La masse: incomprise?

[invite8ef93ceb]

Le concept de masse est utilisé dans tous les livres de physique. Certain affirment que ce concept cause problème, d'autres l'utilisent sans jamais se poser de questions sur son origine.

J'aimerais avoir votre avis, au moment où vous lisez ce sondage. Ce que vous pensez personnellement en rapport avec le concept de masse.

Voici deux citations pour alimenter la discussion:

Mais pourquoi les objects ont de la masse? Et qu'est-ce qui détermine la magnitude de leur masse? Lorsque nous posons ces questions, on nage en eau trouble.
Maintenant, bien entendu, il y a une réponse simple. Tous les objets sont composés de petites particules appelées atomes, et les atomes ont de la masse. Cela renvoit automatiquement à la question du pourquoi les atomes ont de la masse. Encore, la simple réponse est que les atomes sont composés d'électrons orbitant autour d'un noyau, et les électron et les noyaux ont de la masse. [...] Si vous demandez à un physicien nucléaire d'où provient la masse des noyaux, il dirais surement que tous les noyaux sont composés de protons et de neutrons, et que les deux ont de la masse. [...] Si vous persistez avec la même question à savoir d'où provient la masse des protons et des neutrons, on vous diras que ces deux objets sont composés d'autres encore plus petits, les quarks. [...] il y aura toujours le problème de la provenance de la masse des électrons et des quarks, aussi petits soient-t-ils.
Une possibilité est que les quarks et les électrons soient fait d'encore plus petites particules sans masse, qui sont liées ensemble par une force encore plus forte, et que l'énergie de liaison associée à cette très forte force inconnue soit la contribution unique à la masse des quarks et des électrons. Il y a certain préjudices théoriques contre cette idée mais elle pourrait être correcte. [...]
Une autre possibilité pourrait être que les quarks et les électrons ont seulement de la masse! Peut-être qu'il n'y a pas d'explication à cela. Cependant, il y a une objection technique à un tel point de vue. Il cause des problèmes fondamentaux aux théoriciens travaillant à comprendre comment les quarks (et les électrons) intéragissent les uns avec les autres. En fait, la théorie d'aujourd'hui fonctionne seulement si les électrons et les quarks n'ont pas de masse du tout! Heureusement, il y a une porte de sortie à ce paradoxe et elle est suceptible d'être vérifiée expérimentalement. [-> Le mécanisme de Higgs en attente de la découverte expérimental du boson de Higgs.]

The origin of mass

Traditionnellement, les lois de Newton (dans un "référentiel inertiel") sont supposés êtres valides pour des particules ponctuelles. Mais qu'est-ce qu'une particule ponctuelle expérimentalement? une boule de billard? une molécule? un atome? un proton? un quark? un sous-quark? [Trad. de subquark] Est-ce que l'applicabilité des lois de la dynamique de Newton dépend de notre connaissance des constituents ultimes de la matière? C'est-à-dire, est-ce qu'elle dépend de notre compréhension de la nature de la masse[23,24], le concept le plus évasif, le plus étudié et le moins compris?
Pendant que l'on sonde la matière avec une précision toujours grandissante, on rencontre principalement du vide. Notre perception de la matière est, dans une certaine mesure, un résultat d'imprécision dans la mesure. [...] Ainsi, la masse, en l'absence d'une compréhension fondamentale des particules élémentaires, reste essentiellement un concept macroscopique, ou dit autrement, une caractéristique d'un système.
Heureusement, la troisième loi de Newton garantie l'indépendance opérationnelle de la deuxième lois de Newton envers la question intriqué de la nature de la masse.

Unification of Newton's law of motion

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[invite9c9b9968]

Salut Simon,

C'est une excellente question que tu poses là, et au vu des récents débats sur ce forum (enfin.. Il y a un mois quoi) j'ai voté OUI, car après tout lorsque l'on se pose légitimement la question du pourquoi de la masse des particules, on a été jusqu'à développer le mécanisme de Higgs qui reste à vérifier expérimentalement : cela montre, à mon avis, que le concept de masse n'est pas encore clairement élucidé.

EDIT : voilà une référence traitant du sujet, je ne l'ai pas encore lue donc je ne sais pas ce que ça vaut http://delphiwww.cern.ch/%7Epubxx/de...0/paris4.ps.gz

[invitebfbf094d]

C'est difficile de répondre a ca, parce que ca dépend jusqu'ou on veut et peut aller pour définir un concept.
D'une manière intuitive, on sait a peu près ce qu'est une masse. Si on veut aller plus loin, on peut dire que c'est ce qui s'oppose à l'effet d'une force qui lui est soumise (masse inerte). On peut dire aussi dire que la masse d'un corps c'est l'energie qu'il renferme(E=mc²).

Mais si on veut aller plus loin, c'est difficile. Peut-etre qu'un jour, on trouvera ce qu'est réellement la masse, mais pour l'instant, je vois pas comment on peut définir plus précisement ce qu'est une masse. Mais, le problème ne concerne pas uniquement la masse. C'est la même chose pour l'énergie, la force, la charge, ...

[invite8ef93ceb]

voilà une référence traitant du sujet, je ne l'ai pas encore lue donc je ne sais pas ce que ça vaut http://delphiwww.cern.ch/%7Epubxx/de...0/paris4.ps.gz

La même source, mais en vidéo

Pourquoi les particules ont une masse?

Simon

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8ef93ceb]

C'est difficile de répondre a ca, parce que ca dépend jusqu'ou on veut et peut aller pour définir un concept.

Évidemment, il ne faut tomber dans le puits du réductionnisme.

D'une manière intuitive, on sait a peu près ce qu'est une masse.

J'ajouterais: "pour les systèmes", comme Antippa l'explique bien dans son article. Le problème, à mon avis, c'est l'interprétation de la masse comme caractéristique intrinsèque d'une particule élémentaire.

Si on veut aller plus loin, on peut dire que c'est ce qui s'oppose à l'effet d'une force qui lui est soumise (masse inerte).

C'est le principe d'inertie. Définir la masse en terme de l'inertie implique que la masse d'une particule est une propriété relative, et non intrinsèque. En d'autre mots, un observateur dans un référentiel S observerait un masse m tandis qu'un autre dans un référentiel S' observerait une masse m'. Voir l'article d'A. F. Antippa, Inertia of energy and the liberated photon.

On peut dire aussi dire que la masse d'un corps c'est l'energie qu'il renferme(E=mc²).

Cette définition est équivalente à celle que tu as donnée plus haut [1]. Dans les deux cas, cela revient à dire que dans E=mc^2, ce qu'on appelle masse, c'est gamma*m_0. Cette définition est contraire à ce qu'on retrouve normalement en physique des particules (Voir l'article de Lev Okun, The concept of mass). Je pense qu'Okun essai de traduire un abus de language en interprétation, je ne suis pas vraiment d'accord avec son point de vue.

Mais si on veut aller plus loin, c'est difficile.

En physique des particules, ce qu'on appelle masse, c'est la quantité d'énergie contenue dans une particule au repos. Donc, dans E=mc^2, la masse c'est m_0. Là, ça ressemble plus une propriété intrinsèque. Pour définir la masse de cette façon, on suppose qu'on peut définir une infinité de référentiels dans lequel notre particule élémentaire isolée a un mouvement de translation uniforme (on imagine notre particule dans une boîte vide infinie. Sa vitesse par rapport au coutours de la boite définit son référentiel). On suppose que dans tous les cas, on peut toujours choisir un référentiel dans lequel la particule est au repos, cad un référentiel attaché à la particule (la particule ne bouge pas dans la boîte imaginée). De cette façon, peut importe dans quel référentiel la particule se trouve, on peut mesurer son énergie et calculer qu'elle énergie cette particule aurait dans un référentiel au repos (on fait différentes mesures à différentes vitesses, et on extrapole le résultat pour v=0). Cette quantité est un invariant absolu.

Il est important de remarquer que peut-importe la définition qu'on donne à la masse, soit

1. la quantité d'énergie contenue dans une particule au repos. On prend E^2 = m^2 + p^2 (c=1) et on impose le repos: p=0,
2. la résistance d'une entité à un changement de vitesse relativement à un référentiel inertiel,

on définie la masse en terme d'un concept relatif: le mouvement. On peut toujours demander, suite à la définition 1: "Oui mais, au repos par rapport à quoi?" et suite à la définition 2: "Oui mais, un changement de vitesse par rapport à quoi?". Ces deux dernière questions prennent tout leur sens et toute leur porté lorqu'on imagine une particule toute seule, isolée, dans le vide. C'est en gros le concept de particule élémentaires. Attribuer la propriété de masse intrinsèque aux particules élémentaires, c'est comme dire que chaque particule possède individuellement la propriété de masse, peut importe sa relation avec les autres. Alors, je reviens avec ma question: "Si la masse est définie en terme du mouvement (1: repos ; 2: changement de vitesse), alors comment chaque particule élémentaire peut-elle posséder individuellement la propriété de masse???"

C'est la même chose pour l'énergie, la force, la charge, ...

Pour l'énergie, on sait que c'est liée à une symétrie (faire une recherche sur le théorème de Noeter). Si on suppose que les lois de la physiques sont invariantes par translation dans le temps (une expérience aujourd'hui donne les mêmes résultats dans 100 ans), on arrive à la conclusion qu'un quantité, disons E, est conservée. On lui donne le nom d'énergie. Pour la force, elle est définie en terme de l'impulsion (changement de l'impulsion dans le temps). L'impulsion, on sait que c'est lié à une symétrie (théorème de Noeter). Si on suppose que les lois de la physiques sont invariantes par translation dans l'espace, on trouve qu'une quantité, disons p, doit être conservée. On lui donne le nom d'impulsion. Pour la charge, on sait que c'est lié à une symétrie (encore le théorème de Noeter). Si on suppose que les lois de la physique sont invariantes sous une transformation de jauge (ou transformation de phase. Explicitement: ) on trouve qu'une quantité, disons Q, doit être conservée. On lui donne le nom de charge.

Pour la masse, il n'y a pas de principe symétrie qui permettent de bien comprendre sa provenance. Si masse et énergie sont des termes interchangeables, alors on a une bonne idée de ce qu'elle est. On sait que l'énergie est une quantité conservée par le principe d'invariance par translation dans le temps, alors la masse, en gros, doit être la même chose. Mais c'est plus subtile que cela. Dans le modèle standard, les particules peuvent tous posséder une énergie, mais leur masse au repos est nulle (sans le mécanisme de Higgs). Selon ce qu'on comprend, les particules n'ayant pas de masse au repos doivent voyager à la vitesse de la lumière, ce qu'on n'observe pas. Ce n'est pas très clair, pour moi, la relation entre vitesse et masse, entre masse relativiste et masse au repos...

Voilà, je crois que j'en ai assez dit. J'ai peur de faire fuire par la longueur de mes propos.

À bientôt,

Simon


[1] Antippa conclut son article sur l'inertie de l'énergie par: "Si les lois de la conservation de l'énergie et de l'impulsion tiennent, alors la constante de proportionnalité entre l'énergie et la masse est universelle". En d'autres mots, masse et énergie son des termes interchangeables.

[invite8ef93ceb]

Petite erreur: pour la forme explicite de la transformatin de jauge, on aurait du lire:
.

Simon

[invite9c9b9968]

Salut Simon,

Je voulais exprimer mon admiration devant ton post si clair

Un grand merci

Maintenant, une petite précision (inutile peut-être) :

Si on regarde l'équation , sachant que dans un référentiel galiléen, il se passe ceci :

_ On impose une vitesse v=c. Alors devient infini, et si m était non nulle, l'énergie E serait infinie, ce qui a deux inconvénients : la théorie n'aime pas les résultats infinis, l'expérience prouve que l'énergie n'est pas infinie (par exemple le photon). Donc m est nécessairement nulle.

_ On impose m=0. Alors si *était fini, l'énergie serait nulle. L'impulsion aussi en conséquence ( ). Là je dirais que cela est une situation absurde, car cela correspond à l'étude d'une système "vide" (il ne se passe rien, puisque tout est nul). Mais comment le justifier clairement ?

Parce qu'ensuite, partant de ce fait j'aboutis automatiquement au fait que nécessairement v=c.


Sachant qu'en relativité, c est un invariant (il suffit de voir sa transformation avec Lorentz) cela permet de conclure quant à l'équivalence entre "particule de masse nulle" (1) et "particule allant à la vitesse c dans n'importe quel référentiel galiléen" (2). Mais présentement, je n'ai rigoureusement démontré que (2) implique (1).

Julien

[invitebfbf094d]

Définir l'énergie ou la charge en faisant intervenir une symétrie ne dit pas ce qu'est l'énergie ou la charge. On sait qu'elle est conservée, mais est-ce-que ca nous apprend sur ce que c'est ? Je pense que non.
En tout cas, merci pour les compléments d'explication apportés.

[invitebfbf094d]

La fonction "editer" ayant mystérieusement disparu, je vais répondre a 09Jul85 ici: il me semble que la formule a été obtenue en supposant v << c, et donc poser v=c n'a pas de sens.

[invitea29d1598]

il me semble que la formule a été obtenue en supposant v << c

non, non, aucune hypothèse n'est faite sur v. Reste qu'il est vrai que le passage à la limite ne décrit pas toujours de manière "précise" le "résultat exact" qu'on obtient pour la "valeur limite" si on ne la calcule pas comme une limite. Il y a ici une sorte de discontinuité puisqu'il est impossible de trouver un référentiel lié à un photon. Dans le même genre on sait très bien que les propriétés mathématiques de l'équation d'Euler (fluide de viscosité nulle) ne sont pas celles qu'on obtient en prenant une équation de Navier-Stockes (avec viscosité) et en faisant tendre la viscosité vers 0.

Il est important de remarquer que peut-importe la définition qu'on donne à la masse, soit

1. la quantité d'énergie contenue dans une particule au repos. On prend E^2 = m^2 + p^2 (c=1) et on impose le repos: p=0,
2. la résistance d'une entité à un changement de vitesse relativement à un référentiel inertiel,

on définie la masse en terme d'un concept relatif: le mouvement.

je ne suis pas d'accord. Le problème vient de ce que tu cherches à utiliser simultanément plusieurs cadres théoriques, en particulier tu réfléchis sur ce que dit la relativité, mais en utilisant des concepts newtoniens qui n'ont plus lieu d'être. C'est certes ce qu'on a fait à la naissance de la relativité restreinte, mais depuis le point de vue sur ce cadre théorique a profondément évolué et on a compris qu'il faut complètement changer de paradigme pour éviter de tourner en rond ou de tomber dans des pseudo-paradoxes.

Pour ce qui est du premier truc, il vaut mieux le voir sous la forme

m^2 = E^2 - p^2

m est la racine carrée de la norme du quadrivecteur impulsion. C'est un scalaire de Lorentz et donc absolument pas un truc relatif.

Pour ce qui est du deuxième, c'est l'inertie qui est ainsi définie et est relative (en tous cas si l'on utilise des notions relatives telles que la tri-impulsion, une tri-force et le temps coordonnée pour la définir). La relativité restreinte nous a cependant appris que dans ce cas, l'inertie est égale à l'énergie (grandeur relative) et non à la masse (grandeur absolue) comme on le croyait auparavant. Par ailleurs, si l'on écrit le "principe fondamentale de la dynamique généralisé" en utilisant les outils mathématiques qui correspondent à la relativité, ie des quadri-vecteurs et non des trois-vecteurs, on a comme facteur de proportionnalité qui apparaît naturellement un "m" qui est un scalaire de Lorentz : la norme de la quadri-impulsion.

Alors, je reviens avec ma question: "Si la masse est définie en terme du mouvement (1: repos ; 2: changement de vitesse), alors comment chaque particule élémentaire peut-elle posséder individuellement la propriété de masse???

de la même façon qu'elle peut posséder un spin. Cf le "petit groupe" (voir par exemple page 103 de ce cours http://www.lpthe.jussieu.fr/DEA/delamotte.html)

la masse est bel et bien un scalaire de Lorentz et parler de "masse relativiste" est idéal pour se perdre dans les grandeurs physiques. Cf ce que je viens juste de rappeler.

Pour la masse, il n'y a pas de principe symétrie qui permettent de bien comprendre sa provenance.

car ce n'est pas une quantité conservée...

de même que ce n'est pas une grandeur additive : un système "formé" de deux photons peut avoir une masse non nulle...

Si masse et énergie sont des termes interchangeables

ce n'est pas le cas.

Dans le modèle standard, les particules peuvent tous posséder une énergie, mais leur masse au repos est nulle (sans le mécanisme de Higgs). Selon ce qu'on comprend, les particules n'ayant pas de masse au repos doivent voyager à la vitesse de la lumière, ce qu'on n'observe pas.

qu'est-ce qu'on observe pas?

Ce n'est pas très clair, pour moi, la relation entre vitesse et masse, entre masse relativiste et masse au repos...

je vois pas très bien ce qui ne te semble pas clair... ce qui est sûr, c'est que la "masse relativiste" est un concept inutile et "dangereux". Dès qu'on entend parler de "masse relativiste", il faut comprendre "énergie". Mais la notion de "masse" reste utile et bien définie : pour un système donné, c'est le scalaire de Lorentz associé à la norme du quadrivecteur impulsion total.

quant au Higgs et au reste, le problème c'est que en parlant de tout ça, tu rajoutes encore des complications en passant à la théorie quantique des champs. Celle-ci nous apprend que les particules ne sont pas des objets "absolus" (les champs sont plus fondamentaux) et les excitations possibles d'un champ dépendent des champs avec lesquels il est en interaction... tout ça demande encore de changer de paradigme mais dans le fond beaucoup de choses restent valables et pour comprendre les premières notions dont tu parlais, cela ne me semble pas utile dans un premier temps.

[EDIT] j'ai voté "non" car ce concept ne pose pas plus de problèmes que tous les autres. Suffit de préciser le cadre théorique dans lequel on se place et tout est défini de manière précise, même si évidemment on ne peut pas dire qu"on "comprend" parfaitement tout sur la masse. Mais comme il a déjà été dit, on ne "comprend" pas plus les autres grandeurs physiques...

[invite8ef93ceb]

Merci pour ta réponse Rincevent.

Je dois réfléchir beaucoup pour traiter avec respect ce que tu dis dans ce post. Pour moi, plusieurs choses que tu dis semblent lancées en l'air, comme venant de nul part. J'y revient pour t'expliquer ce que je ne comprends pas.

Cela dit, je réfléchie beaucoup à la question, c'est-à-dire la différence entre masse au repos et masse relativiste. Pour bien comprendre ce que tu dis, il faudrait que je soie en mesure d'identifier quels sont les postulats qui permettent de conclure que la masse est l'énergie d'une particule au repos. D'autres part, il faudrait que j'identifie bien à quel processus de mesure est associé la quantité "masse au repos", à quel processus de mesure est associé la quantité "masse relativiste" et comparer les deux. Sans cela, je ne peux me prononcer sur la meilleur utilisation du mot masse. J'aurais aussi besoin d'une source en béton pour ta dérivation de E=mc^2 avec m l'énergie au repos.

Cela dit, on a deux définitions de la masse:
1. l'énergie au repos,
2. l'énergie tout court.

La définition 2 englobe la 1. Mais dans les deux cas, la masse est considéré comme équivalente à de l'énergie. Seulement, la définition un suppose une distinction entre l'énergie au repos (masse) et l'énergie "non-au-repos" (non-masse). J'aimerais bien comprendre d'où vient cette division de l'énergie en 2 ensemble distincts.

De plus, la définition 1 me cause problème dans le cas suivant. Disons que je considère le proton comme ayant une énergie E. L'équation relativiste de l'énergie me permet de conclure qu'un proton en mouvement a une masse (énergie au repos) et une énergie cinétique. Donc, le proton possède une énergie au repos qui, à première vue, n'est pas constitué d'énergie cinétique.

Or, on sait que le proton est constitué de quarks, lesquels ont une masse (énergie au repos) beaucoup plus petite que celle du proton. C'est dire que la masse au repos du proton est constitué de la masse au repos des quarks + l'énergie cinétique des quarks.

Pourquoi affirmer que la masse est l'énergie au repos si, dans certain cas, la masse d'une particule est constituée de l'énergie TOTALE (pas seulement au repos) de particules plus fondamentales?

La définition 1, dans mon esprit, implique que seules les particules fondamentales (élémentaires) ont une masse au repos. La preuve, le proton ne pourrait pas avoir une masse au repos puisque sa masse est constitué en grande partie de l'énergie cinétique des quarks. Donc, dire que le m d'une équation quelconque constitut la masse au repos de l'objet qu'elle décrit revient à dire que cet objet n'a pas de sous structure. Cela sous-entends que l'on sait quels sont les particules élémentaires, lesquelles n'ont pas de sous structures. Pensez-vous qu'un seul physicien consciencieux pourrait affirmer sérieusement que les particules élémentaire d'aujourd'hui sont définitives, cad qu'aucune d'entre elles n'a de sous-structure?


Questions à Rincevent:

1. Est-ce que le proton a une masse (énergie au repos)?

Selon la définition, il est composé de quarks dont l'énergie n'est pas entièrement au repos. Il faudrait répondre non. Seule les particules élémentaires sans sous-structure on une masse (énergie au repos).

2. Est-ce que tu crois possibles que les particules élémentaires d'aujourd'hui aient une sous-structure (à découvrir, dans un avenir indéterminé)?

Si tu réponds non, c'est un peu prétentieux. Si tu es prudents (souvenons nous de lord Kelvin) tu diras que la question est potentiellement indéfiniment ouverte, jusqu'à preuve du contraire. Alors, n'est-ce pas un peu prétentieux d'attribuer la propriété de masse (énergie au repos: aucune sous-structure) à une particule?

Voilà. Je voulais seulement considérer ton explication dans le cadre de l'énergie au repos d'un objet ayant une sous-structure. J'ai donné un aperçu des problème que cela me cause, et je ne connais pas la solution pour le moment. Merci de m'aider à comprendre ton point de vue.

Amicalement,

Simon

[invitebfbf094d]

Même si la question est adressée directement a Rincevent, je vais dire ce que je comprends.

Je pense que tu cherches des complications dans tout ca. D'apres ce que tu dis, c'est le concept de masse au repos (énergie au repos) et masse en mouvement (énergie en mouvement) qui te pose problème.

Pourtant, cela est facilement compréhensible : il faut rapporter tout cela suivant le référentiel d'inertie ou l'observation est faite. La masse au repos m d'une particule n'est que la masse de cette particule au repos par rapport à un référentiel d'inertie. Idem pour l'énergie au repos.

Maintenant, si cette particule se mettait à se déplacer a une vitesse v par rapport a ce référentiel d'inertie, on peut dire que sa masse, par rapport à ce référentiel d'inertie (dans lequel elle n'est plus au repos), sera de , acquérant ainsi l'énergie (toujours par rapport au référentiel d'inertie dans lequel elle n'est plus au repos).

Maintenant, concernant le cas des quarks qui forment le proton, ce qui pose problème c'est que tu prends deux systèmes physiques différents on va dire, j'entends par la deux systèmes par rapport auxquels on rapporte à un référentiel. Les quarks peuvent bouger autant qu'ils veulent dans le proton, tant que le proton qu'on considère reste au repos par rapport a notre référentiel d'inertie, il aura une masse au repos relativement a ce referentiel. Maintenant, si tu veux considerer le système constitué de quarks et parler de leur masse et de leur énergie, alors il faut les rapporter via un référentiel.

J'espère avoir répondu un peu aux questions, laissant la parole a Rincevent maintenant

[invitebfbf094d]

Petit complément : ainsi l'énergie , c'est-a dire l'énergie au repos d'un système doit etre appliqué a un système qui est tout entier au repos par rapport a un référentiel d'inertie.

Maintenant, si la particule se déplace a une vitesse v relativement par rapport a notre référentiel et que v<<c, en développant suivant les puissances de v/c, on obtient : , on voit que l'énergie "en mouvement" de la particule est composée de son énergie au repos et de son énergie cinétique.

[invite8ef93ceb]

Merci pour ta contribution zapple. Malheureusement, cela ne répond pas à ma question. Comme Rincevent l'a fait remarqué, pour bien comprendre ce qu'est la masse, il faut bien comprendre le cadre théorique dans lequel ce concept est utilisé. Déjà à ce point, il n'y a pas l'unanimité.

En physique des particules, le mot masse est réservé à l'énergie qu'a une particule au repos. C'est à ce idée précise (sans avoir d'opinion précise sur la meilleur façon de procéder) que je m'opposais par l'exemple du proton. D'après cette définition, la masse est une propriété intrinsèque, essentiel pour la description d'une particule élémentaire quelconque. Mon argument, c'est que même une particule non-élémentaire a une énergie-impulsion et donc une masse au repos, laquelle est composée d'énergie cinétique des particules plus fondamentales qui la compose. À mon sens, c'est un exemple d'incongruité qui, je l'espère, sera levé par Rincevent.

En physique des non-particules (plutôt, dans les fondements de la relativité), on réserve le mot masse pour l'énergie tout court. Cela vient de la définition de la masse en terme de l'inertie. D'après cette définition, la masse est le coefficient de difficulté pour le passage d'une vitesse à une autre. Puisque ce coefficient varie en fonction de la vitesse (m=gamma*m_0), alors on dit que la masse varie en fonction de la vitesse.

Si j'espère mieux un jour comprendre le concept de masse, il faut bien que je commence par bien comprendre le point de vue des physiciens des particules. Ensuite je pourrai comparer. Comme c'est Rincevent qui a apporté ce point de vue, j'espérais qu'il le comprenait bien et pourrait m'apporter quelques réponses à mes questions.

Bien à vous,

Simon

[mach3]

je vais peut-etre m'éloigner du sujet, mais je ne peux m'empecher de mettre le doigts sur qqch d'interessant (mais pas nouveau) que je n'ai jamais approfondi.

la masse m₀ d'une particule est son energie au repos : E=m₀c²

cependant, si on met un peu de mécanique quantique pour mettre le bazard, que se passe-t-il pour cette définition? Du fait du principe d'incertitude de Heisenberg une particule au repos n'existe pas, donc que dire de l'energie d'une particule au repos et que dire de la masse qui lui correspond?

qu'en dites vous?

m@ch3

[invite8ef93ceb]

J'ai déjà formulé cette opposition, sans mentionné le principe d'incertitude. Pour rire, j'ai demandé de me donner une situation physique où un objet est exactement au repos (c'est évidemment impossible). J'en avait conclu que la définition de la masse en terme du concept de repos est une définition inexacte.

voir http://forums.futura-sciences.com/th...sse+repos.html #18.

Simon

[invite8ef93ceb]

Un petit lien pour la route:

John Roche, What is mass

Simon

[invite8ef93ceb]

Un autre petit lien:

Hannibal, On the concept of energy in classical relativistic physics

Simon

[invite09c180f9]

En physique des non-particules (plutôt, dans les fondements de la relativité), on réserve le mot masse pour l'énergie tout court. Cela vient de la définition de la masse en terme de l'inertie. D'après cette définition, la masse est le coefficient de difficulté pour le passage d'une vitesse à une autre. Puisque ce coefficient varie en fonction de la vitesse (m=gamma*m_0), alors on dit que la masse varie en fonction de la vitesse.
Simon

Salut Simon,
je me permet d'intervenir un peu ici, car une notion que tu évoques là me "dérange" un peu. La masse est un invariant (relativiste), ainsi on ne peut pas dire que la masse varie avec la vitesse !! Cette idée est souvent émise (d'ailleurs même B. Greene la maintien dans son, certe très bon livre, L'Univers élégant ; disant que la vitesse d'une particule varie avec la vitesse), mais est fausse ; lorsque tu augmente la vitesse d'une particule, il faut certe lui fournir plus d'énergie, mais ce n'est pas sa masse qui varie mais le coefficient !!

[invite8ef93ceb]

Ça dépend de la définition de la masse.
Est-ce le coefficient de difficulté d'un changement de vitesse? Dans ce cas, plus une particule va vite, plus c'est difficile de la faire aller plus vite (la masse augmente avec la vitesse).
Est-ce la quantité d'énergie qu'un objet a au repos? Dans ce cas, la masse est un invariant absolu. Mais, pour que cette définition de la masse soit exacte, il faut avoir une définition exacte de ce qu'est le repos. Or, une particule ayant une énergie parfaitement définie (une masse) lorsqu'elle est au repos (position parfaitement définie) viole le principe d'incertitude. De plus, si la masse est l'énergie au repos, il n'y a pas de sens à parler de la masse d'un photon. On ne peut même pas dire que le photon a une masse au repos nulle, puisque cela implique qu'on se place dans le référentiel photon (Arg!). Donc, selon cette définition, la photon n'a pas une masse nulle: il ne possède pas la propriété de masse!

[invite9c9b9968]

Si le concept de "repos" t'ennuie, pourquoi ne pas prendre comme définition de la masse :

"norme du quadrivecteur énergie-impulsion" ? (c=1)

Comme ça plus besoin de fournir un référentiel privilégié

[curieuxdenature]

Bonjour,

pourquoi doit-on penser que la masse est une energie ?
ce sont deux choses differentes pourtant.
Est-ce qu'on peut dire que 2 photons de 511KeV pésent chacun 9,1.10-³¹ kg ?

Pourquoi dire que la masse augmente avec la vitesse ?
C'est son énergie qui augmente... puisque l'énoncé dit : sa vitesse augmente.

Quand on parle de la masse d'un photon, c'est un abus de langage, on devrait dire "son équivalent masse".
De même quand on parle de l'energie de masse au repos, c'est aussi un abus de langage, on devrait dire " son équivalent énergie".

On doit dire : l'electron a une masse de 9,1.10-³¹ kg et son équivalent énergie est 511 keV, quand il est transformé en photon.
Où se trouve le problème ?
Un photon de 938 MeV n'est pas un proton !

[invite8ef93ceb]

Une petite source pour la route:

Oas G., On the Abuse and Use of Relativistic Mass.

Simon

[invite9c9b9968]

Très bon lien que j'ai parcouru en diagonale.

Ce qui en ressort, c'est que la définition de la masse est bien celle de la norme du quadrivecteur

[invite8ef93ceb]

Si le concept de "repos" t'ennuie, pourquoi ne pas prendre comme définition de la masse :

"norme du quadrivecteur énergie-impulsion" ? (c=1)

Comme ça plus besoin de fournir un référentiel privilégié

Ok. Si le quadrivecteur impulsion tombe du ciel, je suis d'accord. Mais il ne tombe pas du ciel. On peut le trouver par la relation

.

C'est l'équation relativiste qui exprime le fait qu'une énergie mesurée dans un référentiel S est fonction de l'énergie mesuré dans le référentiel où l'objet est au repos.

De cela, on trouve

(1)

Ensuite, seulement, on identifie les quantités. On en vient à

. (2)

Pour passer de l'équation (1) à l'équation (2), il a fallut faire quelque postulats, non?

Lev Okun [1] (qui, disons, a plus d'autorité que nous dans le domaine), part des "deux équations fondamentales de la relativité restreinte"

, (3)
. (4)

Il me perd déjà. Selon ce que j'ai compris de la relativité, ces équations ne sont pas fondamentales, mais bien des conséquences de principes de symétries. De ces principes de symétries, on trouve la relation entre une quantité dans S et une quantité dans S'. Par exemple x = x(x'), y = y(y') ... t = t(t') ... E = E(E') ... m = m(m') etc. À partir de là, on joue avec les équations, faisons quelques postulats et on tombe sur l'équation (3). Pour ce faire, il faut partir de quelques part, et postuler quelque part que le m dans (3) est l'énergie au repos de l'objet libre décrit par ces relations.

Ne me faite pas croire que vous considérez tous (3) comme un postulat? De toute façon, si on postule (3), on arrive à la conclusion que l'énergie est la somme de deux contributions. Par la transformation de l'énergie, on doit conclure que m est la masse qu'a l'objet dans le référentiel où il est au repos.

Donc, on ne s'en sort pas. Dire que m est la norme du quadrivecteur énergie-impulsion est équivalent à dire que m est l'énergie que possède l'objet au repos.

Je ne vois pas comment sortir de cela.

Cordialement,

Simon


[1] Okun L., The concept of mass, Physics today, juin 1989.

[invite8ef93ceb]

Très bon lien que j'ai parcouru en diagonale.

Ce qui en ressort, c'est que la définition de la masse est bien celle de la norme du quadrivecteur

Évidemment, je n'ai aucun partit pris. Je vous transmet seulement les inquiétudes que j'ai, les questions qui me hante. Toutes les sources de toutes les opinions sont utilies pour ma (et j'espère, votre) compréhension.

Simon

[invite309928d4]

(...) Mais la notion de "masse" reste utile et bien définie : pour un système donné, c'est le scalaire de Lorentz associé à la norme du quadrivecteur impulsion total.

Salut,
Ici, http://www.sciences.univ-nantes.fr/p...at/51relat.htm , ils disent que la norme du quadrivecteur impulsion-énergie est égale à m²c² .
Ce que tu appelles "masse" serait donc la quantité associée à la valeur m²c² mais en tant que norme du quadrivecteur impulsion-énergie, celui à qui on applique les transformations de Lorentz, plutôt que comme simple valeur algébrique.
C'est ça ?

quant au Higgs et au reste, le problème c'est que en parlant de tout ça, tu rajoutes encore des complications en passant à la théorie quantique des champs. Celle-ci nous apprend que les particules ne sont pas des objets "absolus" (les champs sont plus fondamentaux) et les excitations possibles d'un champ dépendent des champs avec lesquels il est en interaction... tout ça demande encore de changer de paradigme mais dans le fond beaucoup de choses restent valables et pour comprendre les premières notions dont tu parlais, cela ne me semble pas utile dans un premier temps.
(...)

Au niveau conceptuel, je dois dire que je suis autant dans le brouillard que Lévesque, surtout après avoir vu la vidéo dont il donnait le lien ( http://www.canal-u.education.fr/cana...ogramme_id=212 ).
Daniel Treille définit la masse comme la "quantité d'énergie contenue dans une particule au repos" (aux 2/3 de la partie 2 de la conférence).
Un peu plus loin, il indique que la masse du proton est de 1 GeV mais que celle de ses quarks est de 4 et 8 MeV, et que donc l'essentiel de la masse du proton est... de l'énergie cinétique.
Je suppose qu'il faut comprendre ça comme de "l'énergie cinétique confinée" mais la signification de tout cela n'est pas très claire et dans le passage d'un paradigme à un autre on se demande si on parle bien de la même chose.

[invite8ef93ceb]

Merci Bardamu pour ta contribution. J'ai parfois l'impression d'être le seul à ne pas tout comprendre

Simon

[invite9c9b9968]

Ben disons qu'en fait ce que je vais dire est (pour l'instant, sans le formalisme lagrangien) la vision "simplifiée" des choses, qui se mord en fait un peu la queue :

Chez Newton, je sais ce qu'est la masse (au sens : j'en ai l'intuition).

Je sais que la quantité nommée "temps propre" d'une particule est un scalaire lorentzien : Dans un référentiel galiléen R(x,y,z,t) le temps propre élémentaire est

Ainsi, pour former le 4-vecteur vitesse, je paramètre la ligne d'univers par ce 4-scalaire :

Là je fait confiance à mon intuition classique qui me souffle p = m v (en méca classique !)

Je pose alors Et par homogénéité . D'où la suite.

A partir de là, je reviens en arrière en posant dès le début m= blablabla

Mais je suis bien conscient que c'est boîteux, il vaudrait mieux passer par le formalisme langrangien pour être rigoureux (j'attend de mieux le maîtriser)

[invite8ef93ceb]

Le problème vient de ce que tu cherches à utiliser simultanément plusieurs cadres théoriques, en particulier tu réfléchis sur ce que dit la relativité, mais en utilisant des concepts newtoniens qui n'ont plus lieu d'être.

Ce serais possible de m'aider à identifier un concept newtonien (non applicable) dans mes propos?

Pour ce qui est du premier truc, il vaut mieux le voir sous la forme

m^2 = E^2 - p^2

m est la racine carrée de la norme du quadrivecteur impulsion [je ne peux pas m'empêcher de te demander ce que tu fais de la racine négative???]. C'est un scalaire de Lorentz et donc absolument pas un truc relatif.

Bon, étant donné le développement de la discussion, il semble qu'il y ait une légère opposition dans ce fil concernant cette idée. Entre autre, il a été mentionné que la norme au carré du quadrivecteur impulsion a les unités d'énergie, et non de masse:

où .

Voilà pour le moment Rincevent. Je reviendrai sur des points plus précis mais pour l'instant, j'attends ta réponse là dessus.

Merci encore,

Simon