La masse: a-t-elle une source?

[invite8ef93ceb]

Ce sondage fait suite au sondage: La masse: incomprise?

Avant même de se questionner sur ce qu'est la masse, il faut se demander si elle peut avoir une source, ou bien si on la considère comme un concept primitif (comme la distance et le temps) non défini ; un concept qui constitut un point de départ pour l'analyse.[1]

Deux visions différentes peuvent être dégagées suite à cette question. Dans la première, on considère la masse comme un paramètre. Par exemple, dans l'équation de Dirac, le paramètre "m" prend un sens physique lorsqu'on applique l'équation à des situations concrètes, comme un électron dans un potentiel en 1/r. On trouve alors que les niveaux d'énergie dépendent de "m", ce qui nous permet de déterminer cette quantité. Dans cette vision, on ne peut pas poser la question: "Pourquoi les particules ont une masse", on commence toute analyse en postulant qu'elles ont une masse, postulat confirmé (ou non) par la comparaison des prédictions théoriques aux résultats expérimentaux.


Dans la seconde, on peut supposer que la masse soit la conséquence de "paramètres" plus fondamentaux. Par exemple, certains ont imaginé que la masse provenait de l'inertie électromagnétique [2]. Il y a le principe de Mach qui est une tentative d'explication de l'origine de l'inertie [3]. Il y a le mécanisme (et le boson) de Higgs.[4]

Cette discussion vise à rendre accessible les différentes explications de la source de la masse. Le sondage, quant à lui, servira à rendre explicite l'impression générale sur la question de la source de la masse. Donnez-nous vos sources discutant des sources possibles de la masse, vos opinions, vos explications et bien entendu vos questions!


Simon

[1] S. Golberg, Understand Relativity, Birkhäuser, p.132 (1984).
[2] D. Bohm, The Special Theory of Relativity, Routledge, p. 28 (1996). Voir aussi Dirac, La théorie de l'électron et du champ électromagnétique.
[3] R. C. Tolman, Relativity, Thermodynamics and Cosmology, Dover, p.184 (1987). Voir aussi S. Weinberg, Gravitation and Cosmology, John Wiley & Sons, p.17(1972), fr.Wikipedia, www.planck.fr.
-----

[invite8ef93ceb]

LE PRINCIPE DE MACH:

Ce principe n'est pas entièrement défini mathématiquement. Aucune théorie physique à ce jour (disons, à ma connaissance) ne rend compte de l'effet de l'inertie tout en étant parfaitement en accord avec les conclusions de Mach.

Le principe ne dit pas comment les particules intéragissent, il donne seulement une piste pour une tentative d'explication. Pauli donne la meilleure explication que j'ai trouvé:

Nous proposons donc le postulat: Le champ G doit être déterminé de façon unique et généralement covariante, uniquement par les valeurs du tenseur énergie (T_ik). Puisque Mach avait clairement déterminé ce défaut dans la mécanique Newtonnienne, et avait remplacé l'accélération absolue par l'accélération relativement à toutes les autres masses dans l'univers, Einstein appela ce postulat le "principe de Mach". Il doit être postulé, en particulier, que l'inertie de la matière est uniquement déterminée par les masse environnantes. Elle doit donc tomber à zéro lorsque toutes les autres masses sont supprimés, parce qu'il est insensé, d'un point de vue relativiste, de parler d'une résistance à une accélération absolue (relativité de l'inertie).

W. Pauli, Theory of relativity, Dover, p.179 (1981)

Donc, ce qui est le plus important, c'est que la masse inertielle (selon le principe de Mach) est une propriété qui n'a de sens que si l'on tient compte de l'environnement de l'objet qui possède cette masse inertielle. Selon ce principe, il n'y a pas de sens à attribuer la propriété de masse inertielle à une particule isolée. Une particule a une masse inertielle seulement parce qu'elle a une interaction avec son environnement.

S'il est correcte de dire qu'une particule seule dans la vide possède une masse inertielle, alors, selon le principe de Mach, on doit arriver à la conclusion que le vide n'est pas vide. En d'autres mots, conclure qu'une particule a une masse inertielle lorsqu'elle est seule implique de conclure que cette particule baigne dans un milieu, qu'elle a un environnement.

Einstein se considérait lui-même comme un successeur de Mach mais, en fait, la réponse donnée par le principe d'équivalence au problème d'inertie siège quelque part entre Newton et Mach. Les référentiels inertiels, c'est-à-dire les "systèmes de coordonnées en chute libre", sont en effet déterminés par le champ gravitationnel local qui provient de toute la matière de l'univers, près et loingtaine. Cependant, une fois dans un référentiel inertiel, les lois du mouvement sont complètement inchangées par la présence de masses proches, que se soit gravitationnellement ou de toute autre façon. [...] Ces points sont si importants qu'il faut les répéter. Dans l'absence de matière voisine, les référentiels inertiels sont déterminés par le champ gravitationnel cosmique moyen, lequel est à son tour déterminé par la densité moyenne de masse d'étoiles, donc il n'est pas surprenant que leur référentiels inertiels soient au repos, ou dans un état de mouvement uniforme non rotatif, par rapport aux étoiles typiques. Lorsqu'une grosse masse comme le soleil est apportée à proximité, cela change les référentiels inertiels de façon à ce qu'il accélèrent vers la masse, mais les lois du mouvement dans ces référentiels en chute libre sont encore celles de la relativité restreinte, et ne montrent aucun effet de la distribution de la masse environnante. En ce sens, le principe d'équivalence et le principe de Mach sont en opposition directe.

S. Weinberg, Gravitation and Cosmology, John Wiley and Sons, p.86 (1972)

D'autre part, le principe de Mach permet de conclure que la masse inertielle d'un objet serait différente si la concentration de la masse environnante n'est pas isotrope. Par exemple, il y a une concentration particulièrement grande de masse dans la direction de du centre de la voie lactée. On doit alors conclure que la masse inertielle est différente si on accélère une particule vers le centre ou dans le sens opposé. Cela a été vérifié expérimentalement [1], et la conclusion est fortement en faveur du principe d'équivalence et en opposition au principe de Mach.


Simon

[1] Hughes, Robinson Beltran-Lopez, Phys. Rev. Letters, 4, 176 (1960) et R. H. Dicke, Phys. Rev. Letters, 7, 359 (1961) sur l'expérience de Hughes et al. Voir Gravitation and Cosmology, p.87

[invite8ef93ceb]

Nous proposons donc le postulat: Le champ G doit être déterminé de façon unique et généralement covariante, uniquement par les valeurs du tenseur énergie (Tik). Puisque Mach avait clairement déterminé ce défaut dans la mécanique Newtonnienne, et avait remplacé l'accélération absolue par l'accélération relativement à toutes les autres masses dans l'univers, Einstein appela ce postulat le "principe de Mach". Il doit être postulé, en particulier, que l'inertie de la matière est uniquement déterminée par les masse environnantes. Elle doit donc tomber à zéro lorsque toutes les autres masses sont supprimés, parce qu'il est insensé, d'un point de vue relativiste, de parler d'une résistance à une accélération absolue (relativité de l'inertie).

W. Pauli, Theory of relativity, Dover, p.179 (1981)

J'aimerais bien savoir deux choses. Premièrement, est-ce que l'inertie tombe à zéro en relativité générale lorsqu'on isole une particule toutes seule? C'est ce qu'affirme Pauli.

Deuxièmement, on sait que d'après le modèle standard, les particules ont toutes une masse nulle, mais leur interaction avec le champ de Higgs donne une masse effective aux particules. Cela voudrait-il dire que:
"Un vecteur énergie impupulsion ayant une norme non-nulle implique implicitement de tenir compte du mécanisme de Higgs?". En d'autres mots, si on prend une particule élémentaire toute seule (on soustrait tout le reste. Le champs de higgs, les autres particules...), celle-ci ne devrait-elle pas voir ses propriétés décrites par un 4-vecteur énergie-impulsion dont la norme est nulle?

Merci pour vos réponses futures.

Simon

[invite48237d9f]

Bonsoir!

Meme si je n'ai pas la pretention de repondre a tes messages, car n'ayant pas encore assez de connaissances pour juger ... je me permets de poster ce message, pour souligner la qualité de tes messages (sujets, redaction, plaisir de lecture, citations toujours bien choisis, ...).

Encore bravo, et continus a faire rever les personnes de ce forum!
Jo

PS: J'esperes que ce message ne vat pas trop deranger les personnes qui attendent des contenus strictement scientifiques.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebdaccd77]

Un collègue vient de me dire qu'il a lu récemment un article dans Nature ou New Scientis un article disant qu'en théorie des cordes les particules (ou les cordes) pouvaient acquérir une masse par interaction avec le vide quantique sans faire intervenir un quelconque boson de Higgs. Ce même article indiquerait que du coup ils expliquent l'équivalence entre la masse grave et la masse inertielle, disant que l'inertie serait une différence de pression entre l'avant et l'arrière de la corde dans le sens du déplacement. Bon c'est de la seconde main et c'est pas très claire, mais quelqu'un a-t-il des infos sur ces développements ?

[curieuxdenature]

Bonjour à tous,

pour ceux qui ont peur de dire des bétises au sujet de la masse, ils doivent se rassurer, la question est toujours en suspend et à mon humble avis, on peut discuter de ça autant qu'on veut, il n'y a que des expériences bien précises qui permettront de trancher plus ou moins définitivement.

C'est un peu comme toutes les discussions sur le chat de machin, cela a fait dire à certain savant: quand je vois le chat de Schrödinger, je sort mon revolver...
l'air de dire : y en a marre de ces discutailleries qui ne débouchent sur rien de concret.


Pauli peut bien parler d'absurdité, il prend référence à la RG pour l'affirmer, pour moi, une autre absurdité est de conclure qu'un groupe de particules manifestent l'inertie alors qu'une seule particule ne manifesterait rien !

Si l'experience Hugues et ses collègues démontre la stricte égalité de l'inertie et de la masse grave, il devient évident que l'inertie est un caractère de la particule, et pas du global.
Pour une fois, il est bien possible que l'apparence soit bien le strict reflet la réalité...
Le pendule de Foucault ne serait pas sensé démontrer que l'univers tout entier s'oppose à son changement de trajectoire, mais tout simplement que c'est la trajectoire la plus petite en regard de l'énergie dépensée par rapport au référentiel du pendule.
Autrement dit, le pendule dit: je me meut, qu'importe les meumeus qui passent !

[invite8ef93ceb]

Pauli peut bien parler d'absurdité, il prend référence à la RG pour l'affirmer, pour moi, une autre absurdité est de conclure qu'un groupe de particules manifestent l'inertie alors qu'une seule particule ne manifesterait rien !

Pauli ne parle pas d'absurdité. Du moins, il ne mentionne pas que ce qu'il dit est absurde. Et il ne se sert pas de la RG, en fait la citation que j'ai donné se retrouve dans les postulats de départ de la RG. Pauli exige que la théorie qui s'en vient satisfasse le postulat que j'ai cité, ce qu'Einstein a appelé le principe de Mach. Et il ne dit pas qu'un groupe de particules possède de l'inertie alors qu'une particule toute seule n'en possède pas. Il dit qu'un objet a de l'inertie seulement s'il y a d'autres objets, par rapport à quoi le premier peut avoir une accélération.

Si l'expérience Hugues et ses collègues démontre la stricte égalité de l'inertie et de la masse grave, il devient évident que l'inertie est un caractère de la particule, et pas du global.

Je reviendrai sur cette expérience. Il semble que Dicke réfute ses conclusions. Dans le sens qu'elle ne trancherais pas entre principe de Mach et principe d'équivalence mais serais plutôt en faveur des deux.[1]


Simon

[1] R. H. Dicke, Experimental test of Mach's principle, Phys. Rev. Letters, 7, 359 (1961).

[invite8ef93ceb]

est-ce que l'inertie tombe à zéro en relativité générale lorsqu'on isole une particule toutes seule? C'est ce qu'affirme Pauli.

J'ai l'impression qu'on peut facilement représenter mathématiquement une particule toute seule en RG. Il suffit de supposer qu'il n'y a pas de champ gravitationnel. L'espace devient celui de Minkowski, et la théorie de la relativité générale devient la théorie de la relativité restreinte. J'en conclut que si on représente une particule toute seule par la RG, alors elle n'a pas nécessairement une inertie nulle!? (Il y a des m partout en RR!)

[invite8ef93ceb]

Un collègue vient de me dire qu'il a lu récemment un article dans Nature ou New Scientis un article disant qu'en théorie des cordes les particules (ou les cordes) pouvaient acquérir une masse par interaction avec le vide quantique sans faire intervenir un quelconque boson de Higgs.

Il semble qu'on s'en aille vers cela aussi avec le mécanisme de Higgs. Voir
The Dual Higgs Mechanism and the Origin of Mass in the Universe

Aussi, en cherchant ce dernier article, j'en ai trouvé quelques-un qui semblent très intéressant sur le même sujet:

The Vacuum Energy from a New Perspective

Gravity as a Higgs Field. I
Gravity as a Higgs Field. II
Gravity as a Higgs Field. III

Broken Weyl-Invariance and the Origin of Mass

Mais évidemment, j'ai évité tout sur les cordes, puisque je n'y connait rien.

Simon

[invite0e4ceef6]

personelement qui m'etonne dans le principe de mach, c'est que la masse inertielle puisse-etre une variable... que la résistance a un evenement, une force, une accélération, puisse varier, comme si celle-ci n'etait pas une propriété en propre de la matière, mais une réponse localisé, et circonstencié.. ainsi, si j'ai compris, plus un objet se trouve a proximité d'un objet et plus sa resistence, son inertie deviendrais plus forte... le taux d'inertie n'étant pas constant pour un objet donné, on en conclue que ce n'est pas une propriété de la matière...

et que faire alors de la masse grave pour qui le problème est identique. celle-ci etant variable elle-aussi???
l'idée de masse comme propriété intrinsèque de la matière serait-il erroné?? puisque ni l'inertie, ni la gravité, ne semble exister quand l'objet se trouve isolé?? apesanteur, et arésistance... ??

si les notions de masse peuvent selon certainne condition disparaitre, ou bien exister par l'existance d'autre objet, c'est bien que l'on a faire à une apparence, et non une propriété... une identité.

j'avoue, je n'y comprend plus rien ... il est ou le smilblick??

[invite8ef93ceb]

LE PRINCIPE DE MACH:

Un article qui remet les idées en places sur le sujet, regroupe les différentes formulations du principe de Mach (plus d'une dizaine) :

The Lense–Thirring Effect and Mach’s Principle

Simon

[invite8ef93ceb]

LE PRINCIPE DE MACH:

Je reviens encore sur le sujet, je pense que c'est très important. Lorsque j'en aurai fini avec ce principe, je compte bien m'attaquer aux autres sources possible de la masse inertielle.

Voici quelques citations (s'il y a une demande, je les traduirai en français plus tard )

it has no meaning to speak of the acceleration or kinetic energy of an independant mass point.
(réf. 1, p.134)

... the entire inertia of a point mass is the effect of the presence of all other masses, deriving from a kind of interaction with the later.
(réf. 1, p.11)

It is clear that the concept of acceleration of a material point can no more be given an absolute significance than can that of velocity. Acceleration can only be defined as relative acceleration of a point relative to other bodies. This circumstance indicates that it is meaningless to ascribe to a body a resistance relative to acceleration as such (inertial resistance of bodies in the senses of classical mechanics); much rather, it must be required that the appearance of an inertial resistance be tied to the relative acceleration of the considered body relative to other bodies. It must be required that the inertial resistance of a body can be increased by bringing unaccelerated ponderable masses into the neighborhood of the body.
(réf. 1, p.181)

All our space-time verifications invariably amount to a determination of space-time coincidences. If, for example, nothing happened in the world but the motion of material points,then ultimately nothing would be observable but the meetings of two or more of these points. Moreover, the results of our measurings are nothing but verifications of such meetings of the material points of our measuring instruments with other material points, coincidences between the hands of a clock and points on the clock dial, and observed point-events happening at the same place at the same time.
The introduction of a system of reference serves no other purpose than to facilitate the description of the totality of such coincidences.

In a consistent theory of relativity there can be no inertia relatively to "space", but only an inertia masses relatively to one another. If, therefore, I remove a masse to a sufficient distance from all other masses in the universe, its inertia must fall to zero.
(réf. 1, p.185).

According to the fundamental idea of the general relativity, the inertia of a single body should vanish if it is at sufficient distance from all other masses. For inertia can only be a relational concept, wich can be applied only to two or more bodies.
(réf. 1, p.39)

Toutes ces affirmations sont des formulations équivalentes du principe de Mach. Il semble que tout le monde souhaite qu'une bonne théorie satisfasse ce principe, mais en fait, ni la gravité Newtonnienne, ni la gravité Einsteinnienne ne satisfont au principe de Mach tel que formulé dans les passages que je cite [2].

Mach conjectures that in a truly rational theory inertia would have to depend upon the interaction of the masses, precisely as it was true for Newton's other forces, a conception which for a long time I considered as in principle the correct one. It presupposes implicitely, however, that the basic theory should be of the general type of Newton's mechanics: masses and their interaction as the original concepts. The attempt at such a solution does not fit into a consistent field theory, as will be immediately recognized.
(réf. 1, p.186)

Simon

[1] Barbour, Mach's principle: From Newton bucket to quantum gravity, Birkhäuser (1995).
[2] H. Bondi, J. Samuel, The Lense–Thirring Effect and Mach’s Principle, p.4, http://arxiv.org/PS_cache/gr-qc/pdf/9607/9607009.pdf

[invite0e4ceef6]

perso, suites à ces deux liens, je réitère mon étonnement... une propriété, une identité intrinsèque ne peux disparaitre selon certainne condition sans n'etre tenue que pour une réponse variable d'une propriété elle, intrinsèque, qui en réagissant avec le millieu, donneras une "couleur" particulière a cette chose... cette fameuse réponse variable...

ainsi la couleur n'est pas une propriété intrinsèque d'un objet, mais est du a certainne propritété structurelle de l'objet a sa surface.. de même que l'ombre porté d'un objet n'est pas, non, plus une propriété d'un objet en-soi, car elle n'existe que si cet objet est eclairé...

bref les concepts de masses(inertiel, et grave) semble etre des conséquences et non des causes???

mais de quoi?? Muhahahahahahahahaha(rire sardonique et diabolique)

[curieuxdenature]

Pauli ne parle pas d'absurdité. Du moins, il ne mentionne pas que ce qu'il dit est absurde. Et il ne se sert pas de la RG, en fait la citation que j'ai donné se retrouve dans les postulats de départ de la RG. Pauli exige que la théorie qui s'en vient satisfasse le postulat que j'ai cité, ce qu'Einstein a appelé le principe de Mach. Et il ne dit pas qu'un groupe de particules possède de l'inertie alors qu'une particule toute seule n'en possède pas. Il dit qu'un objet a de l'inertie seulement s'il y a d'autres objets, par rapport à quoi le premier peut avoir une accélération.
Je reviendrai sur cette expérience. Il semble que Dicke réfute ses conclusions. Dans le sens qu'elle ne trancherais pas entre principe de Mach et principe d'équivalence mais serais plutôt en faveur des deux.[1]


Simon

[1] R. H. Dicke, Experimental test of Mach's principle, Phys. Rev. Letters, 7, 359 (1961).

Bonjour Simon,

Je pense que l'état actuel des connaissances ne permet pas de trancher en faveur du principe de Mach ou du modèle standard.
Seulement voilà, puisque seule une expérience peut faire pencher la balance, au vu du nombre de celles faites dans les accélérateurs, il faut bien admettre que ce n'est pas pour rien si je suis plus "amoureux" du modèle standard que d'une autre éventualité.

Discuter des apparences est assez "casse-gueule" si je peux me permettre ce terme, car si cela a fonctionné avec les idées qui ont menées à la RG, ce n'est pas forcément une méthode universelle pour découvrir le fondamental.

Bien sûr que Dirac n'a pas dit "absurde" mais "insensé" et en cela il a été plus méchant que moi, l'insensé s'applique à la folie, l'absurde s'applique à pencher vers un choix opposé qui se montre contradictoire.
Mais à priori, ici on n'a rien de tel, l'interprétation de Mach a peut-être influencé Einstein pour penser au principe d'équivalence, mais la notion de Champ mène aux mêmes conclusions, ce qui n'est pas une contradiction mais une dualité. Un Champ est présent, même en l'absence d'un témoin. Dire que c'est le témoin qui le révèle me semble insensé.

Et il (Pauli) ne dit pas qu'un groupe de particules possède de l'inertie alors qu'une particule toute seule n'en possède pas. Il dit qu'un objet a de l'inertie seulement s'il y a d'autres objets, par rapport à quoi le premier peut avoir une accélération.

Je n'arrive pas à concevoir qu'on puisse séparer les 2 cas.
Pour moi, il ne fait aucun doute que même si je ferme les yeux ou que je change de pièce à l'intérieur de chez moi, mon lit sera toujours à la même place.
Si je suis bien le raisonnement, je pourrais pourtant en douter et poser cela comme un paramètre dont il faut tenir compte dans ma vie journalière.
Pour le terme, là oui, je dirais que c'est insensé !

Bref, il y a des cheminements de pensées qui me dépassent.
Ne faudrait-il pas changer de système de référence pour mettre tout le monde d'accord ?
Si le monde se montre double, cela veut peut-être bien dire qu'il EST double. Ensuite, cela admis et confirmé, s'il s'avèrre que les expériences montrent une 3eme facette, on avisera ...
Est-ce que je dis une bêtise ?

PS: le lien necessite un mot de passe. Y a t-il un autre accès public ?

[invite8ef93ceb]

Je pense que l'état actuel des connaissances ne permet pas de trancher en faveur du principe de Mach ou du modèle standard.

Désolé si j'ai donné cette impression, mais je ne demande pas de trancher entre Mach et le modèle standard. De 1, Einstein souhaiterais avoir une théorie qui respecte le principe de Mach, il l'admet dans de nombreuses citations. De 2, sa théorie de la relativité générale ne satisfait pas le principe de Mach, ce serait "le but à atteindre". De 3, le modèle standard est justement la théorie qui me semble le plus près d'un respect du principe de Mach. Si on s'en tenait qu'au modèle standard, ma question ne tiendrait pas. Parce que les particules ont toutes une masse nulle dans le modèle standard. Elles acquièrent leur masse uniquement par leur couplage avec le champ de Higgs. Si on isole (mathématiquement) une particule dans le modèle standard, on soustrait toute les particules, tous les champs, et il reste la particule toute seule sans inertie (sans masse au repos). Merveilleux et surtout très logique.

Ce que je demande, c'est à quoi correspond le m, dans l'équation de Dirac, ou dans l'équation de Newton, ou dans n'importe quelle équation de la relativité restreinte ou générale, pour une particule (mathématiquement) toute seule dans le vide. Si à une particule, on associe le 4-vecteur énergie-impulsion, pourquoi même pour les particules isolées (mathématiquement) on retrouve une certaine forme d'inertie, une masse au repos? Si, comme le disent Einstein, Pauli, Laue, Mach... il est insensé de parler d'inertie d'un objet complètement isolé, alors pourquoi au début de chaque livre de Mécanique (classique, relativiste, quantique relativiste) on présente l'équation pour UNE particule, et qu'ensuite on généralise à N particules, sans jamais avertir le lecteur qu'il n'y a pas de sens à parler de l'inertie d'UNE particule isolée???

Moi ça me dépasse... Je me dis que c'est moi qui oublie quelque chose, ou qui comprend mal quelque chose... J'espère trouver le problème en discutant de ce que je ne comprends pas ici.

Mais à priori, ici on n'a rien de tel, l'interprétation de Mach a peut-être influencé Einstein pour penser au principe d'équivalence, mais la notion de Champ mène aux mêmes conclusions, ce qui n'est pas une contradiction mais une dualité. Un Champ est présent, même en l'absence d'un témoin. Dire que c'est le témoin qui le révèle me semble insensé.

La notion de champ est contradictoire au principe de Mach. Voir la dernière citation d'Einstein, post #12.

PS: le lien necessite un mot de passe. Y a t-il un autre accès public?

Envoie moi un MP, je te l'enverrai par couriel.



Simon