Longueurs d’onde et observateur.

[invitec913303f]

Bonsoir, attention, je préviens tout de même à l’avance, ceci est encore une de mes questions idiotes, à l’origine d’une lenteur d’esprit démesuré.

Si j’observe un photon, comment puis-je observer une longueur d’onde ?
Mais bon, ma question est idiote puisque dans mon espace-temps, je peux toujours observer des intervalles de temps et des distances. Ceci dit, pour un photon, comment son énergie est définit, sur lui-même ? Je veux dire par là, que si j’étais un photon, une fois de basse énergie, et une autre fois de haute énergie, ques qui aurai changé ? Encore une fois, je peux dire ma longueur d’onde dans mon référentiel non ? Mais là encore, je ne pourrais déterminer ma loguer d’onde puisque je ne perçois plus le temps de la source qui ma émise.

Enfin je sait que je bug quelque part, mais j’aimerai bien quelque éclaircies.
Merci bien.
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[invite6f044255]

Salut Floris!

Si j’observe un photon, comment puis-je observer une longueur d’onde ?

Dans le visible, c'est simplement a sa couleur que tu determines la longueur d'onde du photon.

Ceci dit, pour un photon, comment son énergie est définit, sur lui-même ?

Et, bien E=h.nu (ou h est la contante de Planck (non barree) et nu la frequence.).
Je ne suis pas sur de comprendre le "sur lui-meme"....

Je veux dire par là, que si j’étais un photon, une fois de basse énergie, et une autre fois de haute énergie, ques qui aurai changé ?

la longueur d'onde!!


Pour resumer, si ta question porte sur comment on mesure une longueur d'onde lors d'une experience, il y a plusieurs methodes qui peuvent se baser sur l'energie, ou sur la deviation par un prisme (l'angle de deviation depend de la longueur d'onde) ou d'autres choses encore...

[invitec913303f]

Bonsoir ixi, merci, je crois que je me suis mal exprimé, en fait quand je parlais d'observateur, c'étai dans le contexte de la rr. Enfin je doi avoir beaucoup de mal ce soir. Merci encore.
Bien amicalement a toi.
flo

[invitea29d1598]

bonsoir,

en fait quand je parlais d'observateur, c'étai dans le contexte de la rr. Enfin je doi avoir beaucoup de mal ce soir.

tant que tu parles d'un seul observateur, presque tout ce qui est valable en physique newtonienne l'est tout autant en relativité. La relativité fait des différences avec la physique newtonienne principalement lorsque tu compares des choses mesurées dans deux référentiels en mouvement l'un par rapport à l'autre. Donc la façon de mesurer la longueur d'onde d'un photon est identique à celle utilisée en physique newtonienne.

A ceci près, que si tu parles de photon, tu parles d'une particule et ne mesures pas directement la longueur d'onde. Tu mesures soit la quantité de mouvement soit l'énergie via un choc avec une particule (absorption, effet photoélectrique, etc). La longueur d'onde est retrouvée avec les formules usuelles liant énergie ou impulsion avec fréquence ou longueur d'onde. Pour mesurer directement la longueur d'onde, il faut par définition observer une onde électromagnétique, ce que tu peux faire par diverses expériences d'optique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea3fc981a]

Je crois que tu l'as présenti Floris, l'énergie (et donc la longueur d'onde) d'un photon dépend du référentiel dans laquelle tu la mesures. L'observation la plus directe de ce phénomène est l'effet Doppler : si tu es immobile par rapport à la source de lumière, tu observeras la "vraie couleur" émise par la source ; si tu te déplaces vers la source, tu observeras un décalage vers le bleu (vers les petites longueurs d'onde, donc les hautes énergies/fréquences) ; si tu t'éloignes de la source tu observeras un décalage vers le rouge (vers les grandes longueurs d'onde, donc les photons te sembleront avoir une énergie plus petite).

Et on ne peut pas se placer dans le référentiel du photon : on ne peut donc pas définir une longueur d'onde ou une énergie "dans le référentiel du photon", cela n'a pas de sens.

[invitec913303f]

Bonsoir, merci beaucoup pour vos réponses. Bon, en fait, ma question est très confuse en moi. Si j'étais un photon, dans mon referentiel, comment pourai-je calculer mon énergie? Je doute du réèle sens de ma question, je veux bien que l'on m'aide pour me dire si efectivement cette question n'a pas de sens. Merci encore à vous.
Bien amicalement
flo

[BioBen]

Si j'étais un photon, dans mon referentiel, comment pourai-je calculer mon énergie? Je doute du réèle sens de ma question, je veux bien que l'on m'aide pour me dire si efectivement cette question n'a pas de sens

En soi, se placer dans le référentiel d'un photon n'a pas de sens.

[invitec913303f]

Oui, je sui bien d'accord, mais ici je ne fait pas de la physique avec l'extérieur, mais avec moi même.

[invitea3fc981a]

Cela ne change rien Floris, on ne peut pas faire de physique dans un référentiel se déplaçant à c. C'est une règle qui peut paraître absurde, arbitraire, injuste, mais c'est comme ça.

Donc, pas question de se placer dans le "référentiel du photon" pour mesurer quoi que ce soit.

[invitec913303f]

Bonsoir, oui, je comprend tout à fait, sa me semble pas mystérieux, cepandant, comme je l'ai dit, là je ne fait pas de la physique avec l'extérieur, mais avec moi même. Alors bien sur, cert, le photon n'est pas vraiment un referentiel, je comprend bien cela, mais si j'allait un peut moin vite, et que je n'avait pas de masse? Comment ferais-je? Désolé si c'est une question idiote. Merci encore.
Cordialement à tous

[BioBen]

Euh je crois que si tu n'as pas de masse, tu vas à c quoiqu'il arrive (dans le vide)....

[invitea3fc981a]

Comme le dit BioBen, un objet sans masse va toujours à c, donc un photon se déplacera toujours à c. Que ce soit un photon ou autre chose d'ailleurs, si tu n'as pas de masse tu vas à c.

Tu ne peux pas mesurer tes propres propriétés quand tu vas à c Floris. Prenons une expérience de pensée : je mets une masse nulle à ton corps, tu te déplaces alors à c. Pour toi les objets deviennent tous à deux dimensions (même toi-même), tu ne peux plus définir de temps entre deux événements (tout t'arrive en même temps)... Comment veux-tu dans ces conditions mesurer quoi que ce soit ? Tu ne peux même plus te regarder toi-même, tu ne peux pas lever un doigt...... Tu ne peux rien faire, parce que ton référentiel n'est plus valide, les lois physiques se résument à des infinis ou des zéros, bref rien n'est plus valable dans ton référentiel.

Donc, pour reprendre ton expérience, tu ne peux pas te placer dans le référentiel du photon pour mesurer quelle longueur d'onde il aura, ni quoi que ce soit. Tu ne peux mesurer ni les propriétés intérieures, ni les propriétés extérieures au photon.


C'est clair maintenant ?

[invite0bbfd30c]

A ceci près, que si tu parles de photon, tu parles d'une particule et ne mesures pas directement la longueur d'onde. Tu mesures soit la quantité de mouvement soit l'énergie via un choc avec une particule (absorption, effet photoélectrique, etc). La longueur d'onde est retrouvée avec les formules usuelles liant énergie ou impulsion avec fréquence ou longueur d'onde. Pour mesurer directement la longueur d'onde, il faut par définition observer une onde électromagnétique, ce que tu peux faire par diverses expériences d'optique.

Je ne te suis pas... peux-tu préciser ce que tu veux dire?

On peut mesurer la longueur d'onde d'un photon, comme on le fait avec un faisceau lumineux "normal". Par exemple en utilisant un réseau (diffraction) ou un prisme (dispersion)...

[invitec913303f]

Bonsoir, oups, dsl, oui efectivement si je n'avait pas de masse je vais forcément à c, ah, c'est la fatigue Hum, cepandant, je cite: "" Prenons une expérience de pensée : je mets une masse nulle à ton corps, tu te déplaces alors à c. Pour toi les objets deviennent tous à deux dimensions (même toi-même), tu ne peux plus définir de temps entre deux événements (tout t'arrive en même temps)... ""

D'accord, alors ainsi, à cause de l'invarience, je dois moi même me perçevoir avencer à c ? Pourtent, Imaginons que je soit dans un super vesseau accélérant à une vitesse relative donc, proche de c, dans le vaisseau, je ne constaterais rien d'anormal?
@+
flo

[invitea29d1598]

On peut mesurer la longueur d'onde d'un photon, comme on le fait avec un faisceau lumineux "normal". Par exemple en utilisant un réseau (diffraction) ou un prisme (dispersion)...

pour UN photon tu peux faire ça ?

pour commencer, je t'avouerai que je suis loin d'être expert pour ce qui est de l'observation directe des photons. Mon point de vue était le suivant : pour mesurer une grandeur relative à UN photon (et je parle bien d'un seul pas d'un faisceau), il faut interagir avec lui et être sûr d'avoir interagit avec un seul photon. Pour des observations d'interférence ou dispersion, il en faut plusieurs non? la figure d'interférence ne se forme pas avec un seul photon même si chacun d'entre eux y contribue... idem si tu fais de la "dispersion", tu n'auras jamais ces processus avec UN photon, si?

observer UN photon n'est toutefois pas aussi problématique s'il y a transfert d'impulsion à une autre particule plus simple à observer par la suite... (un électron localisé par exemple).

tu peux me donner un exemple détaillé de processus contredisant ce que je raconte (qui est peut-être faux), stp?

[J'en profite pour glisser une question : j'ai lu y'a bien longtemps que l'on peut expliquer l'effet photoélectrique sans quantifier le champ EM même si ça demande une gymnastique intellectuelle autrefois tuée à coups de rasoir d'Occam. Tu confirmes ou nies et aurais des refs, stp?]

[invite0bbfd30c]

pour UN photon tu peux faire ça ?

Oui

Pour des observations d'interférence ou dispersion, il en faut plusieurs non? la figure d'interférence ne se forme pas avec un seul photon même si chacun d'entre eux y contribue... idem si tu fais de la "dispersion", tu n'auras jamais ces processus avec UN photon, si?

Si; par exemple tu prends un réseau de diffraction (blazé dans l'ordre un pour faire ça bien), tu fais diffracter ton photon dessus et tu détectes selon quel angle il a été diffracté, par exemple avec une rangée de photodiodes très sensibles. La photodiode qui fait "clic" te dit selon quel angle le photon a été diffracté, et te donne donc sa longueur d'onde, comme pour un faisceau "habituel". Bien entendu il y a une limite à la précision de la mesure, mais c'est la même que pour un faisceau "habituel". Même procédure avec un prisme dispersif. Il n'y a pas de problème particulier.

[J'en profite pour glisser une question : j'ai lu y'a bien longtemps que l'on peut expliquer l'effet photoélectrique sans quantifier le champ EM même si ça demande une gymnastique intellectuelle autrefois tuée à coups de rasoir d'Occam. Tu confirmes ou nies et aurais des refs, stp?]

C'est vrai; il y a quelques éléments dans la discussion suivante, message 8 : http://forums.futura-sciences.com/sh...3&page=1&pp=18

[invite7ce6aa19]

Attention il y a une confusion entre deux objets profondemment différents:

1- le photon qui est une particule quantique "spéciale" (sans masse et se déplacant a la vitesse de la lumière dans tous les repères) que l'on caractérise par ce que l'on peut mesurer a savoir: son impulsion, son energie, son spin. Au sens stricte un photon n'a pas de longueur d'onde.

2- L'onde quand a elle est un objet classique (cad non quantique) qui posséde une frequence une longueur d'onde (mieux un vecteur d'onde k) et une polarisation.

Le lien entre les deux s'explique dans le cadre de la MQ et ce n'est pas simple. par exemple on montre qu'une onde rigoureusement monochromatique contiend un nombre fluctuant de photons autour d'une valeur moyenne. même chose pour la phase

[invite0bbfd30c]

Je ne vois pas où est la confusion... le photon a tout à la fois des aspects particulaire et ondulatoire.

Au sens stricte un photon n'a pas de longueur d'onde.

Peux-tu préciser? Tu veux dire qu'il a une fréquence (ou une superposition de fréquences, peu importe) mais pas l'équivalent en longueur d'onde?

[invite7ce6aa19]

Je ne vois pas où est la confusion... le photon a tout à la fois des aspects particulaire et ondulatoire.

Malheureusement non

[B]une "particule" quantique, comme le photon n'est ni une particule ni une onde[B].

Pour expliquer ca aux étudiants on montre l'expérience des trous d-Young. hélas ce n'est pas forcemment bien compris même pas les profs!!!!

[invitea0046ad4]

Bonjour

Juste en réaction à l'exemple donné du réseau de diffraction.

Il faut voir que dans le cas d'un réseau, les directions de diffraction discrêtes correspondent à une condition d'interférences constructives. Tout comme d'ailleurs la direction de réfraction donnée par la loi de Descartes, et aussi la dispersion. Et pour qu'il y ait interférences,il faut bien plusieurs photons.
Faudrait voir le traitement quantique d'un réseau de diffraction, mais ça doit être assez compliqué, étant donné que le photon est absorbé et réémis...
A mon avis, on n'est pas plus avancé pour mesurer la "longueur d'onde" d'un seul photon.

A+

[invite7ce6aa19]

Bonjour

Juste en réaction à l'exemple donné du réseau de diffraction.

Il faut voir que dans le cas d'un réseau, les directions de diffraction discrêtes correspondent à une condition d'interférences constructives. Tout comme d'ailleurs la direction de réfraction donnée par la loi de Descartes, et aussi la dispersion. Et pour qu'il y ait interférences,il faut bien plusieurs photons.
Faudrait voir le traitement quantique d'un réseau de diffraction, mais ça doit être assez compliqué, étant donné que le photon est absorbé et réémis...
A mon avis, on n'est pas plus avancé pour mesurer la "longueur d'onde" d'un seul photon.

A+

Tu vois bien par toi même que l'on ne peut parler de la longueur d'un photon, tout simplement parcequ'un photon n'a pas de longueur d'onde.

La diffraction c'est de l'optique classique (cad non quantique).

[invitec913303f]

Ah, bonjour, je me permet de faire une petite citation: "Le lien entre les deux s'explique dans le cadre de la MQ et ce n'est pas simple. par exemple on montre qu'une onde rigoureusement monochromatique contiend un nombre fluctuant de photons autour d'une valeur moyenne. même chose pour la phase"

Ceci explique donc pourquoi, en MQ on fait une analyse de Fourier pour les particules n'est pas? Je fais éreur?

Expérience de pensée. Imaginons, maintenant que le principe d'incertitude n'existait pas. Je ferais passer un photon dans une fente, du moment que la fente aurait une dimension plus grande que la logueurs d'onde précise du photon, je ne devrai observer aucune difraction, sauf au moment ou la dimension de la fente serai égale à celle de la logueurs d'onde associer au photon. Si le principe d'incertitude n'existait pas, cela serai t'il corecte?

Merci encore a tous.
flo

[inviteba0a4d6e]

Malheureusement non

[B]une "particule" quantique, comme le photon n'est ni une particule ni une onde[B].

Pour expliquer ca aux étudiants on montre l'expérience des trous d-Young. hélas ce n'est pas forcemment bien compris même pas les profs!!!!

Un photon seul projeté entre les fentes sur la plaque photographique ne formera pas d'onde... C'est l'accumulation d'une multitude de photons qui va la créer. Donc, l'onde sera la conséquence des intéractions des photons avec la cible les uns par rapport aux autres...

Ce qui paraît irrationnel à première vue (et qui pourtant fonctionne expérimentalement), c'est que si l'on envoie les photons un par un (ou presque) sur la plaque, ils vont se disposer a priori de manière "hasardeuse", un peu partout.
Et comme le hasard fait parfois bien les choses, lorsque une quantité suffisante de photons aura atteint la plaque, on verra se former une onde petit à petit, comme si ces photons savaient où les précédents se sont placés, et où les suivants vont se placer, comme s'ils avaient une "conscience", et un chemin dicté par avance.

Bizarre la Physique parfois...

[invitea0046ad4]

Tu vois bien par toi même que l'on ne peut parler de la longueur d'un photon, tout simplement parcequ'un photon n'a pas de longueur d'onde.

La diffraction c'est de l'optique classique (cad non quantique).

Tout à fait d'accord, d'où les guillemets.
On peut aussi penser au spectre des impulsions des lasers femtoseconde pour s'en convaincre.

A+

[invite0bbfd30c]

Je ne vois pas où est la confusion... le photon a tout à la fois des aspects particulaire et ondulatoire.

Malheureusement non

[B]une "particule" quantique, comme le photon n'est ni une particule ni une onde[B].

Pour expliquer ca aux étudiants on montre l'expérience des trous d-Young. hélas ce n'est pas forcemment bien compris même pas les profs!!!!

Désolé, mais un objet quantique tel un photon a les aspects particulaire et ondulatoire. L'expérience que j'ai décrite au-dessus le montre : tu envoies un photon unique sur un réseau de diffraction (blazé dans l'ordre un), il est diffracté selon un certain angle que tu détectes ensuite. Tu vas avoir quelques difficultés à interpréter cette expérience sans le concept de longueur d'onde , pourtant il s'agit d'un photon unique. Qu'est-ce qui te bloque?

[invitec913303f]

Salut, chip, sans vouloir perturber le vive du sujet je me permet de faire une petite intrusion; ( justement, c'est bien le vive du sujet de ma question de départ de ce forum. C'est pourquoi j'vais parlé de referentiel etc, à priorie rien à voir, mais si. C'est bien ce problème qui ma fait poser cette question au sujet de la logueurs d'onde du photon, ou si on ne peut parler de logueurs d'onde pour un photon. Et pourtent une particule clasique à bien une énergie qui ne dépend pas d'une histoire de groupe. On observe pourtent aussi une diffraction d'électron, même avec un seul. Enfin je préfere me taire, ce sera beaucoup mieux )

[invitee8334059]

Salut, chip, sans vouloir perturber le vive du sujet je me permet de faire une petite intrusion; ( justement, c'est bien le vive du sujet de ma question de départ de ce forum. C'est pourquoi j'vais parlé de referentiel etc, à priorie rien à voir, mais si. C'est bien ce problème qui ma fait poser cette question au sujet de la logueurs d'onde du photon, ou si on ne peut parler de logueurs d'onde pour un photon. Et pourtent une particule clasique à bien une énergie qui ne dépend pas d'une histoire de groupe. On observe pourtent aussi une diffraction d'électron, même avec un seul. Enfin je préfere me taire, ce sera beaucoup mieux )

Salut Floris, je crois comprendre ta question.
Tu te dis: si l'électron peut être détecté en mesurant sa longueur d'onde par un processus de diffraction.Sachant que l'électron est ponctuel, il doit interagir avec la matière comme une particule.
Mais par ailleurs tu as entendu dire que la MQ prévoit une dualité onde-particule pour toute particule quantique donc tu fais le lien avec l'onde électromégnétique et là tu pense au photon.
Alors tu te demande si le photon interagit comme l'électron car à priori il est ponctuel comme lui. Est ce que c'est là l'objet de ta question?
Je ne sais pas exactement si c'est ça mais je me permet d'esquisser une réponse à cette question au cas où cela peut t'aider.
Tout d'abord le photon n'interagit pas avec la matière comme une partie car il n'est que pure énergie. Les seules processus qui me semblent raisonnables pour décrire l'interaction photon-matière sont:
les processus d'émission de photons (émission spontanée et stimulée, fluorescence), les processus d'absorbtion de photons(photon donne de l'énergie à une particule ce qui excite la particule).
Les processus faisant intervenir des photons gammas dans les détecteurs de rayons gammas sont des scintillateurs et des chambres à fils.
Ces détecteurs me semble être les seuls qui permettent véritablement la détection de photons de manière séparé.
Les photons gammas ont la particularité d'interagir avec la matière comme des particules et non comme des ondes.
De ce fait, pour les détecter il faut créer "un masque" qui est une structure qui reçoit le choc de la particule et la transforme en énergie observable grâce à un scintillateur couplé au masque.Grâce au masque on sait que la particule vient de tel direction car le choc est caractérisé par un point d'impact.
La chambre à fil signale la présence d'une trace en énergie et indique qu'un photon est passé mais ne donne pas d'indication directe sur la direction du photon.
On peut aussi détecter un photon de manière indirecte en utilisant des effets de particules relativistes comme l'électron où le muon.
L'effet principa utilisé est un effet supra luminique appellé "effet Cérenkov". Cette effet est définis par l'apparition d'un cône de lumière bleue orienté en direction opposé au front d'onde; Cela est due à l'interaction d'une particule avec un milieu d'indice n dans lequel la vitesse v de la particule est supérieur à la vitesse de la lumière *Dans le milieu* (pas dans le vide!).
Les photons infrarouge sne sont pas détectable par les même instrucments que les gammas car du fait de leur énergie ils ont tendance à se comporter comme des ondes plus que comme des particules( la représention de l'incertitude sur l'impulsion est petite car cette impulsion est plus petite que pour les photons gammas (E=p*c et p évolue en fonction de l'énergie) donc l'incertitude en position est plus grande et le paquet d'onde est d'autant plus étalé dans l'espace des positions qu'il est concentré dans celui des impulsions).
Là on ne peut pas distinguer les photons un à un mais on ne peut que réaliser des expériences qui mettront en avant l'aspect ondulatoire de la lumière.

J'espère avoir apporté un élément de réponse à ta question.
Tes questions sont très intéressante , merci de les poser comme tu le fais.

[invitee8334059]

Les processus faisant intervenir des photons gammas dans les détecteurs de rayons gammas qui sont des scintillateurs et des chambres à fils donne par ailleurs des interactions qui s'apparente à des chocs comme si les photons étaient des particules.
J'ai dit cependant que les photons ne se comportait pas comme des particules mais comme de l'énergie pure.
Cette analogie n'est donc pas à prendre au pied de la lettre.
Ces détecteurs me semble être les seuls qui permettent véritablement la détection de photons de manière séparé.

Dans mon empressement j'ai oublié un bout de la phrase.Je corrige cela désormais.
Sorry

[invitea29d1598]

L'expérience que j'ai décrite au-dessus le montre : tu envoies un photon unique sur un réseau de diffraction (blazé dans l'ordre un), il est diffracté selon un certain angle que tu détectes ensuite. Tu vas avoir quelques difficultés à interpréter cette expérience sans le concept de longueur d'onde , pourtant il s'agit d'un photon unique.

certes, perso je ne nie pas le fait que le photon ait une longueur d'onde. Ma question porte uniquement sur la mesure de celle-ci pour UN photon unique. Car je vois toujours pas vraiment comment ta diffraction va te donner la longueur d'onde... car comme dit Lambda0, il faut plusieurs photons pour voir apparaître la figure et comprendre, par analyse a posteriori, qu'il est nécessaire de supposer que chacun des photons individuels a des propriétés à la fois ondulatoires et particulaires pour expliquer la figure. Mais on a utilisé plusieurs photons... avec un seul, l'angle de diffraction ne prend pas une seule valeur qui est en bijection avec la longueur d'onde...

[invite0bbfd30c]

perso je ne nie pas le fait que le photon ait une longueur d'onde. Ma question porte uniquement sur la mesure de celle-ci pour UN photon unique. Car je vois toujours pas vraiment comment ta diffraction va te donner la longueur d'onde... car comme dit Lambda0, il faut plusieurs photons pour voir apparaître la figure et comprendre, par analyse a posteriori, qu'il est nécessaire de supposer que chacun des photons individuels a des propriétés à la fois ondulatoires et particulaires pour expliquer la figure. Mais on a utilisé plusieurs photons... avec un seul, l'angle de diffraction ne prend pas une seule valeur qui est en bijection avec la longueur d'onde...

Pourtant c'est le cas : détecter la déviation du photon après le réseau te donne la longueur d'onde du photon. Si au départ ton photon est dans une superposition de plusieurs longueurs d'onde (ou de fréquences si quelqu'un est encore réticent à parler de longueur d'onde pour un photon, bref) le fait de le détecteur dans telle ou telle direction après le réseau de diffraction est une mesure de sa longueur d'onde (à un delta lambda près correspondant à la résolution de l'instrument, bien entendu).