Energie cinétique absolu du photon

[invite6754323456711]

Bonjour,

Le photon ayant une vitesse constante c ne possède t-il pas une énergie cinétique absolu E = pc = hf tout comme l'énergie de masse E = mc² qui est un absolu ?

Quel sens a alors l'impulsion (au sens variation de la quantité de mouvement) pour le photon ?

L'énergie potentielle mesure la capacité d'un système à interagir, l'énergie cinétique à se mettre en mouvement.

Le photon n'est-il pas dans un mouvement absolu (de plus son temps propre est nul) ? Est-ce le pendant du 0 K pour le mouvement ?

Ce concept d'énergie cinétique appliqué au photon n'est il pas antagoniste ?

Patrick
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[vaincent]

Bonjour,

Le photon ayant une vitesse constante c ne possède t-il pas une énergie cinétique absolu E = pc = hf tout comme l'énergie de masse E = mc² qui est un absolu ?

Non puisque p peut varier. C'est bien pour cela qu'il existe des photons de n'importe quelle énergie(mcro-ondes, spectre visible, rayons gammas, etc..)

Quel sens a alors l'impulsion (au sens variation de la quantité de mouvement) pour le photon ?

Cette question reflète un problème avec la dualité onde-corpuscule. Du point de vue onde, l'impulsion est propotionnelle à la fréquence. D'un point de vue corpuscule, l'impulsion est propotionnelle à la masse, ce qui n'est pas la cas pour le photon bien entendu. La vision corpusculaire du photon est plutôt liée à une certaine localité spatiale(dans certaines expériences), d'où l'expression "grain de lumière".

Ce concept d'énergie cinétique appliqué au photon n'est il pas antagoniste ?

C'est certain qu'en mécanique newtonienne, si une particule possède une vitesse constante alors sont énergie cinétique l'est également. Il est aussi certain qu'en relativité restreinte, le concept d'énergie se généralise et une particule peut alors très bien ne pas avoir de masse tout en ayant de l'énergie cinétique. Le fait d'appliquer la notion d'énergie cinétique d'une particule massive newtonnienne à un photon implicitement relativiste amène alors à des problèmes, je le conçois. Personnellement je préfère voir les particules massives plutôt comme des corpuscules, et les particules non-massives plutôt comme des ondes. Dans ce cas, pour les pemières, l'impulsion est réellement lié à la quantité de mouvement, alors que pour les deuxièmes, elle est reliée à la fréquence. (Mais ce n'est pas pour autant que cela m'empêche d'avoir la vision inverse(ce qui est souvent le cas d'ailleurs lorsqu'on manipule des diagrammes de Feynman !), c'est juste une préférence personnelle, sans réelle fondemement scientifique)

[invite6754323456711]

Non puisque p peut varier. C'est bien pour cela qu'il existe des photons de n'importe quelle énergie(mcro-ondes, spectre visible, rayons gammas, etc..)

Qu'est-ce qui peut faire varier l'énergie d'un photon dans le vide ? L'expansion de l'univers qui a pour effet de changer sa fréquence ?

Patrick

[Deedee81]

Salut,

Le photon ayant une vitesse constante c ne possède t-il pas une énergie cinétique absolu E = pc = hf tout comme l'énergie de masse E = mc² qui est un absolu ?

L'un comme l'autre ne sont pas absolus puisqu'ils dépendent de l'observateur. L'impulsion comme l'énergie ne sont pas des invariants.

Suivant l'observateur il y aura un effet Doppler plus ou moins important et donc E=pc=hf varie.

Pour un corps massif on peut encore définir une masse propre (et donc une énergie propre, je préfère ce terme à "absolu" qui a un sens un peu péjoratif dans ce domaine ) dans le repère où ce corps est au repos.

Mais pour le photon ce n'est pas possible puisqu'il est en mouvement à c dans tout repère. Il n'y a pas de référentiel du photon (en relativité). Il n'est pas possible de choisir un repère où l'énergie / l'impulsion du photon serait "spéciale".

Concernant la dernière question, oui, l'expansion provoque une variation. On peut le voir comme un effet Doppler (en cosmologie newtonienne), comme un redshift gravitationnel ou mieux, dans ce cas, comme un redshift cosmologique lié à la RG (on dit parfois "étirement de l'espace", bien que je n'aime pas non plus cette expression, mais je n'en ai pas vraiment d'autres ).

Pour ce qui est du "sens" de la quantité de mouvement, comme vaincent le signale, il faut voir les choses de manière plus générale. Je vrrais ça plutôt comme simplement la quantité conservée associée à une invariance : celle par translations spatiales. Tout comme l'énergie est celle associée aux translations dans le temps.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6754323456711]

Suivant l'observateur il y aura un effet Doppler plus ou moins important et donc E=pc=hf varie.

Mais pour le photon ce n'est pas possible puisqu'il est en mouvement à c dans tout repère. Il n'y a pas de référentiel du photon (en relativité). Il n'est pas possible de choisir un repère où l'énergie / l'impulsion du photon serait "spéciale".

j'arrive difficilement à le concevoir pour pour E = hf, mais pour E = pc

C'est fonction de l'observateur si considère la lumière comme une onde ou comme un corpuscule ?

Patrick

[Deedee81]

Salut,

C'est fonction de l'observateur si considère la lumière comme une onde ou comme un corpuscule ?

Tiens, bonne question ça.

Le caractère corpusculaire de la lumière se révèle lors de ses interactions. Par exemple, lorsque le photon va heurter un électron (disons dans l'effet Compton).

A ce moment là, l'impulsion de l'électron intervient. L'impulsion totale étant conservée dans la collision.

Pour différents observateurs, on aura des impulsions différentes (par exemple l'un dira qu'il s'agit d'une collision du photon avec un électron immobile, l'autre dira que l'électron est en mouvement et que le photon a une impulsion différente).

Mais le résultat final est le même, évidemment : choc et caractère corpusculaire.

[arrial]

Ce concept d'énergie cinétique appliqué au photon n'est il pas antagoniste ?
Patrick

Salut,



C'est tout de même une notion utilisée pour expliciter la "pression de Schrödinger" :


Une particule confinée dans un espace de dimension linéaire D a donc un écart quadratique de position
Δx = D
Dans son état fondamental, sa longueur d’onde est alors
λ ~ D
et son énergie cinétique
Ec ~ ħ²/(2m.D²)
[dans un état excité, λ est plus courte, donc est plus grande]
L’énergie de confinement augmente donc quand D diminue [voir Δx. Δp ≥ ħ/2].

Cette augmentation d’énergie est interprétable comme une pression quantique exercée par la particule contre ce confinement. Et comme en thermodynamique, la pression Ps est une densité d’énergie [voir dW = -Ps.dV], on peut dire que
Ps ~ ± ∂Ec/∂V
[le signe étant conventionnel].

C’est ainsi qu’on exprime la « pression de Schrödinger »
Ps ~ ħ²/(m.D^5)


Mécanique quantique
Par Jean-Louis Basdevant,Jean Dalibard,Manuel Joffre
http://www.decitre.fr/livres/Mecaniq.../9782730209144




@+

[Thwarn]

C'est fonction de l'observateur si considère la lumière comme une onde ou comme un corpuscule ?

On pourrait plutot dire que n'importe quel particule est plus qu'une onde ou qu'un corpuscule. elle peut faire des choses que ni l'une ni l'autre ne peut faire.

Par contre, parfois elle peut se comporter comme l'un ou comme l'autre.

Je n'aime pas le concept de dualité onde-corpuscule, qui sent le vieux (et qui, pour moi, se refaire à la vieille MQ des années 30).