pourquoi la lumière a t-elle une masse nulle ?

[invitea4ccb16e]

Bonjour,

on dit toujours que la lumière a une masse nulle et que ceci engendre plein de choses. Je croyais au départ que c'était du au fait que, selon la relativité, il faut une énergie infinie pour atteindre la vitesse de la lumière si on a une masse, donc la lumière n'a pas de masse, mais je lis "la relativité" d'einstein, et... Je ne retrouve plus les références exactes, mais einstein semble dire qu'on sait depuis le début du 19ème siècle ou quelque chose comme ça (donc avant de connaitre la relativité) que la lumière a une masse nulle... Enfin du moins, c'est ce que j'ai compris de ses propos.

Donc ce qui fait qu'on a découvert la masse nulle d'un photon n'est apparement pas la relativité, bref au final, c'est quoi S.V.P ?
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[invitea4ccb16e]

PS : j'ai trouvé ma référence disant qu'on savait avant einstein que la lumière avait une masse nulle :

"Or, il arriva dans le premier quart du XIXe siècle que les phénomènes d'interférence et de mouvement de la lumière s'expliquaient avec une étonnante précision, si l'on concevait la lumière comme un champ ondulatoire, qui est tout à fait analogue au champs vibratoire mécanique dans un corps solide élastique. On était ainsi forcé d'introduire un champ qui pouvait aussi exister en l'absence de la matière pondérale dans l'espace vide."

[coussin]

C'est une constatation expérimentale.
La relativité générale définit une vitesse limite, la vitesse à laquelle se déplacerait un objet ayant une masse nulle. Il se trouve qu'expérimentalement on mesure que la lumière se déplace à cette vitesse. CQFD

[Deedee81]

Salut,

La relativité générale définit une vitesse limite, la vitesse à laquelle se déplacerait un objet ayant une masse nulle.

La relativité restreinte.

(même si c'est localement vrai aussi en relativité générale à cause du principe d'équivalence)

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea4ccb16e]

Oké merci, mais justement ! La relativité restreinte date de 1905, et donc vous dites que c'est d'après la relativité que la lumière aurait une masse nulle... Mais dans la phrase d'einstein que j'ai cité il sout entend justement qu'on savait déjà au début du 19e siècle (donc bien avant la relativité) que la lumière avait une masse nulle, c'est ça que je comprend pas, c'est qu'à l'époque, on pouvait pas avoir dit que la lumière avait une masse nulle en se basant sur une théorie que n'existait pas encore...

Enfin bon bref je comprend pas trop

[invitea4ccb16e]

PS : si on déduit l'absence de masse de la lumière par la relativité c'est ça que je comprend pas à ce moment : c'est que la relativité tire ses preuves du fait que les rayons lumineux soient courbés par la gravité alors qu'ils n'ont pas de masse (si ils en avaient une on pourrait expliquer leur courbures par leur attraction gravitationelle vers l'astre qu'ils frolent non ?), or, ils n'ont pas de masse d'après la relativité. Donc au fond la relativité tire ses preuves de... La relativité ??? ...

[invitef0cce653]

Bonjour Zar2,

Dans votre message #2 l’auteur parle, je crois, de la création du concept d’éther (le champ) support des vibrations de la lumières.
Les phénomènes d’interférences dont il parle doit être les fentes de Young qui a montré qu’on pouvait voir la lumière comme une onde.
Et comme la lumière passe à travers l’espace vide(ou il n’y a pas de matière pondérable), ils supposaient que l’éther existait en tout point de l’espace.
Il ne parle pas de la masse des photons, concept qui n’existait effectivement pas à cette époque, mais des conditions d’existence de l’éther.
Pour ce qui est de la masse du photon, je ne crois pas qu’il ait d’expériences prouvant qu’elle soit nulle ou non je crois même qu’a un moment des scientifique lui en ont trouvé une.

[invite5a685214]

Il ne faut pas tout mélanger.

Pour la relativité restreinte et la masse nulle de la lumière:
En fait, on se doutait dès le XIXème siècle que la lumière avait une masse nulle car on avait mis expérimentalement en évidence le caractère ondulatoire de la lumière (interférences, diffraction...). Dès lors, on considérait la lumière comme une onde. Est-ce que tu attribuerais une masse à des ondes à la surface de l'eau (par exemple)? Non, eh bien c'était pareil avec la lumière. Les problèmes ont commencé quand on a tenté de savoir quel était le milieu de propagation des ondes lumineuses. On en a cherché un, l'ether, mais on ne l'a pas trouvé, et même on a trouvé expérimentalement qu'il n'existait pas: les ondes lumineuses se propagent dans le vide. Là intervient Einstein, qui considère qu'on peut aussi décrire la lumière comme un flot de particules de masses nulles, les photons. Il met également sur pied la relativité restreinte et démontre l'équivalence entre masse nulle et propagation à la vitesse de la lumière.

Maintenant, pour la relativité générale et sa preuve par la déviation gravitationnelle des rayons lumineux:
les rayons lumineux sont bien déviés par la gravitation de l'astre qu'ils frôlent. Mais il faut bien voir qu'en relativité générale, ce qui détermine l'interaction gravitationnelle n'est pas la masse mais l'énergie (plus précisément, l'impulsion-énergie). Il se trouve que la masse, c'est de l'énergie (E=mc²). Mais si les photons n'ont pas de masse, ils ont quand même de l'énergie, c'est pouquoi ils sont déviés par la gravitation.

[invite84eba484]

Il ne faut pas tout mélanger.
Maintenant, pour la relativité générale et sa preuve par la déviation gravitationnelle des rayons lumineux:
les rayons lumineux sont bien déviés par la gravitation de l'astre qu'ils frôlent. Mais il faut bien voir qu'en relativité générale, ce qui détermine l'interaction gravitationnelle n'est pas la masse mais l'énergie (plus précisément, l'impulsion-énergie). Il se trouve que la masse, c'est de l'énergie (E=mc²). Mais si les photons n'ont pas de masse, ils ont quand même de l'énergie, c'est pouquoi ils sont déviés par la gravitation.

Bonsoir, la lumiére se propage en ligne droite dans un espace-temps courbe, c'est ce qu'on appelle les géodésiques.

Or la relativité générale décrit la forme de cette espace courbe en fonction de la présence de masse. Ainsi, une masse (le soleil par exemple) vas courbé l'espace-temps, et donc, comme la lumiére se propage en "ligne droite" ou plutot elle suit le plus court chemin (principe de moindre action), un observateur vas voir le trajet lumineux dévié par le soleil.

Maintenant ma question, vous dites que le photon posséde une energie et c'est cela qui explique qu'il est dévié, or moi je dit qu'il ne fait que subir la deformation créer par l'astre proche (le soleil). Qui a raison/tord ?

Je sais que le champs electromagnétique déforme l'espace-temps mais ça doit etre négligeable par rapport aux superbe lentille gravitationnelle qu'on peut voir en image non ?

[stefjm]

[...]Dès lors, on considérait la lumière comme une onde. Est-ce que tu attribuerais une masse à des ondes à la surface de l'eau (par exemple)? Non, eh bien c'était pareil avec la lumière.

Et si je répond que oui; qu'on peut attribuer une masse à une onde, parce qu'une onde transporte de l'énergie et qu'il y a équivalence masse-énergie?

[doul11]

bonsoir,

on ne peut pas parler de la masse de la lumière, par contre on peut parler de la masse du photon qui est le modèle de la physique quantique pour la lumière.

pour la masse du photon on constate expérimentalement qu'il est impossible de trouver un référentiel ou le photon est au repos, on peut en déduire que ça masse (au repos) est nulle et que toute son énergie est contenue dans sa quantité de mouvement.

Mais si les photons n'ont pas de masse, ils ont quand même de l'énergie, c'est pouquoi ils sont déviés par la gravitation.

ça voudrais dire que la déviation est en fonction de l'énergie ? le lentilles gravitationnelles agirai comme un prisme ? non, le photon ce déplace en "ligne droite" comme le dit Cjordan il suit une géodésique, dans un espace-temps qui lui est courbé.

[stefjm]

ça voudrais dire que la déviation est en fonction de l'énergie ? le lentilles gravitationnelles agirai comme un prisme ? non, le photon ce déplace en "ligne droite" comme le dit Cjordan il suit une géodésique, dans un espace-temps qui lui est courbé.

En ligne droite lorsqu'il a le champ libre, parce que si on l'oblige à passer par un petit trou de dimension inférieure à la longueur d'onde, le photon va diffracter dans toutes les directions...

[doul11]

En ligne droite lorsqu'il a le champ libre,

oui, bien sur, tu as raison de le préciser.

[invite5a685214]

Merci pour la précision sur les géodésiques. Je pense que j'ai confondu avec le fait que la lumière elle-même courbe l'espace-temps.
Toutefois:

Or la relativité générale décrit la forme de cette espace courbe en fonction de la présence de masse. Ainsi, une masse (le soleil par exemple) vas courbé l'espace-temps, et donc, comme la lumiére se propage en "ligne droite" ou plutot elle suit le plus court chemin (principe de moindre action), un observateur vas voir le trajet lumineux dévié par le soleil.

Pourtant, n'est-ce pas le tenseur d'énergie-impulsion qui apparait dans les équations d'Einstein?

Stefjm: Au XIXème siècle, l'équivalence masse-énergie n'était pas connu!

[invite84eba484]

Merci pour la précision sur les géodésiques. Je pense que j'ai confondu avec le fait que la lumière elle-même courbe l'espace-temps.
Toutefois:

Pourtant, n'est-ce pas le tenseur d'énergie-impulsion qui apparait dans les équations d'Einstein?

Stefjm: Au XIXème siècle, l'équivalence masse-énergie n'était pas connu!

Si bien sur, et c'est pour cela que l'on peut montrer que le champs electromagnétique courbe l'espace-temps, mais dans le cas des lentille gravitationnelle, ce sont des déviations importantes qui sont du aux astre massifs proche.

[invite3d9f8ee1]

pour la masse du photon on constate expérimentalement qu'il est impossible de trouver un référentiel ou le photon est au repos, on peut en déduire que ça masse (au repos) est nulle et que toute son énergie est contenue dans sa quantité de mouvement.

La quantité de mouvement n'est elle pas définie par le produit de la masse et de la vitesse soit pour un photon =mc.
Soit je ne comprends rien soit on tourne en rond

[invite3d9f8ee1]

La quantité de mouvement n'est elle pas définie par le produit de la masse et de la vitesse soit pour un photon =mc.
Soit je ne comprends rien soit on tourne en rond

tiré de Wikipedia:
Cas d'une particule de masse nulle
Le cas d'une particule de masse nulle découle des formules précédentes, et notamment de :
L'équation d'Einstein est
E²-p²/c²=m²c^4

si une particule a une masse nulle son énergie est E = pc et par conséquent v = c.
(p n'est pas mv mais un quadrivecteur multiplié par v)

[inviteb94c567e]

il y a une autre choses importante a savoir sur la lumiere et sa masse nul.

la lumière dérive des forces électromagnétique, qui ont comme un potentiel de type vecteur, ce qui correspond a une particule de spin 1.

si spin 1 alors trois valeur de la projection du spin possibles : -1, 0, +1

saut dans un cas particulier, si la particule est de masse nul, la partie de projection de spin a 0 est nul.
il ne reste que la composante -1 et +1 dans le cas de la lumiere.

[Amanuensis]

t
E²-p²/c²=m²c^4

Plutôt : E²-p²c²=m²c^4

(p n'est pas mv mais un quadrivecteur multiplié par v)

Pas clair. Pour un photon, sa quantité de mouvement est hbar fois son vecteur d'onde.

[invite69d38f86]

Bonjour

Je crois que la vraie question est, pourquoi d'autres choses que la lumière ont elle une masse?
la lumière est aussi inodore.

[invitea4ccb16e]

Oké, merci pour vos nombreuses réponses ! (désolé j'ai pas pu voir avant)