L'énergie cinétique du photon

[invite1020cd78]

Hello!
je suppose que le photon est doté d'une grande énergie cinétique puisqu'il peut être créé par la rencontre et l'anihilation d'un électron et d'un positron.
Un photon va-t-il toujours à grande vitesse?
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[invite88ef51f0]

Salut,
Un photon, n'ayant pas de masse, va toujours à la plus grande vitesse possible : la vitesse de la lumière c.

[invite1020cd78]

je suis rouge de honte pour avoir posé cette question...

...mais un photon peut produire un couple positron-électron. D'où sort-il l'énergie nécessaire?

[invite6754323456711]

D'où sort-il l'énergie nécessaire?

réponse totalement naïve : par la rencontre et l'annihilation d'un électron et d'un positron.

Patrick

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5b9bed31]

j'ai une question idiote. Pourquoi le photon est il dévié par les force gravitationnelle si il n'a pas de masse?

[invite6754323456711]

j'ai une question idiote. Pourquoi le photon est il dévié par les force gravitationnelle si il n'a pas de masse?

J'espère que ma réponse n'est pas idiote. La trajectoire d'un photon étant une géodésique elle est influencée par la géométrie de l'espace temps. La masse d'un astre courbe l'espace-temps.


Patrick

[Les Terres Bleues]

J'ai une question idiote. Pourquoi le photon est il dévié par les forces gravitationnelles s'il n'a pas de masse ?

Il n'est pas dévié par les forces gravitationnelles, il suit simplement sa ligne d'univers, c'est-à-dire une géodésique ou encore le chemin le plus court dans l'espace-temps (qui lui est courbe en raison de la présence de masses).

Merci de bien vouloir regarder l'autre discussion en cours sur la relativité du photon.

Cordiales salutations.

Nota: ah, je vois que Patrick est passé entre-temps, tant pis j'envoie quand même mon message.

[Les Terres Bleues]

Il n'est pas dévié par les forces gravitationnelles, il suit simplement sa ligne d'univers.

Maintenant que j'ai appris que dans le modèle actuel, la trajectoire du photon était une géodésique de longueur nulle (!), je ne crois pas que j'aurais répondu de la même manière à la question soulevée par aPrentI314159.
Cela me laisse quelques regrets de n'avoir pas été détrompé plus tôt, et la fâcheuse impression d'avoir été manipulé afin d'exposer un point de vue qui non seulement n'était pas le mien "au départ", mais qui en plus se révèle théoriquement incorrect.

Veuillez agréer mes plus plates excuses, etc.

[invité576543]

Maintenant que j'ai appris que dans le modèle actuel, la trajectoire du photon était une géodésique de longueur nulle (!)

De longueur propre nulle. (La longueur propre étant définie comme l'intégrale de la pseudo-norme le long de la trajectoire.)

Dans n'importe quel référentiel la longueur spatiale de n'importe quel segment de la géodésique d'un photon est non nulle.

Il n'y a pas de contradiction, parce que la pseudo-norme n'est pas définie positive.

Cordialement,

[invité576543]

j'ai une question idiote. Pourquoi le photon est il dévié par les force gravitationnelle si il n'a pas de masse?

Une autre réponse que celles données est que la gravitation agit sur l'énergie-quantité de mouvement, pas sur la masse.

Et un photon a une énergie-quantité de mouvement non nulle et une masse nulle.

(Et tout objet de masse non nulle a nécessairement une énergie-quantité de mouvement non nulle.)

En pré-relativiste seul la masse avait été vue comme intervenant dans la gravitation. La relativité générale à étendu l'idée à l'énergie-quantité de mouvement, ce qui du coup englobe des particules de masse nulle comme le photon. (Et en fait toute particule sans exception, parce qu'il n'y a pas de particule d'énergie nulle. On peut dire très simplement que la gravitation agit sur ce qui est!)

Cordialement,

[invite1acecc80]

Bonjour,

Je n'ai aucune connaissance en relativité générale...donc si je dis une grosse conn... je serai ô combien reconnaissant à celui-ci qui me corrigera:

Ce que je sais pour une onde électromagnétique c'est que la quantité:



est un invariant relativiste.

Je m'étais supposé que, puisque la masse des astres "courbe" l'espace-temps (par rapport à un espace "plat" de Minkowski), le quadrivecteur "position" est changé. Afin de garder la phase de l'onde comme invariant relativiste, on doit nécessaire changer le quadrivecteur (w,k), donc changer le vecteur l'orientation du vecteur d'onde.

Voilà...

...does that make sense? (ou c'est un bide ?)

Merci.

[invité576543]

0
Je m'étais supposé que, puisque la masse des astres "courbe" l'espace-temps (par rapport à un espace "plat" de Minkowski), le quadrivecteur "position" est changé. Afin de garder la phase de l'onde comme invariant relativiste, on doit nécessaire changer le quadrivecteur (w,k), donc changer le vecteur l'orientation du vecteur d'onde.

La question est alors, orientation par rapport à quoi?

En gros c'est par rapport çà un espace-temps plat de référence.

Alors cela fait sens, parce que de fait les photons vont toujours "tout droit" en RG; une trajectoire luminique est une "ligne droite" puisque c'est une géodésique.

Ce n'est qu'en comparaison avec une approximation par un espace-temps plat qu'on la considère "courbe" ou "déviée".

Cordialement,

[invite7ce6aa19]

Bonjour,

Je n'ai aucune connaissance en relativité générale...donc si je dis une grosse conn... je serai ô combien reconnaissant à celui-ci qui me corrigera:

Ce que je sais pour une onde électromagnétique c'est que la quantité:



est un invariant relativiste.

Je m'étais supposé que, puisque la masse des astres "courbe" l'espace-temps (par rapport à un espace "plat" de Minkowski), le quadrivecteur "position" est changé. Afin de garder la phase de l'onde comme invariant relativiste, on doit nécessaire changer le quadrivecteur (w,k), donc changer le vecteur l'orientation du vecteur d'onde.

Voilà...

...does that make sense? (ou c'est un bide ?)

Merci.

Il y a une contradiction cachée dans ton enoncé. L'onde de plane dont tu parles represente à l'instant t un plan de phase constant exp(i.k.r) qui occupe toute une section spatiale infinie 2D de l'univers et cette description est incompatible avec la géométrie courbe de la RG.

En fait une onde plane classique est quantiquement un certain état quantique que l'on assimilira pour le moment à un nombre de photons. Ce qui simplifie que la description du problème puisque chaque photon suit la géodésique espace-temps sur laquelle chaque photon a été "installé".

En fait cela est beaucoup plus compliqué puisque cela implique de traiter le problème couplé RG/MQ, un problème non résolu (c'est celui de la gravité quantique) mais pour lequel il existe de bonnes approximations (à la Hawking).

On peut toutefois simplifier le problème sans entrer dans la MQ.

En effet en optique classique on peut décrire la propagation des ondes électromagnétiques dans le cadre de l'optique géométrique (approximation des rayons) sous réserve que les variations de l'indice soit lente à l'échelle de la longueur d'onde de l'onde.

Cela veut dire que dans un petit domaine spatiale l'onde se propage en ligne droite mais se courbe légerement parceque l'indice évolue un peu.

Pour la RG c'est la même chose, si la courbure est légere (la métrique est presque constante et l'espace est presque plat) l'onde se propage en ligne droite mais en tournant légérement a cause de la lègère courbure. Nous sommes donc dans l'approximation de l'optique géométrique. C'est pourquoi les galaxies joue un role de lentilles en courbant l'espace.

Nota spécifiquement pour toi: Ce que je viens d'expliquer c' est la même chose que l'approximation adiabatique dans les solides et molécules, mais cette fois ci dans le domaine temporelle: Le gaz électronique suit instantanément la dynamique des noyaux.

[invite1acecc80]

Re,

Tout d'abord merci pour vos réponses.
J'ai, cependant besoin de précisions:

Il y a une contradiction cachée dans ton enoncé. L'onde de plane dont tu parles represente à l'instant t un plan de phase constant exp(i.k.r) qui occupe toute une section spatiale infinie 2D de l'univers et cette description est incompatible avec la géométrie courbe de la RG.

Ok je veux bien te croire...

Alors dans ce cas,par analogie, l'hypothèse en mécanique quantique, d'un état d'onde plane est tout aussi incompatible avec la théorie (ces fonctions ne sont pas de carré sommable), pourtant elle reste un outil confortable...

En fait une onde plane classique est quantiquement un certain état quantique que l'on assimilira pour le moment à un nombre de photons. Ce qui simplifie que la description du problème puisque chaque photon suit la géodésique espace-temps sur laquelle chaque photon a été "installé".

Heu...minute. Veux-tu dire celà? on veut approximer une onde plane classique par un état d'occupation n_k du champ électromagnétique?
Dans ce cas, je ne te suis pas: puisque pour moi, une onde plane classique est plus comme un état cohérent du champ électromagnétique (si je veux correctement définir la phase de mon champ ainsi que "mon amplitude", le meilleur compromis sont les états cohérents).

En fait cela est beaucoup plus compliqué puisque cela implique de traiter le problème couplé RG/MQ, un problème non résolu (c'est celui de la gravité quantique) mais pour lequel il existe de bonnes approximations (à la Hawking).

Je ne vois pas en quoi la mécanique quantique doit intervenir ici... au mieux on peut simplement faire appel aux équations de Maxwell.

Disons que par analyse dimensionnelle, je fais de la physique sur des longueurs telles que:



avec L distance d'étude, lambda la longueur d'onde optique, G la constante de gravitation...

On peut toutefois simplifier le problème sans entrer dans la MQ.

Je suis bien d'accord.

En effet en optique classique on peut décrire la propagation des ondes électromagnétiques dans le cadre de l'optique géométrique (approximation des rayons) sous réserve que les variations de l'indice soit lente à l'échelle de la longueur d'onde de l'onde.

Cela veut dire que dans un petit domaine spatiale l'onde se propage en ligne droite mais se courbe légerement parceque l'indice évolue un peu.

Pour la RG c'est la même chose, si la courbure est légere (la métrique est presque constante et l'espace est presque plat) l'onde se propage en ligne droite mais en tournant légérement a cause de la lègère courbure. Nous sommes donc dans l'approximation de l'optique géométrique. C'est pourquoi les galaxies joue un role de lentilles en courbant l'espace.

L'analogie est sympa...je garde.

Sinon pour en revenir au problème de phase.
Je pense que tu le sais très bien, quand on étudie la section efficace d'un électron sur un ion afin d'obtenir par exemple la résistivité d'un matériau (je reste en méca solide bien que celà est aisément transposable en physique des particules)... on peut partir de l'hypothèse d'un électron dans l'état k , et pourtant "l'onde plane" n'est pas un état dans l'espace de Hilbert des fonctions de carré sommable.

Pour nous rapprocher de la rg. Je faisais une même analogie que dans les problèmes de collisions...
J'imagine le soleil "courbant" localement et de manière perturbative un espace "plat". Mon onde plane a un invariant relativiste. J'en aurais déduit que loin du soleil cette quantité est toujours la même (puisque invariante)...en un mot à l'analogie d'un choc élastique, l'onde aurait gardée sa phase invariante.

Si le problème d'onde plane choque: on peut très bien imaginer une dispersion gaussienne dans l'espace spectrale...
Au final, je ne comprends guère où se trouve ma contradiction...

A plus.

[invite06a166f3]

Il y a un truc que je ne comprends pas très bien, Einstein a dit avec E=mc² que la masse était énergie, et il est dit plus haut que le photon possède une énergie, ceci impliquerait qu'il possède une masse ?

[invitea774bcd7]

Non, Einstein n'a pas dit E=mc^2.
Il a dit E^2=p^2 c^2 + m^2 c^4.

Les objets massifs peuvent avoir p=0 et E=mc^2 est alors un cas particulier pour eux.
Le photon a m=0 et pour lui E=pc; lui ne peut pas avoir p=0.

[Les Terres Bleues]

Non, Einstein n'a pas dit E=mc^2.
Il a dit E^2=p^2 c^2 + m^2 c^4.

Les objets massifs peuvent avoir p=0 et E=mc^2 est alors un cas particulier pour eux.
Le photon a m=0 et pour lui E=pc; lui ne peut pas avoir p=0.

Bonsoir,

Il me semble qu'il serait certainement préférable de ne pas tordre et réécrire l'histoire de la physique pour lui faire dire ce que l'on a envie d'entendre.

Aujourd'hui, la masse est considérée comme un invariant mais cela n'était pas le cas dans l'interprétation originelle où l'on considérait qu'elle dépendait de la vitesse. Si Einstein a effectivement posé l'équation sur l'impulsion que tu cites, il a aussi écrit la fameuse formule qu'on lui prête et très exactement sous la forme suivante : E₀ = m₀c², donc la relation entre l'énergie au repos et la masse au repos.
Est-ce que ce sont les termes de "repos" que l'on cherche à cacher ?

Cordiales salutations.

[invite1020cd78]

Il faut 2 photons qui se rencontre pour créer de la masse.

Wiki (antiparticule): Un photon isolé ne peut pas créer de couple particule/antiparticule à lui seul, car il ne pourrait y avoir conservation à la fois de l'énergie, de la charge et de la quantité de mouvement. Mais il peut créer des couples virtuels.

Voilà comme ça je réponds moi-même à ma propre question.

[invite06a166f3]

c'est quoi la quantité de mouvement ?

[invite60be3959]

c'est quoi la quantité de mouvement ?

Bonsoir,

en mécanique classique c'est le produit de la masse(d'un objet) par la vitesse(de ce même objet). C'est une quantité (vectorielle) très importante en physique car elle est conservée au cours du temps. Par exemple la somme vectorielle des quantités de mouvements de 2 boules de billards allant entrer en collision, est égale à la somme vectorielle des quantités de mouvement de ces même boules de billard après la collision. On la note généralement et elle est liée à l'énergie cinétique par la relation où est le module de .

En mécanique relativiste, on la multiplie par le facteur de telle sorte que . On exprime alors l'énergie totale(sans énergie potentielle) d'une particule de masse par les deux relations équivalentes et . On l'appel plutôt "impulsion" ici et elle est liée à l'énergie par les relations précédentes. L'impulsion totale d'un système isolé est bien entendue toujours conservée au cours du temps en relativité, mais on parle alors de conservation de "l'énergie-impulsion".