Interprétation de la vitesse constante de la lumière dans le vide

[invite17b4d62c]

Bonjour,
On considère d'après la relativité générale que la lumière suit un chemin tracé par la déformation de l'espace-temps due à la gravité.
Ma question est la suivante : pourquoi la lumière se déplace-t-elle a une vitesse constante dans le vide ? Pourquoi des photons ne voyageraient pas à des vitesses différentes comme peuvent le faire les autres particules ?
Pourquoi un photon émis par le changement du nuage électronique d'un atome ou par une désintégration aura toujours la même vitesse ?
A-t-on autre chose que des équations pour expliquer ce phénomène ? Autrement dit, connaissons-nous la nature de celui-ci ? La vitesse de la lumière doit-elle être comprise comme la vitesse "normale" de transfert d'information dans l'univers ?
Merci.
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[invite88ef51f0]

Salut,
Historiquement, Einstein a postulé que la vitesse de la lumière était toujours la même (quels que soient la fréquence et le référentiel), ce que semblait montrer l'expérience de Michelson-Morley. Il en a déduit la relativité restreinte.

L'approche moderne serait plutôt de postuler des symétries (invariance par translation, rotation, ...) et d'en déduire les transformations relativistes dépendant d'un paramètre c (on retrouve les transformations classiques en faisant tendre c vers l'infini). Ce "c", constante caractérisant l'espace-temps, est vite interprété comme la vitesse limite de transfert de l'information et comme la vitesse de propagation des particules sans masse. Donc les particules sans masse iront toujours à c, quel que soit le référentiel.

Reste plus qu'à montrer que les photons n'ont pas de masse (et ce pour toute énergie). L'électrodynamique quantique nous dit alors que si on a une certaine symétrie (invariance de jauge) alors la masse du photon doit être strictement nulle.

Enfin, on vérifie expérimentalement que la masse du photon est bien plus faible que ce qu'on peut mettre en évidence expérimentalement, confirmant que toutes ces symétries sont bien respectées.

Mais l'idée que la vitesse puisse changer avec l'énergie est importante. Certaines théories (théorie quantique à boucles notamment) introduisent des modifications de l'espace-temps à très petite échelle ce qui fait que les photons les plus énergétiques ne voient pas la même distance que les photons de basse énergie.
À des échelles d'énergie plus raisonnables, on peut faire la même chose avec des neutrinos. La détection d'une douzaine de neutrinos suite à une supernova a permis de montrer qu'ils arrivaient environ tous en même temps et donc à fixer une limite supérieure sur leur masse.

[invite60be3959]

A-t-on autre chose que des équations pour expliquer ce phénomène ? Autrement dit, connaissons-nous la nature de celui-ci ?

salut,

je rajouterai que connaître au mieux la nature d'un phénomène passe par une très bonne compréhension de ou des équations qui le décrive. Connais-tu un autre moyen ?

[invite1acecc80]

salut,

je rajouterai que connaître au mieux la nature d'un phénomène passe par une très bonne compréhension de ou des équations qui le décrive. Connais-tu un autre moyen ?

Encore un argument de théoricien...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite17b4d62c]

salut,

je rajouterai que connaître au mieux la nature d'un phénomène passe par une très bonne compréhension de ou des équations qui le décrive. Connais-tu un autre moyen ?

Merci à tous pour vos réponses. Pour répondre à ta question Vaincent, avant de formuler des équations il y a des hypothèses et des observations. Ce sont les relevés expérimentaux et les théories qui précèdent les équations.

[invite60be3959]

Merci à tous pour vos réponses. Pour répondre à ta question Vaincent, avant de formuler des équations il y a des hypothèses et des observations. Ce sont les relevés expérimentaux et les théories qui précèdent les équations.

je ne dirais pas le contraire !

[invite60be3959]

Encore un argument de théoricien...

Toujours cette bonne vieille querelle théoriciens-expérimentateurs
L'observation et la théorie sont complémentaires et indissociables si l'on veut comprendre au mieux la physique. L'observation nous montre la réalité, et la théorie permet de l'expliquer. Mais bon ça c'est en théorie bien sûr ! Certaines choses sont indémontrables en physique (fondées sur des postulats), comme la gravitation de Newton ou encore l'équation de Dirac par exemple, mais sont fondées soit sur l'observation et/ou l'intuition physique.

[invite17b4d62c]

La gravitation de Newton n'est pas démontrable en physique ? Vaudrait mieux pas qu'elle le soit, sinon je ne comprendrais plus l'intérêt d'avoir élaboré la relativité générale, notamment pour expliquer la précession de l'orbite de Mercure...

[mach3]

La gravitation de Newton n'est pas démontrable en physique ? Vaudrait mieux pas qu'elle le soit, sinon je ne comprendrais plus l'intérêt d'avoir élaboré la relativité générale, notamment pour expliquer la précession de l'orbite de Mercure...

non, ça se démontre pas, ça se vérifie expérimentalement et c'est ça qui est important

m@ch3

[invite17b4d62c]

D'où sort cette idée que la gravitation de Newton se vérifiait expérimentalement ? Jusqu'à preuve du contraire il y a des phénomènes qu'elle ne prend pas en compte.

[invité576543]

D'où sort cette idée que la gravitation de Newton se vérifiait expérimentalement ? Jusqu'à preuve du contraire il y a des phénomènes qu'elle ne prend pas en compte.

Ca dépend de la formulation de la gravitation de Newton. Si on prend soin de rajouter aux équations des termes d'approximation dépendant de certains paramètres, la théorie n'est pas réfutée.

Par exemple, plutôt qu'écrire E =mv²/2, on écrit E=mv²/2 + m o(v²) avec o(v²) négligeable devant v² pour v<<300000 km/s.

Comme toute test expérimental est entâché d'erreurs de mesure, une théorie passe le test quand l'erreur "théorique" est négligeable devant les erreurs expérimentales.

L'idée est que les phénomènes non pris en compte peuvent être circonscrits, dans l'exemple c'est avoir une vitesse trop grande. (Et pour Newton, faut rajouter aussi des accélérations de gravitation pas trop grande.)

Toutes les théories physiques sont dans le même cas, sans exception. Il y a toujours des phénomènes non pris en compte, et la notion de "vérification expérimentale" doit être définie soigneusement pour prendre cela en compte.

A contrario, si la notion de vérification expérimentale n'était pas admise, la notion même de théorie physique disparaîtrait!

Cordialement,

[inviteb1aad2cc]

D'où sort cette idée que la gravitation de Newton se vérifiait expérimentalement ?

Le principe d'équivalence "faible" est un constat expérimental, jamais démenti et aux conséquences bien pratiques...

[invite6754323456711]

Bonjour,

Toujours cette bonne vieille querelle théoriciens-expérimentateurs

Einstein aurait dit :

La théorie, c'est quand on sait tout et que rien ne fonctionne. La pratique, c'est quand tout fonctionne et que personne ne sait pourquoi. Ici, nous avons réuni théorie et pratique : Rien ne fonctionne... et personne ne sait pourquoi !

Si les faits ne correspondent pas à la théorie, changez les faits.

Patrick

[invite17b4d62c]

Ca dépend de la formulation de la gravitation de Newton. Si on prend soin de rajouter aux équations des termes d'approximation dépendant de certains paramètres, la théorie n'est pas réfutée.

Bonjour,
Mais est-ce encore la même théorie ? Parce que sur ce principe, je peux aussi bien dire que la terre est plate, ce qui est une bonne approximation pour mes calculs de vitesse ou d'aire, jusqu'à ce que les distances soient trop grandes et que je sois obligé de prendre en compte la rotondité de la terre. Est-ce que pour autant je pourrai affirmer ensuite que la théorie selon laquelle la terre est plate, est "démontrable expérimentalement" ? Ou est-ce que parce que la lumière a un comportement ondulatoire dans certaines conditions, je vais pouvoir dire que le fait que la lumière est composé d'ondes est "démontrable expérimentalement" ? Autrement dit, est-ce que l'on continue à dire qu'une théorie incomplète (et surtout complétée depuis par des théories plus générales) est "démontrable expérimentalement" ?

[stefjm]

Je ne connais pas de théorie complète. Il y a toujours des limitations de la validité (limitation théorique) ou de l'utilisation. (limitation pratique).
Chaque fois qu'une théorie a été démontrée comme complète, l'un des théorèmes utilisés pour montrer la complétude était faux...

[invité576543]

Mais est-ce encore la même théorie ?

Bonne question. A mon sens, non ce n'est pas la même théorie au sens précis où ce n'est pas la théorie telle qu'elle était comprise disons jusqu'au milieu du XIXème (pour prendre des marges).

La théorie "brute" est donc fausse. Mais par ailleurs, la mécanique classique et la gravitation de Newton sont toujours enseignées et utilisées. On ne peut pas rendre compte de ce fait en se contentant de dire "ces théories sont fausses". L'approche consistant à remplacer la théorie ancienne par une théorie explicitant le domaine de validité et ayant exactement le même usage dans ce domaine (et non pas de l'étendre, comme par exemple en passant en RR), rend compte de l'usage effectif de la théorie.

Parce que sur ce principe, je peux aussi bien dire que la terre est plate, ce qui est une bonne approximation pour mes calculs de vitesse ou d'aire, jusqu'à ce que les distances soient trop grandes et que je sois obligé de prendre en compte la rotondité de la terre. Est-ce que pour autant je pourrai affirmer ensuite que la théorie selon laquelle la terre est plate, est "démontrable expérimentalement" ?

A mon sens, oui. Mais à condition que les limites d'efficacité de la théorie soient bien explicitées. Ce qui dans le cas de la Terre plate ne va pas bien loin! La différence de hauteur du Soleil à une même heure est facilement mesurable pour des distances faibles avec un sextant, par exemple. Ou encore, la disparition d'un bâteau à l'horizon est constatable facilement. En bref, la théorie de la Terre plate n'est effective que sur quelques km, et même dans ce cas ça ne rend pas bien compte de plein d'observations.

Ou est-ce que parce que la lumière a un comportement ondulatoire dans certaines conditions, je vais pouvoir dire que le fait que la lumière est composé d'ondes est "démontrable expérimentalement" ?

Là encore, oui, et le domaine d'efficacité s'étend à tout ce qui était observé jusqu'à la fin du XIXème. Même maintenant, l'approche ondulatoire de la lumière est suffisante en pratique pour une immense quantité de cas, à l'instar de la mécanique classique. C'est pour cela que l'optique ondulatoire reste enseignée, et oui, elle est dans son domaine de validité, démontrée expérimentalement.

Autrement dit, est-ce que l'on continue à dire qu'une théorie incomplète (et surtout complétée depuis par des théories plus générales) est "démontrable expérimentalement" ?

A mon sens, oui, à la condition que le domaine de validité soit explicitement circonscrit. L'erreur est bien évidemment de considérer une théorie "démontrée expérimentalement aux erreurs de mesure près dans son domaine de validité" comme applicable en dehors de ce domaine.

En d'autres mots, on s'en sort en refusant une signification absolue à "démontrée expérimentalement", et en exigeant une signification relative mentionnant les erreurs de mesure (ou l'erreur acceptable en fonction des applications) ainsi que les limites du domaine de validité. Ce qui n'est pas une pirouette rhétorique, mais la seule manière que je connaisse de concilier l'existence de théories puissantes comme la relativité générale d'un côté, et l'enseignement et l'usage de la gravitation newtonnienne de l'autre, ce qui sont des faits.

Cordialement,

[invite7863222222222]

Bonjour,

Ca dépend de la formulation de la gravitation de Newton. Si on prend soin de rajouter aux équations des termes d'approximation dépendant de certains paramètres, la théorie n'est pas réfutée.

Parcequ'une théorie peut être représentée seulement par les équations de base à laquelle elle aboutit ?

[invite6754323456711]

Bonjour,

Ne faut-il pas généraliser le notion d'echelle ?

Patrick

[invité576543]

Parce qu'une théorie peut être représentée seulement par les équations de base à laquelle elle aboutit

Non. Mais ce n'est pas quelque chose qu'on peut inférer de ce que j'ai écrit.

Cordialement,

[invite51a74b1c]

Selon Steven Weinberg, la vitesse V d’éloignement des nébuleuses est estimée en comparant la période T’ qui sépare deux crêtes successives de l’onde observée et en la comparant avec la période T du spectre standard qui correspond à l’émission, soit T'=T+VT/c , d’où V=(l'/l - 1)c avec l'=cT' et l=cT respectivement longueurs d’onde à la réception et à l’émission La vitesse de propagation du signal lumineux ne peut consister que dans la distance parcourue par unité de temps depuis un émetteur pour parvenir à un récepteur. Cette vitesse étant supposée constante et égale à c, la distance parcourue entre émission et réception par une première crête de l’onde est alors supposée égale à D . En suivant le même raisonnement que ci-dessus, la distance parcourue par la deuxième crête est donc D'=D+l'-l =D+cT+VT-cT= D+VT. La vitesse de propagation du signal doit-elle être mesurée par l’arrivée de la première ou de la deuxième crête de l’onde ?