On va partir de la mécanique quantique. Ce qui bouge pour un photon, c'est le "machin" qui est représenté par son vecteur d'état: |psi> dans la représentation de Schrodinger. Je laisse de côté la représentation de Heisenberg où c'est plutôt le "machin" représenté par son hamiltonien qui bouge.

Il y a un petit problème, le photon ne relève pas de la MQ, mais de la TQC (théorie quantique des champs), il est inévitablement relativiste. Au bout du compte le photon c'est une excitation élémentaire du vide representé par un vecteur |1,p>. accessoirement la TQC force la representation d'Heisenberg.

Un vecteur d'état peut décrire une flèche ou un ensemble de flèches. On peut donc dire sans trop se fourvoyer que c'est la flèche en rotation sur elle-même qui est le "machin" qui bouge dans le cas du photon (Feynman utilisait cette image dans sa présentation de l'électrodynamique quantique).

Ce à quoi tu fais allusion c'est une explication imagée pour expliquer l'intégrale de chemin. le vecteur qui tourne dans ce cas c'est pour representer l'évolution de la phase classique et n'a rien à voir avec un |ket> quelconque.

- le mouvement de rotation propre (spin).

Les 2 composantes de spin (en fait l'hélicité) traduisent le fait qu'un champ électromagnétiques a 2 composantes qui sont les 2 polarisations. C'est aussi simple que çà.

[invitee02644a5]

Il y a un petit problème, le photon ne relève pas de la MQ, mais de la TQC (théorie quantique des champs),

Oui, la TQC découlant d'une seconde quantification (celle du champ électromagnétique), après la première (celle de l'énergie/quantité de mouvement/moment angulaire des particules), de la MQ de Heisenberg/Schrödinger.

il est inévitablement relativiste.

Oui, dans le sens où sa vitesse mesurée dans le vide est constante c.

Au bout du compte le photon c'est une excitation élémentaire du vide representé par un vecteur |1,p>.

On peut en effet détailler le psi dans le ket.

accessoirement la TQC force la representation d'Heisenberg.

Pourquoi? Qu'est-ce qui interdit d'appliquer l'évolution temporelle dans la TQC au vecteur d'état?

Ce à quoi tu fais allusion c'est une explication imagée pour expliquer l'intégrale de chemin. le vecteur qui tourne dans ce cas c'est pour representer l'évolution de la phase classique et n'a rien à voir avec un |ket> quelconque.

Feynman utilise également cette image pour représenter l'évolution du ket ou de sa projection sur un vecteur de base (fonction d'onde), puisqu'il en déduit des probabilités quantiques. Sur Google, la vidéo: "Richard Feynman Physics Lecture: 01 - Photons".

Les 2 composantes de spin (en fait l'hélicité) traduisent le fait qu'un champ électromagnétiques a 2 composantes qui sont les 2 polarisations. C'est aussi simple que çà.

Oui, pour être plus précis, le champ électromagnétique d'un photon a une seule polarisation, qui peut être décrite à l'aide de deux composantes de polarisation "orthogonales" (dans le sens quantique).

[invite7ce6aa19]

Pourquoi? Qu'est-ce qui interdit d'appliquer l'évolution temporelle dans la TQC au vecteur d'état?

C'est structurel à la théorie. Les étas de Fock sont construits comme excitations du vide, ils n'évoluent pas. ce sont les opérateurs qui portent l'évolution temporelle.

Feynman utilise également cette image pour représenter l'évolution du ket ou de sa projection sur un vecteur de base (fonction d'onde), puisqu'il en déduit des probabilités quantiques. Sur Google, la vidéo: "Richard Feynman Physics Lecture: 01 - Photons".

Dans la méthode de l'intégrale de chemins l'élement de matrice <x|U(t1,t2|y> entre 2 points est déterminé par la superposition de trajectoires. Chaque trajectoire est dotée d'un facteur de phase déterminé par l''expression classique de l'action S sur ce chemin. il n'est pas question de |ket>, ni de fonctions d'onde. Les fonctions d'onde n'existent qu'en MQ et non en TQC.

Oui, pour être plus précis, le champ électromagnétique d'un photon a une seule polarisation, qui peut être décrite à l'aide de deux composantes de polarisation "orthogonales" (dans le sens quantique).

Normalement un spin 1 à 3 composantes. Comme la particule est de masse nulle on montre qu'il ya en que deux.

le spin S d'une particule de masse non nulle détermine le nombre des composantes de ce champ soit 2.S+1

[mach3]

Une onde a-t-elle nécessairement une masse pour toi ?

Cette question dissimulerait-elle une ironie quelconque ?
L'onde en tant que phénomène, bien entendu, ne possède pas de masse, mais ce qui vibre ?

Non, ce n'est pas de l'ironie, je souhaitais amorcer un raisonnement.

Une onde n'a pas nécessairement de masse, et même sans masse elle peut avoir une quantité de mouvement. Une onde avec une quantité de mouvement et sans masse n'est pas choquante, pourquoi une particule avec un quantité de mouvement et sans masse serait choquante alors? sachant qu'il s'agit en fin de compte du même objet.

Ensuite concernant la masse de ce qui vibre... ben dans le vide il n'y a que le champ électromagnétique qui vibre (c'est lui qui propage l'onde électromagnétique et le photon est son excitation élémentaire), et expérimentalement il n'a pas de masse sinon les équations de Maxwell n'aurait pas la forme qu'on leur connait.

m@ch3

[Les Terres Bleues]

Il ne s’agit pas d’un choix mais d’une structure physico-mathématique qui découle des équations de Maxwell, c’est-à-dire de résultats expérimentaux. Donc la masse nulle du photon était cachée dans les équations de Maxwell.

Voyons, Mariposa, nous avons déjà eu ce débat dans une discussion précédente qui a été malheureusement interrompue. Il est inutile (à mon avis) de revenir sur ce qui ne relève pas d’une incompréhension mais bien d’approches différentes.
J’ai d’ailleurs écrit plus haut que ce n’est pas parce qu’une hypothèse de travail permet de satisfaire à la formulation mathématique d’une équation, celle d’Einstein sur l’impulsion ou celles de Maxwell pareillement, que cela suffit à la valider. Lobatchevski nous a prouvé qu’il était possible de développer jusqu’au bout des raisonnements non-contradictoires sur la base d’hypothèses de départ incompatibles.

J’ai répondu longuement à ta question au post #44. Il semble que cela t’ait échappé.

Rassure-toi, aucune de tes explications, que je trouve soit-dit en passant très clairement exposées, ne m’échappe. Mais de ton côté, tu n’as certainement pas manqué non plus le message dans lequel je déclarais rester perplexe devant l’idée d’une quantité de mouvement qui surgirait du néant. Et quelquefois on dirait que tu me donnes raison :

Rien ne bouge puisque une particule de masse nulle au repos n’a pas de sens.

Masse nulle au repos, masse au repos nulle ?
Pas d’énergie de masse, que de l’énergie cinétique ?
Mais quelle est donc la nature physique de « ce » qui est en mouvement ?
Un point mathématique ? Un concept ?

[mach3]

Mais quelle est donc la nature physique de « ce » qui est en mouvement ?
Un point mathématique ? Un concept ?

une excitation élémentaire du champ électromagnétique. Une chose qui semble se comporter comme une bille dans certaines situations, comme un onde dans d'autres situations mais qui n'est en fait ni vraiment l'un ni vraiment l'autre. Qui plus est cette excitation n'est pas couplée avec le champ de Higgs ce qui fait qu'elle n'a pas de masse, contrairement à ses frangins les W et le Z, elle se propage donc dans le vide à la vitesse maximale permise.

m@ch3

[Les Terres Bleues]

Au bout du compte le photon c'est une excitation élémentaire du vide representé par un vecteur.

Une excitation élémentaire du champ électromagnétique.

Dans le vide il n'y a que le champ électromagnétique qui vibre (c'est lui qui propage l'onde électromagnétique et le photon est son excitation élémentaire.

J'entends bien votre définition. Mais vous devrez au moins convenir qu'il est possible de ne pas y adhérer à 100% aveuglément. Que ce soit pour Broglie ou pour d'autres.

[invite7ce6aa19]

Et quelquefois on dirait que tu me donnes raison :Masse nulle au repos, masse au repos nulle ?
Pas d’énergie de masse, que de l’énergie cinétique ?
Mais quelle est donc la nature physique de « ce » qui est en mouvement ?
Un point mathématique ? Un concept ?

Je reprend les choses autrement.

1- Le mouvement c'est ce qui est immédiatement perceptible et qui permet de définir la vitesse.

2- a travers des expériences de collisions on s'apercoit que ce qui est conservé est la quantité de mouvement total. La quantité de mouvement s'écrit en mécanique classique p = m.v

3- La réflexion théorique montre que la conservation de la quantité de mouvement est la traduction de l'homogénéité de l'espace (invariance par translation).

De même la conservation de l'énergie et du moment cinétique sont la conséquence de l'invariance par translation spatiale et par rotation (isotropie de l'espace).

Conclusion:

les 3 quantités fondamentale sont: P, E, L

4- En RR l'espace enclidien garde les 3 propriétés et donc une particule est caractérisée d'abord par sa quantité de mouvement (et non sa vitesse).

5- Un photon de quantité de mouvement p1 cogne un électron de quantité de mouvement P1.

La conservation de la quantité de mouvement s'écrit:

p1 + P1 = p2 + P2

Le photon a donc par exemple perdue de la quantité de mouvement p1-p2 qui a été gagnée par l'électron.

C'est l'effet Compton.

Cet exemple montre que les collisions de particules sont omprises sous l'angle de la conservation de la quantité de mouvement. La vitesse est un concept secondaire au regard des fondements de la physique.

Le photon a donc changée sa quantité de mouvement (il a rougit) mais conserve sa vitesse c.

[invitee02644a5]

Bonjour,

C'est structurel à la théorie. Les étas de Fock sont construits comme excitations du vide, ils n'évoluent pas. ce sont les opérateurs qui portent l'évolution temporelle.

Structurel, non. Habituel peut-être. Il y a équivalence entre:
H * [exp(ikct)*|1,k>]
et
[H*exp(ikct)] * |1,k>
même pour des états de Fock. On peut par exemple se référer à Haroche et Raimond, cf. les équations équivalentes (3.17) et (3.18) de leur Exploring the Quantum. Les états de Fock sont des vecteurs d'état qui, comme tout autre vecteur d'état quantique, évoluent (dans la représentation de Schrodinger) selon la loi d'évolution fondamentale des théories quantiques: l'équation de Schrodinger. D'ailleurs peu importe. Si j'utilisais cette représentation, c'était pour donner une réponse concrète à Les Terres Bleues sur ce qui bouge dans le cas d'une particule dont la masse au repos est nulle. On peut partir de la représentation de Heisenberg mais le chemin aurait été plus long et la réponse risquait d'être moins concrète.

Dans la méthode de l'intégrale de chemins l'élement de matrice <x|U(t1,t2|y> entre 2 points est déterminé par la superposition de trajectoires. Chaque trajectoire est dotée d'un facteur de phase déterminé par l''expression classique de l'action S sur ce chemin. il n'est pas question de |ket>, ni de fonctions d'onde. Les fonctions d'onde n'existent qu'en MQ et non en TQC.

Dans les intégrales de chemin, je visualise un ket dont la phase évolue (sa direction). A ce qui me semble, rien n'interdit cette analogie. D'ailleurs, comme je l'ai écrit précédemment, Feynman l'utilise dans ses présentations limpides de l'électrodynamique quantique. Par ailleurs, les fonctions d'onde sont présentes dans toute théorie quantique à partir du moment où on a une variable continue qui fait varier la phase, donc également dans les théories quantique du champ.

[invite3710ad34]

Bonjour,

Le mouvement d'un "objet" (ici le photon) peut très bien être décrit sans attacher un référentiel propre à celui-ci. Je rappelle qu'un référentiel, dans le sens moderne du terme, est nécessairement rattaché à un observateur ("En physique, un référentiel est un système de coordonnées de l'espace-temps lié à un observateur", wikipedia). On a vu que considérer un photon comme un observateur conduit à des paradoxes... Donc on démontre plusieurs choses :
1) Non-nécessité pour le photon de se balader avec un référentiel ;
2) Résultats contradictoires quand on essaye de le faire.

Je rappelle également que l'impulsion et l'énergie d'un photon se mesurent lors de son absorption ou de son émission, c'est p=h*k/(2pi) pour son impulsion. L'énergie, c'est E=h*nu=h/(2pi)*omega.

Sa vitesse est c. Cela se calcule simplement en tentant de mesurer le temps parcouru par celui-ci entre son lieu d'émission et son lieu d'absorption (distance connue). Par exemple entre toi-même, un miroir fixe dans ton référentiel, puis toi-même encore.

Aucun besoin de fixer un référentiel sur le photon, à supposer que ce soit possible. Car un référentiel, c'est une règle et une horloge (cette vision est très pratique pour savoir ce qu'on peut fixer à quoi).
Fixer un référentiel sur un objet physique peut servir à mettre en avant la relativité du mouvement pour, par exemple, deux observateurs en translation l'un par rapport à l'autre.

Il n'est pas interdit d'associer un observateur (sans masse !?) au photon, par la pensée bien sûr, il serait alors comme un passager dans un avion de ligne.
La mesure de la vitesse de la lumière par un jeu de miroirs est locale et admet la linéarité des éléments de trajectoire. Dans l'espace, la trajectoire peut être courbée par passage à proximité de corps extrêmement massifs. La mesure de cette vitesse suppose l'existence de la trajectoire et au moins des hypothèses sur celle-ci: c=trajet de la lumière/durée dans le temps (Einstein).
Du point de vue de la physique, je ne pense pas que le photon puisse être assimilé à un point mathématique sans dimension. S'il est un "objet" matériel, il doit posséder des dimensions et une masse propre ce qui permet de lui attribuer un repère dans un référentiel extérieur et une trajectoire puisqu'il se déplace. Pour autant, il ne peut pas être assimilé à une bille microscopique, Louis de Broglie avait une conception beaucoup plus large de la notion de particule.
Si m est la masse propre, avec M=m.c^2 et P=p.c, on a pour l'énergie : E^2=P^2+M^2. C'est, sous une forme plus condensée, ce qui a été trés bien expliqué par Gwyddon . Or, E=M+T, T étant l'énergie cinétique. On en déduit que P^2=2.M.T+T^2
On a aussi T=M.(gamma-1)
- si bêta=v/c, est trés inférieur à 1, on a T=M.bêta^2 /2
- si bêta est trés voisin de 1 mais inférieur à 1, on a T=M.gamma.
L'énergie cinétique est inséparable de M, la masse propre m étant, en quelque sorte, le support de l'énergie cinétique.
Si on fait disparaître M, on a bien sûr : E^2=P^2=T^2 mais, peut-on rayer M d'un trait de plume, sous prétexte qu'il est négligeable ?
Lorsque gamma tend vers l'infini, le produit : T=M.gamma est toujours présent.
Dans tout ce qui précède, on n'a pas quitté la RR.
Ecrire :E=P=T=h.f, avec m=0 pour v=c, est un saut conceptuel.

[invite9c9b9968]

Bonjour

Il n'est pas interdit d'associer un observateur (sans masse !?) au photon, par la pensée bien sûr, il serait alors comme un passager dans un avion de ligne.

Si cela est interdit car amenant à des incohérences (la définition même de référentiel en relativité restreinte interdit d'associer un observateur à la ligne d'univers du photon). Je l'ai déjà montré par ailleurs sur ce forum dans une autre discussion initiée par LesTerresBleues.

La mesure de la vitesse de la lumière par un jeu de miroirs est locale et admet la linéarité des éléments de trajectoire. Dans l'espace, la trajectoire peut être courbée par passage à proximité de corps extrêmement massifs. La mesure de cette vitesse suppose l'existence de la trajectoire et au moins des hypothèses sur celle-ci: c=trajet de la lumière/durée dans le temps (Einstein).

Et alors ? Cela ne remet pas en cause le fait que l'on ne peut avoir un référentiel dans lequel le photon est au repos (car ça n'a pas de sens).

Du point de vue de la physique, je ne pense pas que le photon puisse être assimilé à un point mathématique sans dimension.

Si il le peut, c'est même la base de la physique des particules dans sa forme actuelle : les particules élémentaires de nos modèles sont ponctuels, ce sont des points mathématiques. Si on veut renoncer à cela il faut s'intéresser à la théorie des cordes par exemple

une masse propre ce qui permet de lui attribuer un repère dans un référentiel extérieur et une trajectoire puisqu'il se déplace.

Absolument pas, comme déjà démontré avoir une masse nulle et avoir une trajectoire sont deux choses parfaitement compatibles.

Si on voulait être tatillon, on irait même plus loin en rappelant que la notion de trajectoire n'a plus guère de sens en physique quantique (qui est le formalisme dans lequel s'exprime la notion de photon, au passage).

L'énergie cinétique est inséparable de M, la masse propre m étant, en quelque sorte, le support de l'énergie cinétique.

Justement non, c'était tout le sens de mon intervention

Le support de l'énergie cinétique c'est la quantité de mouvement. Il se trouve qu'elle est reliée à la masse pour un corps massif, mais être relié ne signifie pas que la masse est fondamental.

Si on fait disparaître M, on a bien sûr : E^2=P^2=T^2 mais, peut-on rayer M d'un trait de plume, sous prétexte qu'il est négligeable ?
Lorsque gamma tend vers l'infini, le produit : T=M.gamma est toujours présent.
Dans tout ce qui précède, on n'a pas quitté la RR.
Ecrire :E=P=T=h.f, avec m=0 pour v=c, est un saut conceptuel.

M n'est pas négligeable, il est rigoureusement nul dans nos modèles, et ces modèles sont compatibles avec l'expérience.

[Les Terres Bleues]

Envoyé par Arapède. Du point de vue de la physique, je ne pense pas que le photon puisse être assimilé à un point mathématique sans dimension.

Si, il le peut, c'est même la base de la physique des particules dans sa forme actuelle : les particules élémentaires de nos modèles sont ponctuels, ce sont des points mathématiques.

Bonjour,
Et bien voilà, nous y sommes !
Ce message à mon avis possède entre autres qualités l'immense avantage d'être très clair dans l'expression. Et je crois que partant de là, tout le monde est gagnant pour ce qui est de la compréhension des désaccords persistants entre les différentes personnes qui interviennent dans cette discussion.
Ou, en disant autrement la même chose, c'est la raison d'être de la recherche scientifique.
Petite proposition timidement avancée (ne m'assassinez pas si vous la trouvez nulle) : est-il possible de concevoir la photon comme composé de masse-énergie et non pas d'énergie seulement avec une masse nulle ? Bien sûr dans une telle hypothèse théorique, qui n'est pas celle d'aujourd'hui j'en conviens, il ne pourrait plus être un point mathématique.

[mach3]

est-il possible de concevoir la photon comme composé de masse-énergie et non pas d'énergie seulement avec une masse nulle ? Bien sûr dans une telle hypothèse théorique, qui n'est pas celle d'aujourd'hui j'en conviens, il ne pourrait plus être un point mathématique.

l'électron a une masse et il est pourtant tout aussi ponctuel que le photon dans les théories validés actuelles, donc la masse ne change rien.

m@ch3

[stefjm]

l'électron a une masse et il est pourtant tout aussi ponctuel que le photon dans les théories validés actuelles, donc la masse ne change rien.

m@ch3

Bonjour,
J'ai failli répondre la même chose que toi, puis me suis rappellé qu'un électron se délocalisait quand même pas mal dans bien des situations.
Du coup, ne sachant pas répondre à cette objection, je me suis prudement tû en attendant la réponse d'un barbu du domaine!