"Age" d'un photon

[invitec8ae6fb6]

Bonsoir à tous!

Voilà j'ai quelques interrogations à propos de la lumière et des photons.
Je vais faire bref :

Selon la théorie de la relativité restreinte, le temps se dilate, et est "ralenti" quand notre vitesse augmente.
De ce fait "l'age" ou "le temps" d'un photon est-il nul?

Si oui, quand on dit que "la lumière met 8 minutes à nous parvenir du Soleil"; pour un photon (comme le temps n'existe pas), la durée de son trajet entre le Soleil et la Terre est-elle nulle (pour lui)?
Également, si un photon n'a pas "d'age", cela veut-il dire qu'il est éternel, qu'il ne meurt (ou "s'éteint") jamais?

Voilà, j'espère que vous répondrez à mes questions qui sont peut être totalement absurdes je vous le conçoit^^.
Merci d'avance

P.S. dsl si le sujet avez déjà était posé :s
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[invite499b16d5]

Voilà, j'espère que vous répondrez à mes questions qui sont peut être totalement absurdes je vous le conçoit^^.
Merci d'avance
:s

Bonjour,
Bien que n'étant pas un spécialiste, je vais dire ce que je crois, libre à d'autres de le préciser.
D'abord, on ne peut guère parler de "trajet" pour un photon venant du Soleil, car, selon la même théorie, pour lui la distance Soleil-Terre est nulle.
Ensuite, effectivement, le photon ne voit aucun temps s'écouler et donc est instantanément sur Terre, de son point du vue (je sais que le "point de vue", ou le référentiel, d'un photon est une notion que les physiciens préfèrent éviter, voire même contestent absolument).
L'âge, c'est encore autre chose que la durée du trajet et ça renvoie à des questions bien plus étranges encore. Là encore, de son point de vue, le photon a forcément un âge nul. Ce qui peut d'ailleurs s'interpréter de deux façons:
-soit le photon existe depuis le début des temps, et alors l'âge de l'Univers est nul lui aussi (le temps est juste un effet de perspective mais tout a lieu "dans un seul instant";
-soit on peut penser que tout photon vient tout juste de naître et s'éteint aussitôt, ce qui n'est pas gênant puisqu'il lui faut un temps nul pour se rendre de A à B. Il a donc toujours largement le temps....
-par ailleurs, on dit "je vous le concède" et pas "je vous le conçois"...

[invite5e5dd00d]

Bonsoir,

Bien que n'étant pas un spécialiste, je vais dire ce que je crois, libre à d'autres de le préciser.
D'abord, on ne peut guère parler de "trajet" pour un photon venant du Soleil, car, selon la même théorie, pour lui la distance Soleil-Terre est nulle.
Ensuite, effectivement, le photon ne voit aucun temps s'écouler et donc est instantanément sur Terre, de son point du vue (je sais que le "point de vue", ou le référentiel, d'un photon est une notion que les physiciens préfèrent éviter, voire même contestent absolument).

Effectivement, ce n'est pas seulement que l'on aime pas, c'est simplement que cela est absurde. Un photon va à par rapport à n'importe quel référentiel. L'énergie d'un photon calculée à partir de la formule (avec le signe égal) ne marche pas car la solution divergerait. De même, il y a tout un tas d'autres problèmes, notamment que l'impulsion d'un photon ne peut se calculer classiquement.

On peut parler de trajet pour le photon venant du soleil dans NOTRE référentiel, et dans ce cas ce trajet a une longueur finie, et la durée du trajet est obtenue par la relation classique . La lumière se propage par ailleurs comme une onde mais dans un milieu homogène tel le vide, l'onde est sphérique, ce qui signifie que "les photons ont une trajectoire rectiligne" (je mets ça entre guillemet, ce n'est pas vraiment comme cela que ça se passe, mais c'est une bonne représentation).

L'âge, c'est encore autre chose que la durée du trajet et ça renvoie à des questions bien plus étranges encore. Là encore, de son point de vue, le photon a forcément un âge nul. Ce qui peut d'ailleurs s'interpréter de deux façons:
-soit le photon existe depuis le début des temps, et alors l'âge de l'Univers est nul lui aussi (le temps est juste un effet de perspective mais tout a lieu "dans un seul instant";
-soit on peut penser que tout photon vient tout juste de naître et s'éteint aussitôt, ce qui n'est pas gênant puisqu'il lui faut un temps nul pour se rendre de A à B. Il a donc toujours largement le temps....
-par ailleurs, on dit "je vous le concède" et pas "je vous le conçois"...

Un photon a une durée de vie infinie si il n'interagit avec rien. Pour le reste, ce que tu dis est plein d'absurdités.

[invite499b16d5]

eh bien voilà, Verk, entre le zéro et l'infini, tu vois que tu as le choix.
Non, sérieusement, il est vraiment difficile de parler de choses comme les photons (ou les autres "particules" d'ailleurs), parce que personne ne sait exactement ce que c'est. C'est un concept pour faire des calculs et prédire des résultats. Au delà... c'est le flou artistique! En savoir plus relève de la quête du Graal

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite499b16d5]

La lumière se propage par ailleurs comme une onde mais dans un milieu homogène tel le vide, l'onde est sphérique, ce qui signifie que "les photons ont une trajectoire rectiligne" (je mets ça entre guillemet, ce n'est pas vraiment comme cela que ça se passe, mais c'est une bonne représentation).

J'avoue avoir du mal à concilier une onde sphérique (donc isotrope) avec une trajectoire rectiligne (donc ayant fait un choix irréversible de direction).
Je préfère penser le photon comme partant dans tous les sens à la fois (concept de l'onde sphérique) et se "matérialisant" seulement au point où on le détecte, si on le détecte (concept de trajectoire après effondrement de l'onde).
Dans les expériences mettant en jeu des photons émis un par un, est-on capable de dire: j'en ai émis un dans telle direction, donc je vais le recevoir à coup sûr dans mon détecteur?

[invite5e5dd00d]

J'avoue avoir du mal à concilier une onde sphérique (donc isotrope) avec une trajectoire rectiligne (donc ayant fait un choix irréversible de direction).
Je préfère penser le photon comme partant dans tous les sens à la fois (concept de l'onde sphérique) et se "matérialisant" seulement au point où on le détecte, si on le détecte (concept de trajectoire après effondrement de l'onde).
Dans les expériences mettant en jeu des photons émis un par un, est-on capable de dire: j'en ai émis un dans telle direction, donc je vais le recevoir à coup sûr dans mon détecteur?

Oui, tu as raison de voir les choses comme cela. D'où mes guillemets en fait. En TQC, le nombre de photons fluctue.
Pour ce qui est de l'onde sphérique, les rayons de la sphère sont rectilignes... bien sûr. Il existe une infinité de rayons sur lesquels les photons se déplaceraient. Evidemment c'est pas si simple, car cette représentation ne tient pas dans une expérience de diffraction, donc c'est à prendre avec des pincettes.
En tout rigueur, il faudrait raisonner avec des fonctions d'ondes, mais c'est loin d'être facile pour le photon.

Pour ce qui est de ce que j'ai dit dans mon précédent post, ce n'est pas tout à fait exact. Disons que le problème réside dans le fait que la quantité sans dimension donne des 0 ou des infinis dans les formules (en fonction de sa place), ce qui n'est pas physique.
On peut le voir plus simplement encore en imaginant un référentiel comme une règle (quelque chose pour mesurer) et une horloge (quelque chose pour mesurer une durée). Comment accrocher ces objets matériels à un photon qui va à par rapport à n'importe quoi ? Comment les accrocher alors que ces objets ont une masse et que la formule diverge méchamment quand un corps de masse va à ... (Rappel : ).

[invite499b16d5]

On peut le voir plus simplement encore en imaginant un référentiel comme une règle (quelque chose pour mesurer) et une horloge (quelque chose pour mesurer une durée). Comment accrocher ces objets matériels à un photon qui va à par rapport à n'importe quoi ? Comment les accrocher alors que ces objets ont une masse et que la formule diverge méchamment quand un corps de masse va à ... (Rappel : ).

Et on ne peut pas dire non plus qu'il y a une horloge attachée à un photon, et qui serait sa période de vibration: car pour le photon, toutes les crêtes de son onde sont émises simultanément, il n'y a que nous qui les recevons decalées, une après l'autre.
Et pourtant, quand on dit qu'un photon "part de tel endroit, il y a implicitement un référentiel qu'on peut lui attacher seulement à cet instant, mais qu'évidemment le photon laisse sur place dès qu'il s'élance.
En fait, il me semble que l'image la plus parlante, à condition d'avoir pu s'habituer d'abord à ce paradoxe, c'est de voir le photon comme le voyageur de Langevin le plus rapide possible. On reçoit ses signaux toutes les N nanosecondes, alors que pour lui ils ont été émis au même instant. Et c'est encore plus subtil que ça, puisqu'on ne peut mesurer la "fréquence" d'un seul photon: dans la pratique on va mesurer son énergie, ce qui revient au même, mais cela montre bien qu'énergie et temps ont partie liée.
Ah, on aimerait bien le "voir", ce photon!

[invite499b16d5]

Je reviens sur mon post pour poser la question plus clairement aux physiciens:
dans quelle mesure ça a encore un sens de parler de la "fréquence" d'un seul photon? Quand il est passé, il est passé. On ne peut rien observer de périodique.

[mariposa]

Je reviens sur mon post pour poser la question plus clairement aux physiciens:
dans quelle mesure ça a encore un sens de parler de la "fréquence" d'un seul photon? Quand il est passé, il est passé. On ne peut rien observer de périodique.

Bonjour,

Il me semble que tu connais l'expérience des trous d'Young. Celle-ci montre qu'un seul photon interférence avec lui-même avec une longueur d'onde caractéristique du photon unique.

[ouzala]

Bonjour

Je m'immisce dans ce très intéressant échange juste pour demander une précision.
à la lecture du message de (10h36) Sigmar suggère que les photons ont une masse

Comment les accrocher alors que ces objets ont une masse et que la formule diverge méchamment quand un corps de masse va à c...

mais j'avais cru comprendre que justement les photons sont des particules sans masse...

[invite499b16d5]

Bonjour,

Il me semble que tu connais l'expérience des trous d'Young. Celle-ci montre qu'un seul photon interférence avec lui-même avec une longueur d'onde caractéristique du photon unique.

Bonjour,
NON, ce qu'on observe strictement, c'est qu'un grand nombre de photons finit par former les franges d'interférences. Si on a un seul photon à notre disposition, on serait bien en peine de constater qu'il interfère ni de mesurer l'intervalle entre deux crêtes.
Certes on peut alors dire que "tout se passe comme si" chaque photon était une onde de fréquence bien définie et constante. Mais l'objet du fil étant d'essayer de visualiser ce que peut être un photon en tant qu'individualité, et notamment au fil du temps, on se heurte à mon sens aux limites de cette image: et c'est ça qui est intéressant parce qu'on peut espérer comprendre les rapports subtils entre temps et énergie, ce qui à mon humble avis doit être le lien fondamental entre Relativités et MQ. Pour moi, ces 2 théories ne sont pas deux corps de connaissance indépendants et par chance compatibles: elles sont en complémentarité, l'une impliquant l'autre. Comme je l'ai déjà dit ailleurs, je suis presque certain que si h était égal à 0, la vitesse de la lumière serait infinie (non, ne nous excitons pas, disons que si h était plus petit, alors c serait plus grand). L'incertitude quantique doit être la cause profonde de l'espace-temps, et probablement vice versa.

[invité576543]

Si on a un seul photon à notre disposition, on serait bien en peine de constater qu'il interfère

Il y a un "constat partiel" : tu peux utiliser la théorie pour améliorer l'espérance de gain d'un pari sur l'endroit d'arrivée du prochain photon. A ce sens, c'est une constatation des franges d'interférence d'un seul photon.

Comme je l'ai déjà dit ailleurs

Où ailleurs?

Cordialement,

[invite499b16d5]

Il y a un "constat partiel" : tu peux utiliser la théorie pour améliorer l'espérance de gain d'un pari sur l'endroit d'arrivée du prochain photon. A ce sens, c'est une constatation des franges d'interférence d'un seul photon.

C'est bien ainsi que je le comprends. Mais c'est valable si je sais par avance quelle sorte de photon je vais recevoir. Mais si la fréquence du photon est l'inconnue, et que je doive la calculer via la largeur de mes franges, mon calcul sera d'autant plus précis que j'en aurai reçu beaucoup, et on ce sens, on pourrait voir la "fréquence" comme une propriété émergente, nécessitant soit le temps, soit le nombre.
Un photon seul, il me semble, ne peut avoir de fréquence précise, tout simplement à cause des relations d'Heisenberg: on le détecte en un lieu précis, donc son énergie au moment de l'impact ne pouvait pas être précise, et donc sa fréquence non plus.

Et pourtant, à eux tous, ils finissent par donner une fréquence précise aussi longtemps que dure l'expérience. C'est ça qui est le grand mystère.

[invitee57d2d28]

Bonjour,

Sigmar suggère que les photons ont une masse

Non, ce que Sigmar dit, c'est qu'une horloge et une règle ont une masse. D'ou la difficulté d’attacher un référentiel à un photon.

[mariposa]

Bonjour,
NON, ce qu'on observe strictement, c'est qu'un grand nombre de photons finit par former les franges d'interférences. Si on a un seul photon à notre disposition, on serait bien en peine de constater qu'il interfère ni de mesurer l'intervalle entre deux crêtes.

C'est vrai que la figure est obtenue par un grand nombre de photons, mais c'est justement parce que aucune explication en termes de particules ou d'onde ne peut convenir que la MQ a été inventée (découverte).

Quand tu parles de crête d'onde c'est automatiquement un langage classique qui veut dire que l'on a une phase hors un photon n'a pas de phase parceque ce n'est pas une onde.

Un photon c'est une excitation élémentaire du vide (cad un état excité du vide) c'est un quantum d'énergie et ce n'est ni une particule ni une onde.

Pour expliquer ce qu'est une onde classique ce qui veut dire une phase bien définie il faut faire une superposition linéaire ad'hoc (un état de Glauber) de tous les états excités du vide pour décrire une onde classique.

Toute explication est strictement fausse. On ne peut pas parler de quantique avec des images classiques. C'est impossible.

[invite499b16d5]

Toute explication est strictement fausse. On ne peut pas parler de quantique avec des images classiques. C'est impossible.

Je sais cela, bien sûr, mais il faut bien alors essayer de trouver des images qui font davantage sens pour le commun des mortels. Personne dans la rue ne saura jamais ce qu'est un état de Glauber et je préfèrerais ne pas le savoir.
Une autre raison à cette exigence de clarté est que les images classiques, sous certaines conditions, s'avèrent très bien adaptées. Il doit y avoir une raison profonde à cela, et qui implique que l'étrangeté quantique n'est peut-être pas intraduisible pour des humains. Du moins c'est ce que j'espère.

[ouzala]

Ah ben oui... visiblement j'ai pas encore bien appris à lire,désolé.
Mais ça me mène à une autre question, qui j'espère serra moins idiote, pourquoi faudrait il que la règle et l'horloge en question soit des objets "matériels" alors ce sont de purs concepts. Est ce que sigmar veut dire qu'il n'est pas possible de relié le référentiel attaché au photon avec le "notre"?

[invité576543]

Un photon seul, il me semble, ne peut avoir de fréquence précise, tout simplement à cause des relations d'Heisenberg: on le détecte en un lieu précis, donc son énergie au moment de l'impact ne pouvait pas être précise, et donc sa fréquence non plus.

Mouais.... En remplaçant "énergie" par quantité de mouvement, peut-être. Maintenant l'indétermination sur la quantité de mouvement implique-t-elle l'indétermination sur le module de la quantité de mouvement?

(Quelle est la variable conjuguée à p², d'ailleurs?)

Cordialement,

[invite499b16d5]

(Quelle est la variable conjuguée à p², d'ailleurs?)

Là tu me poses une colle et tu m'en vois tout engluonné!

[invite499b16d5]

Mais ça me mène à une autre question, qui j'espère serra moins idiote, pourquoi faudrait il que la règle et l'horloge en question soit des objets "matériels" alors ce sont de purs concepts. Est ce que sigmar veut dire qu'il n'est pas possible de relié le référentiel attaché au photon avec le "notre"?

Mon avis personnel est que rigoureusement, il ne le faut pas, mais que coller un référentiel à un photon est un saut conceptuel qu'on peut difficilement oser franchir tant qu'on ne sait pas ce qu'est un photon. Si tu suis le fil, tu vois bien les difficultés que nous avons tous à définir ce que c'est. Un tel référentiel pourrait peut-être avoir un sens, mais lequel, sans tomber dans la métaphysique?

[mariposa]

Je sais cela, bien sûr, mais il faut bien alors essayer de trouver des images qui font davantage sens pour le commun des mortels. Personne dans la rue ne saura jamais ce qu'est un état de Glauber et je préfèrerais ne pas le savoir.
Une autre raison à cette exigence de clarté est que les images classiques, sous certaines conditions, s'avèrent très bien adaptées. Il doit y avoir une raison profonde à cela, et qui implique que l'étrangeté quantique n'est peut-être pas intraduisible pour des humains. Du moins c'est ce que j'espère.

Ce qu'il faut comprendre est en fait très simple.

Tu prend un atome A dans son état fondamental, il faut une excitation d'énergie E pour le porter dans son premier état excité.

maintenant tu remplaces l'atome A par un autre système physique qui est le vide. Ce système physique a un état fondamental et un état excité séparé par une énergie E (différente que l'atome A).


Le photon c'est exactement ce quantum d'énergie. On dit dans le langage professionnel que c'est une excitation élémentaire du vide.

C'est pourquoi le photon ce n'est pas une particule (une boule) et ce n'est pas non plus une onde.

Quand je parle d'état de Glauber c'est pour attirer l'attention qu'entre le photon (le quantum d'énergie) et l'onde électromagnétique il y a toute une construction mathématique. Cette construction mathématique a été récompensé par un prix Nobel. Donc si l'on veut comprendre les tenants et les aboutissants il faut prendre le crayon et manipuler le langage mathématique de la quantique.

C'est pourquoi s'évertuer a voir le photon comme une boule ou une onde est complètement à coté de la plaque, c'est pourquoi la MQ est très difficile à comprendre parce que les images classiques sont rapidement des impasse.

[invité576543]

pourquoi faudrait il que la règle et l'horloge en question soit des objets "matériels" alors ce sont de purs concepts. Est ce que sigmar veut dire qu'il n'est pas possible de relié le référentiel attaché au photon avec le "notre"?

C'est plus compliqué que cela. Il y a nombre de contraintes à respecter pour ces "purs concepts" pour que le terme "référentiel" soit acceptable. Et il n'y a pas de constructions conceptuelles qui 1) respectes ces contraintes, 2) telle qu'un photon est "immobile".

Sans entrer dans les détails, un "référentiel" est bien un concept, mais qui doit permettre d'exprimer les lois de la physique, et cela demande par exemple de pouvoir définir la notion de vitesse relativement à ce référentiel. C'est cette contrainte de pouvoir "y faire de la physique" qui fait qu'on ne peut pas parler d'un référentiel où serait immobile une trajectoire à la vitesse c pour d'autres référentiels.

Ou encore, même si on arrivait à donner un sens (et cela reste à montrer!) à "travailler dans un référentiel où tel photon est immobile", on se verrait interdit d'y utiliser les modèles de la physique.

Cordialement,

[invite73192618]

Ou encore, même si on arrivait à donner un sens (et cela reste à montrer!) à "travailler dans un référentiel où tel photon est immobile", on se verrait interdit d'y utiliser les modèles de la physique.

Curiosité: est-ce aussi interdit pour le référentiel d'un tachyon?

[ijk]

Bonjour

J'aurai aimer savoir s'il est possible de "modéliser" les photons ?

Par analogie il me semble qu'il soit assez facile de modéliser les ondes soniques - par de simples petites boules qui tiennent leur voisins par des ressorts.

Evidement c'est encore assez lent sur les ordinateurs d'aujourd'hui. Mais c'est possible et on doit bien avoir toutes les propriétés soniques - dites le moi si je me trompe.

Ainsi, aussi dur à comprendre soit les photons, existe-t-il un moyen de les modéliser sur un ordinateur ?

Je ne parle pas de la modélisation d'un photon à proprement parlé... mais d'un "espace" où on pourrait avoir ses propriétés onde-corpuscule

Si j'ai bien compris c'est impossible car le calcul quantique n'est pas à la porté des ordinateurs actuels !?

[invite24327a4e]

Bonsoir,

Effectivement, ce n'est pas seulement que l'on aime pas, c'est simplement que cela est absurde. Un photon va à par rapport à n'importe quel référentiel. L'énergie d'un photon calculée à partir de la formule (avec le signe égal) ne marche pas car la solution divergerait. De même, il y a tout un tas d'autres problèmes, notamment que l'impulsion d'un photon ne peut se calculer classiquement.

Non, elle ne divergerait pas... La masse du photon étant nulle on a une obtient une valeur indéterminée pour l'énergie du photon qui comme chacun le sait est .

[invite5e5dd00d]

Non, elle ne divergerait pas... La masse du photon étant nulle on a une obtient une valeur indéterminée pour l'énergie du photon qui comme chacun le sait est .

Je me suis corrigé ensuite pour rendre l'énoncé plus clair et surtout plus juste !

[invite2d9f8ffe]

Salut,
Je revien par cette tres interessante discussion a sa premiere question. Selon que j'ai compris :
Pour nous (dans notre referentiel) en peux munir un age si on trouve le moyen.
Pour Le photons lui meme : on peux pas le fairemunir d'un temp ou une coordonée spatiale .
alors la question elle meme de "quelle age a le photon" est non valide est eronée.
oui?