Le photon a-t-il une masse ?

[invitef9204ef6]

Bonjour à tous !

Comme c'est la première fois que je poste sur ce site je tiens à remercier les personnes qui y contribuent car je trouve souvent ici les réponses à mes questions.

Ma question est la suivante: Le photon est-il doté d'une masse ?

Je sais bien que d'après la relativité restreinte le photon est de masse nulle pour qu'il puisse se déplacer à la vitesse limite (vitesse de la lumière dans le vide).
Or suivant la loi de Plank qui donne l'énergie d'un rayonnement sous la forme: E =hv
et d'autre part la formule d'Einstein qui fait correspondre masse et énergie sous la forme: E=m₀ c²
on obtient en les reliant la formule suivante: hv = m₀ c².
Puisque l'on connait la fréquence du rayonnement de la lumière on peut facilement en déduire la masse d'un photon.
D'ailleurs Louis de Broglie défendait l'idée que le photon était doté d'une masse.
La formule ci-dessus donne 7.37*10^-36 kg pour un photon d'une fréquence de 10¹⁵ [Hz].

Je suis bien conscient qu'il y a une incompatibilité entre la vision de Broglie et celle de la relativité restreinte mais je n'arrive pas à mettre le doigt sur une quelconque erreur de raisonnement.
Quelqu'un aurait-il la réponse ?
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[poly71]

Bonjour,

La formule bien connue E = m.c² n'est qu'une simplification valable pour une particule non relativiste. La formule complète est E² = m².c² + p².c⁴. Le photon n'a pas de masse.

[doul11]

bonjour,

petite erreur de frappe je présume, dans la formule donné par poly71 :

c'est

pour le photon qui a une masse nulle

http://fr.wikipedia.org/wiki/Photon#....A9s_physiques

est valable pour une particule au repos (p=0)

[doul11]

la masse du photon est théoriquement nulle, expérimentalement c'est difficile d'avoir une précision suffisante pour trouver rigoureusement 0, la limite actuelle supérieure pour la masse du photon est de : (1)

(1) : selon le PDG http://pdg.lbl.gov/2009/tables/rpp20...ggs-bosons.pdf

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef9204ef6]

merci pour vos réponses rapides !!!
J'ai encore omis mon ami google...

[invité576543]

est valable pour une particule au repos (p=0)

Pour développer, l'énergie est une quantité relative, on ne peut pas parler de "l'énergie de telle particule", mais seulement de "l'énergie de telle particule dans tel référentiel inertiel".

La formule E=mc² donne l'énergie d'une particule de masse non nulle dans un référentiel dans lequel elle est immobile (p=0), son énergie est différente dans un autre référentiel.

La formule E=hν est aussi celle d'une quantité relative, car ν dépend du référentiel (e.g., effet doppler). La quantité de mouvement a pour module hν/c. L'application des changements de référentiel entre référentiels inertiel à ces quantités montre qu'il n'y a pas de référentiel inertiel dans lequel la quantité de mouvement d'un photon s'annule, d'où le non-sens de l'application de E=mc².

[invitef9204ef6]

Après quelques recherches sur le web j'ai pu trouver ceci:
http://www.lerepairedessciences.fr/l...e_electron.htm

en reformulant l'égalité sous la forme: m²c⁴+c²p² = hv
d'où: m = (hv-c²p²)/c⁴ = (hv-h²v²)/c⁴

Cette formule donne 8,2*10^-53 kg pour la masse du photon.
Il est donc pourvu d'une masse non nulle.
Ma démarche est-elle correcte ?

[erik]

#############

[doul11]

Ma démarche est-elle correcte ?

NON ! vous partez d'une équation fausse, pour trouver un résultat faux, relisez mon méssage #3

le photon n'a pas de masse, pourquoi voulez-vous lui en donner absolument une ?

[Gilgamesh]

Après quelques recherches sur le web j'ai pu trouver ceci:
http://www.lerepairedessciences.fr/l...e_electron.htm

en reformulant l'égalité sous la forme: m²c⁴+c²p² = hv
d'où: m = (hv-c²p²)/c⁴ = (hv-h²v²)/c⁴

Cette formule donne 8,2*10^-53 kg pour la masse du photon.
Il est donc pourvu d'une masse non nulle.
Ma démarche est-elle correcte ?

m²c⁴ + c²p² = (hv)² = E²

avec E = pc = hv

d'où :
m = 0

a+

[erik]

non,
Ton équation revient à dire , ça n'a pas de sens.

[curieuxdenature]

Bonjour

si le photon avait une masse non nulle on devrait lui trouver un éventail de vitesses qui introduirait un déphasage sur les longs parcours dans le vide.
La lumière et autres OEM venant d'étoiles lointaines devraient mettre ça en évidence.
Par défaut ce n'est pas le cas, donc si variation de vitesse il y a alors elle est inférieure à ce qu'on peut observer.

Si c'est le problème du terme 'nulle' qui est en cause pourquoi n'en serait-il pas de même pour la charge électrique ?
Un neutron par exemple, a une charge nulle, ça ne semble poser de problème à personne...

[invitef9204ef6]

oulà désolé

j'ai cru que j'aurai le temps d'enlever mon équation avant que quelqu'un la voie... trop tard

Effectivement j'ai vu ma grossière erreur de E=E²
Tout est rentré dans l'ordre. Merci bcp pour votre aide !

[stefjm]

Un neutron par exemple, a une charge nulle, ça ne semble poser de problème à personne...

Si, à moi si je cherche à la mesurer.
Une idée de la valeur maximum de la charge du neutron?

[178m2Hf]

Bonjour,

Le photon devrait en théorie avoir une masse nulle, dans la logique, il est possible dans certaines conditions qu'il est une masse, mais tellement insignifiante qu'elle ne serait pas quantifiable et n'aurait pas d'incidence, sa masse serait dans tout les cas très proche de 0, on considère qu'il a une masse nulle dans les calcul.

Le problème c'est que la lumière émet bien un rayonnement, et s'il y a dégagement d'énergie, théoriquement il y a masse, or, on considère que le photon n'as pas de masse, mais s'il n'en a pas théoriquement il n'existerait pas, or un perte d'énergie ne signifie pas forcément une perte de masse, résultat : il nous reste encore pas mal de chose à élucider.

Cordialement.

[doul11]

bonjour,

Si, à moi si je cherche à la mesurer.
Une idée de la valeur maximum de la charge du neutron?

des éléments ici : http://pdg.lbl.gov/2009/listings/rpp2009-list-n.pdf

Le problème c'est que la lumière émet bien un rayonnement,

la lumière n'émet rien du tout, la lumière est un rayonnement, le photon a une masse nulle, voir les explication de michel et curieuxdenature.

[invite8ef897e4]

Si, à moi si je cherche à la mesurer.
Une idée de la valeur maximum de la charge du neutron?

La nullite des charges totales moleculaires est etablie a un centieme de milliardieme de milliardieme de la charge de l'electron (20 decimales), en utilisant un champ electrique oscillant dans une cavite contenant un gas moleculaire. Pour ce qui concerne la nullite de la charge du neutron, on essaie de devier des neutrons froids par un champ electrique, et l'on obtient le meme genre de precision.

Pour ce qui est de "mesurer zero", dans le contexte de la masse du photon j'avais il y a quelque temps reproduit une citation de Feynman.

[178m2Hf]

...je voudrais mentionner une anecdote, datant d'une conversation lors d'un cocktail parisien il y a quelques annees. A un certain moment, toutes les femmes ont mysterieusement disparu, et je me suis retrouve face a un celebre professeur, solennellement assis dans un fauteuil, entoure par ses etudiants. Il me demanda, "Dites moi, professeur Feynman, a quel point etes-vous sur que le photon n'a pas de masse ?"....

Très intéressante discussion !!! Voilà ce que j'aurais voulu avoir pour répondre à mes interrogations au début :

http://forums.futura-sciences.com/ph...estreinte.html

merci.

[physikaddict]

Pour ce qui est de "mesurer zero", dans le contexte de la masse du photon j'avais il y a quelque temps reproduit une citation de Feynman.

Merci. Ce lien m'a permis de la decouvrir (avec bonheur ) et je soutiens votre suggestion pour la FAQ.

Cordialement,

[178m2Hf]

la lumière n'émet rien du tout, la lumière est un rayonnement, le photon a une masse nulle, voir les explication de michel et curieuxdenature.

Pardon oui j'aurais du formuler ainsi : "Le rayonnement de la lumière est perceptible ", quand à la masse nulle, je ne m'avancerais pas plus, nous auront peut-être une réponse définitive un jour, même si tout laisse à penser que la masse du photon est bien nulle, gardons-nous des certitudes.

[178m2Hf]

or, on considère que le photon n'as pas de masse, mais s'il n'en a pas théoriquement il n'existerait pas

Je viens de me relire , et ça me choque, veuillez lire " mais s'il n'en a pas théoriquement il serait vide".

[178m2Hf]

Bonjour à tous et à toutes

Je me permet de m'auto-répondre afin de faire avancé la discution, les modérateurs peuvent modérer à loisir:

La masse du photon est nulle

* Pourtant la lumière est déviée par les astres
* Elle est donc sensible à la gravitation
* Elle devrait avoir une masse aussi faible soit-elle
* Quid ?

C'est encore E = m.c² ?

Il s'agit du principe d'équivalence énergie - masse. À toute énergie correspond une masse, mais il y a deux types de masse:

* On devrait dire

La masse du photon au repos est nulle

* C'est cette affirmation qui est vraie
* Mais, le photon se déplace à la vitesse de la lumière
* Il possède une énergie proportionnelle à sa fréquence
* Un photon ultraviolet sera plus "lourd" qu'un photon visible, lui-même plus qu'un photon radio...
* Une énergie dîtes-vous! Alors une "masse" et … par ce fait, il est sensible à la gravitation



Référentiel

* Une particule de masse nulle au repos se déplace à la vitesse de la lumière, quel que soit le référentiel choisi
* C'est-à-dire "quel que soit l'objet que l'on choisi comme étant fixe
* C'est le cas du photon.
* A l'inverse, une particule ayant une masse au repos non-nulle ne pourra jamais atteindre la vitesse de la lumière dans aucun référentiel.

La masse au repos

est une caractéristique immuable

pour une particule ou un objet donné.

* Il y a donc une différence entre "masse au repos" et "masse*", et cette dernière change avec la vitesse de l'objet.
* Pour les objets courants, cette différence est absolument négligeable, mais on peut accélérer certaines particules comme les électrons jusqu'à ce que leur masse augmente d'un facteur 100, ou plus.

* Masse n'est pas un bon terme et certains préfèrent conserver le terme d'énergie

Pour les spécialistes

* L'équation à prendre en compte est, en fait:

E2 = m2 c4 + p2 c2

tenant compte de la masse m

et du moment p

* Cas du photon, avec m = 0

E = p . c

* Cas d'une particule de masse m au repos, avec p = 0

E = m . c2

* Rappel de l'équation exacte qui permet de retrouver celle donnée ci dessus:

avec v la vitesse de l'objet

et c la vitesse de la lumière


Pourquoi la masse du photon est nulle

* La théorie quantique serait alors fausse. Or, ce modèle donne des résultats théoriques extraordinairement proche de la réalité
* La conservation de la charge ne serait plus assurée
* On aurait un léger changement sur la loi des forces électrostatiques en 1/d²
* Le comportement du champ magnétique serait affecté
* Mais, il est vrai qu'il quasiment impossible d'imaginer une expérience prouvant que la masse du photon est nulle
* Il faudrait montrer des anomalies de forces de moins de 3x10-27 eV

Pour allez un peu plus loin (pdf pas très long) :www.ensmp.fr/aflb/AFLB-241/aflb241p195.pdf

Bien à vous.

[invité576543]

La masse du photon est nulle

* Pourtant la lumière est déviée par les astres
* Elle est donc sensible à la gravitation
* Elle devrait avoir une masse aussi faible soit-elle

Non. C'est ce qu'on obtient en utilisant le modèle newtonien de la gravitation. Or on sait qu'il est incorrect, et au XXème siècle on l'a remplacé par le modèle Einsteinien de la gravitation qui stipule que la gravitation est "causée" par l'énergie-quantité de mouvement, et pas par la masse. Dans cette théorie une particule d'énergie non nulle et de masse nulle est possible, et interagit gravitationnellement.

C'est encore E = m.c² ?

Non

À toute énergie correspond une masse

Oui, mais ce n'est pas E=mc², et à une énergie non nulle peut correspondre une masse nulle.

La masse du photon au repos est nulle

Non, parce que les théories qui permettent de parler de "photon", de "masse", de "repos", etc. sont incompatibles avec un référentiel inertiel dans lequel le photon serait au repos.

* C'est cette affirmation qui est vraie

Elle n'est ni vraie ni fausse, elle n'a pas de sens dans le cadre théorique qui permet de définir les termes employés.

* Il y a donc une différence entre "masse au repos" et "masse*", et cette dernière change avec la vitesse de l'objet.

Il y a une différence entre la vision moderne de la masse, un invariant, et une vision obsolète, venant d'une volonté mal placée de conserver les concepts newtoniens, d'une masse variable.

* Masse n'est pas un bon terme et certains préfèrent conserver le terme d'énergie

Faux. L'énergie et la masse sont deux choses totalement différentes dans la physique moderne.

Pour les spécialistes

Plutôt pour ceux qui préfèrent une théorie en accord avec les faits observés, plutôt qu'avec de vagues intuitions développés par les observations à l'échelle humaine.

* La théorie quantique serait alors fausse.

Le saut logique paraît un peu grand...

* Mais, il est vrai qu'il quasiment impossible d'imaginer une expérience prouvant que la masse du photon est nulle

La physique marche dans l'autre sens. Pour le moment, personne n'a montré une expérience dont le résultat est contradictoire avec l'électrodynamique quantique (pour laquelle le quantum de champs électromagnétique a une masse nulle). Du coup, on peut se permettre de faire des prédictions avec cette théorie : soit la prédiction se réalise, soit on s'approche du prix Nobel, on est gagnant dans les deux cas.

[Seirios]

Bonjour,

La masse du photon est nulle

* Pourtant la lumière est déviée par les astres
* Elle est donc sensible à la gravitation
* Elle devrait avoir une masse aussi faible soit-elle
* Quid ?

La sensibilité au champ gravitationnel dépend de l'énergie et non de la masse.

Il y a donc une différence entre "masse au repos" et "masse*", et cette dernière change avec la vitesse de l'objet.
* Pour les objets courants, cette différence est absolument négligeable, mais on peut accélérer certaines particules comme les électrons jusqu'à ce que leur masse augmente d'un facteur 100, ou plus.

La masse est un invariant relativiste, elle n'augmente pas avec la vitesse. L'idée que l'on ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière peut éventuellement se résoudre en introduisant une inertie ou bien en définissant la vitesse par une dérivée par rapport au temps propre de l'objet.

EDIT : J'ai été un peu lent à répondre...

[calculair]

bonjour Michel

Tu ecris
"Faux. L'énergie et la masse sont deux choses totalement différentes dans la physique moderne"

Alors lorqu'on dit il y a equivalence entre energie et masse selon E = m c², cette manière de lire cette expression est fausse....

Alors comment doit on interpreter cette relation ?

[invité576543]

bonjour Michel

Tu ecris
"Faux. L'énergie et la masse sont deux choses totalement différentes dans la physique moderne"

Alors lorsqu'on dit il y a équivalence entre énergie et masse selon E = m c², cette manière de lire cette expression est fausse....

Alors comment doit on interpréter cette relation ?

Je ne peux que présenter comment je l'interprète !

Si on écrit E=hv, on pourrait dire qu'il y a équivalence entre énergie et fréquence. Mais il est clair que énergie et fréquence sont deux concepts différents. hv est la valeur d'une certaine forme d'énergie. Par ailleurs, la fréquence de la lumière dépend du référentiel. E=hv dit que l'énergie électromagnétique d'un quantum vaut E=hv dans un référentiel où sa fréquence est mesurée comme v. Un photon n'a pas une énergie absolue, il a différentes valeur d'énergie selon les référentiels.

L'énergie est une quantité relative, la masse un attribut absolu. E=mc² dit qu'une certaine forme d'énergie(1) est liée à la masse et vaut mc² dans un référentiel particulier, précisément dans un référentiel dans lequel la quantité de mouvement est nulle.

L'énergie, qui est relative, ne peut pas être conceptuellement la même chose que la masse, qui n'est pas relative. E=mc² est juste la manière de calculer une certaine forme d'énergie dans un référentiel particulier.

Là où cela se complique est qu'il y a un rapport étroit entre masse et non pas l'énergie, mais l'énergie-quantité de mouvement. En RR l'énergie-quantité de mouvement est absolue (en tant que 4-vecteur), pas relative, et la masse est son module. Dire qu'il y a équivalence entre la masse et le module d'énergie-quantité de mouvement serait correct. (Et cela se réduit à E=mc² quand la quantité de mouvement est nulle...)

Et donc pour moi la notion de "équivalence entre énergie et masse" est juste une manière disons "elliptique et non pédagogique" de présenter ces concepts...

(1) J'ai tendance à voir cette énergie comme l'énergie cinétique, l'énergie liée à la combinaison inertie et mouvement, mais ce n'est pas la présentation usuelle, qui appelle énergie cinétique la différence (qui est dans ma manière de voir l'énergie cinétique libre relative à un référentiel, celle obtenue en freinant la particule jusqu'à ce qu'elle soit immobile dans ce référentiel).

[curieuxdenature]

Alors lorqu'on dit il y a equivalence entre energie et masse selon E = m c², cette manière de lire cette expression est fausse....

Alors comment doit on interpreter cette relation ?

Bonjour calculair

difficile de faire plus clair que Michel mais bon :
si j'écris 5 poires = 4 pommes = 1 kg

5 n'est ni égal à 4 ni à 1,
poire n'est pas plus pomme que kg.
En fin de compte on devrait utiliser autre chose que le signe égal dans des formules comme E = Mc².

(En langage C on différencie = de == dans les affectations de valeurs à variables... )

[doul11]

bonjour,

(En langage C on différencie = de == dans les affectations de valeurs à variables... )

un peut HS, mais une petite précision s'impose

en C,

le signe = est une affectation, a=b, veut dire : la valeur de a prends la valeur de b

le signe == est une comparaison, c==d, veut dire : est-ce que la valeur de c est la même que la valeur de d ? 0 si c'est faux, 1 si c'est vrais

[curieuxdenature]

C'est vrai, si on regarde le signe = en physique comme une égalité au lieu d'un passage de valeurs on peut être amené à faire des corrélations malheureuses.
Quand je lis 5 poires = 1 kg je fais une corrélation malheureuse, je fais un passage de propriétés au lieu de valeurs, je devrais dire 5 poires pèsent 1 kg ou encore E équivaut à m*c*c.

[erik]

Quand je lis 5 poires = 1 kg je fais une corrélation malheureuse

Au dela d'une malheureuse corrélation, cette équation serait immédiatement rejeté par un physicien car elle n'est pas homogène.

Par contre E=mc² est une équation physique totalement valide car homogène (ça ne se voit pas du premier coup d'œil mais elle l'est). Pas besoin de remplacer le = par des "équivaut"