Photon et temps

[invite637d6e39]

Bonjour, je voulais vous poser une question de physique qui me turlupine. Soit un observateur qui voit arriver un photon depuis une certaine source. Du point de vue de l'observateur, le photon met un certain temps t à parcourir la distance entre la source et lui-même. Maintenant, si on se place du point de vue du photon, la relativité restreinte nous dit que le temps propre t' mis par le photon pour parcourir le chemin est rigoureusement nul, puisque le photon voyage à la vitesse c, car du point de vue du photon, il n'y a pas d'écoulement du temps, si j'ai bien compris. Mais alors, comment comprendre les choses du point de vue du photon : cela signifie qu'il arrive à destination instantanément ? Mais alors on peut généraliser ce fait à n'importe quelle distance dans l'univers. Comment comprendre ? le photon est-il donc partout à la fois, puisqu'il parcourt instantanément n'importe quelle distance, ou plutôt l'intervalle de temps entre son départ et son arrivé est toujours nul ? J'avoue qu'il y a un truc que je ne pige pas. Vous pouvez m'aider à comprendre ? Merci !
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[invite8ef897e4]

Bonjour,

le photon est-il donc partout à la fois, puisqu'il parcourt instantanément n'importe quelle distance, ou plutôt l'intervalle de temps entre son départ et son arrivé est toujours nul ?

Oui. Vous allez arriver a toutes sortes de contradictions si vous insistez sur le caractere physique d'un referentiel attache au photon.

Vous pouvez m'aider à comprendre ?

Je ne sais pas si cela va vous aider, mais personne n'a jamais chevauche un photon. Il n'y a pas de referentiel attache a un photon. Un observateur ne se deplace jamais a la vitesse de la lumiere. Si vous utilisez une premisse qui n'est pas physique, vous ne pouvez pas vous attendre a obtenir des conclusions physiques.

[invite637d6e39]

Merci pour la réponse. Je comprends bien qu'aucun observateur ne peut être attaché au photon. Néanmoins, on peut très bien imaginer que ce soit le cas dans une expérience de pensée, comme les pratiquaient Einstein lui-même. Et dans ce cas on aboutit bien à la description que je donnais, à savoir celle d'un photon qui "voit" l'univers se rétracter jusqu'à lui, annulant toutes les distances. Ma question serait donc : quant est-il du statut de l'expérience de pensée, Gedankenexperiment ? Est-ce qu'elle dit quelque chose, de la réalité, d'une manière asymptotique, ou, dans le cas du photon qui m'intéresse, est-ce qu'elle ouvre plus une brèche vers la métaphysique que vers la physique ? Merci !

[Deedee81]

Salut,

Je comprends bien qu'aucun observateur ne peut être attaché au photon. Néanmoins, on peut très bien imaginer que ce soit le cas dans une expérience de pensée, comme les pratiquaient Einstein lui-même.

Oulàlà, attention.

D'une part, une expérience de pensée ("gedanken experiment") est une mise en image de la théorie. Cela ne doit pas nécessairement correspondre à une expérience physiquement réalisable. Mais ça doit au moins respecter la théorie !!!! Si tu violes la théorie dès le départ, tu peux être sûr d'arriver à des conclusions incohérentes.

D'autre part, Einstein respectait bien cela. Et ses interrogations du genre la célèbre idée "que se passerait-il si je chevauchait un rayon lumineux" sont plus des réflexions philosophiques (et médiatiques ) que des réflexions physiques. Ce n'est pas une expérience de pensée mais juste le genre de curiosités qui l'ont poussé à découvrir la relativité.

Par contre, tu peux très bien imaginer un rayon lumineux allant moins vite que 'c'. Par exemple dans l'eau. Dans ce cas, un objet massif, un observateur, peut parfaitemment accompagner le rayon lumineux et même aller plus vite que la lumière (ce qui peut donner lieu à l'effet Cerenkov si l'objet est chargé électriquement).

Et dans ce cas on aboutit bien à la description que je donnais, à savoir celle d'un photon qui "voit" l'univers se rétracter jusqu'à lui, annulant toutes les distances. Ma question serait donc : quant est-il du statut de l'expérience de pensée, Gedankenexperiment ? Est-ce qu'elle dit quelque chose, de la réalité, d'une manière asymptotique, ou, dans le cas du photon qui m'intéresse, est-ce qu'elle ouvre plus une brèche vers la métaphysique que vers la physique ? Merci !

Je ne comprend pas bien ton interrogation en fait.

Imaginons un physicien qui est dans son laboratoire. Il regarde l'heure à sa montre et voit qu'elle indique 13h. A ce moment là, il décide d'accompagner un photon se déplaçant à presque c. Il le fait sur une distance de un milliard de kilomètres.

Son collègue, qui le regarde faire, le voit voyager pendant une heure. Tandis que lui, a l'impression que son voyage a été instantané. Il a vu le paysage défiler sur un milliard de kilomètres en une fraction de seconde. Arrivé à destination, il regarde sa montre "ah, il est toujours 13h, je n'ai pas rêvé, ça été très vite". Puis, il regarde l'horloge du laboratoire : "saperlotte, 14h, je vais être en retard pour le déjeuner"

Rien d'extraordinaire là dedans (du moins si on a digéré la relativité ). Ce n'est que le "paradoxe" des jumeaux poussé à l'extrême.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite637d6e39]

Oui d'accord, je comprends bien qu'on ne puisse pas attribuer un observateur matériel au photon mais qu'on peut le faire à un photon voyageant dans un autre milieu que le vide, de l'eau par exemple, ou sa vitesse sera inférieure à c. Dans ce cas, je comprends très bien ton raisonnement mais alors ne peut-on le pousser à la limite, de manière asymptotique, dans le sens que je disais ? Si non, est-ce que cela veut dire que mon raisonnement est complètement hors du cadre de la théorie de la relativité ? Mais alors, j'avoue que je suis très surpris d'arriver si rapidement à une aporie de la théorie, aporie dont je n'entends jamais parler, contrairement aux singularités de type Big Bang ou trou noir par exemple. Le temps propre du photon, cela n'intéresse personne !?

[Deedee81]

Salut,

Oui d'accord, je comprends bien qu'on ne puisse pas attribuer un observateur matériel au photon mais qu'on peut le faire à un photon voyageant dans un autre milieu que le vide, de l'eau par exemple, ou sa vitesse sera inférieure à c. Dans ce cas, je comprends très bien ton raisonnement mais alors ne peut-on le pousser à la limite, de manière asymptotique, dans le sens que je disais ? Si non, est-ce que cela veut dire que mon raisonnement est complètement hors du cadre de la théorie de la relativité ?

Non, je t'assure qu'il n'y a pas de problème. Grosso modo ce que tu disais est correct et ton idée asymptotique est fort proche de l'exemple du voyage du scientifique que j'ai donné.

Je m'étais donc juste fixé sur ta phrase : "J'avoue qu'il y a un truc que je ne pige pas". Et j'ai essayé de donner quelques explications

Mais alors, j'avoue que je suis très surpris d'arriver si rapidement à une aporie de la théorie, aporie dont je n'entends jamais parler, contrairement aux singularités de type Big Bang ou trou noir par exemple. Le temps propre du photon, cela n'intéresse personne !?

Le big bang et les trous noirs sont sans doute plus médiatique

[obi76]

Bonjour,

le problème, c'est que lorsque la lumière "va moins vite" dans un milieu d'indice non unitaire, c'est à cause des multiples interactions entre la lumière et les atomes constituant le matériau. On peut voir ça comme un photon qui va à c, mais qui va perdre un peu de temps à chaque interaction avec un atome... Ca ne marche pas

[erik]

un photon voyageant dans un autre milieu que le vide, de l'eau par exemple, ou sa vitesse sera inférieure à c

Attention, les photons se déplacent toujours à la même vitesse ( c ), dans un milieu matériel la propagation de la lumière est ralentie du fait de la permanente absorption/émission des photons par les atomes du milieu mais entre une émission et une absorption le photon de déplace bien à c.

[EDIT] doublé par obi76

[invite637d6e39]

Bon ok, alors je reste sur ma faim ? Si j'ai bien compris je pose une bonne question mais il n'y a pas de réponse dans le cadre de la relativité ? Est-ce que vous pensez qu'il aura un jour une réponse purement physique, dans le cadre d'une autre théorie plus large (théorie des cordes, autre chose...). Disons, pour l'instant, que le temps propre du photon c'est de la métaphysique et pas de la physique. Je vais aller voir un théologien pour savoir ce qu'il en pense .

[obi76]

Nous avions déjà eu cette question dans un autre post.
Qui dit observateur = objet materiel. Si tu mets un objet matériel à la vitesse de la lumière, il aura une énergie infinie. Ce n'est pas que la théorie n'est pas aboutie, c'est que la nature est ainsi faite, on n'y peut rien

[invite499b16d5]

Salut,
moi aussi cette question me turlupine depuis longtemps, et je ne suis pas vraiment d'accord pour dire qu'elle sort du cadre de la Relativité.
Rappelons qu'une des idées directrices d'Einstein était d'établir l'équivalence de tous les systèmes de coordonnées, de montrer qu'il n'y avait pas de situation privilégiée dans l'univers.
Et par ailleurs, la Relativité nous parle d'objets physiques, qui même en étant de masse nulle, sont des objets dont on est bien obligé de parler. Est-ce vraiment stérile de se demander comment nous apparaîtrait le monde si on était, non pas sur le dos d'un photon, mais le photon lui-même? Je ne le crois pas. La théorie me semble-t-il devrait permettre qu'au moins en pensée, nous soyons un photon. Même si la description du monde que pourrait donner un photon n'est sûrement pas facile à formaliser.

[ordage]

Je ne sais pas si cela va vous aider, mais personne n'a jamais chevauche un photon.

Salut
C'est juste, mais pour la petite histoire Einstein racontait qu'il s'était posé la question (Il pensait que ce qu'il verrait serait un univers "gelé", en fait s'il n'y a pas de temps propre on ne voit rien du tout!) et que cela l'avait inspiré dans ses travaux.

Mais c'est une bonne question qui souligne le rôle "structurel" que joue la lumière en relativité. Si les mathématiques donnent une réponse claire et non équivoque comme tu l'as indiqué, il y a matière à un large débat sur les relations physiques entre espace temps et- lumière qui sont très spécifiques.
Cordialement

[invite499b16d5]

Nous avions déjà eu cette question dans un autre post.
Qui dit observateur = objet materiel.

Bien sûr, mais en MQ par exemple, on ne s'interdit pas de modéliser des choses qui sont inobservables, et ça fait avancer la compréhension et les connaissances.
En cosmologie aussi, on traite de l'univers comme un objet, alors que personne ne peut et ne pourra jamais l'observer de l'extérieur.
Pas plus qu'on ne pourra observer les supposées dimensions cachées, ou les nuages virtuels, qui ont pourtant des incidences dans le monde réel (=observable).
Il nous suffit de savoir qu'ils existent, c'est toujours une information qui change tout.

[obi76]

Cela revient à une étude asymptotique ? Auquel cas cela n'existera jamais, c'est "juste" une étude du comportement d'un modèle non ?

[Deedee81]

Bon ok, alors je reste sur ma faim ?

Mes explications dans le message 4 ne te conviennent pas ???

Est-ce que vous pensez qu'il aura un jour une réponse purement physique, dans le cadre d'une autre théorie plus large (théorie des cordes, autre chose...).

Peut-être mais pas dans les théories "candidates" actuelles (théorie des cordes, gravité quantique à boucles, géométries non commutatives). Elles respectent toutes la relativité et la mécanique quantique (même si c'est parfois dans un cadre conceptuel assez différent, surout les géométries non commutatives).

P.S. : le temps propre du photon est égal à 0. Cela ne veut pas dire métaphysique.

Bien sûr, mais en MQ par exemple, on ne s'interdit pas de modéliser des choses qui sont inobservables, et ça fait avancer la compréhension et les connaissances.

Arrrgghhh ! Attention. Il ne faut pas confondre "non observé" (pour diverses raisons, pratiques ou conceptuelles, je pense aux mondes multiples d'Everett) et "impossible à observer" (car en conflit avec la théorie). (Ca tombe bien que tu parles de MQ et de cosmo car ça permet de donner deux exemples forts différents ) On dit inobservable dans les deux cas, mais ce n'est pas la même chose !!!!

C'est de ce dernier cas dont il s'agit pour un bonhomme assis sur un photon. Or, même en mécanique quantique on ne fait pas ça. Par exemple, on ne peut observer de manière précise à la fois la position et l'impulsion d'un objet car cela entre en conflit avec les relations d'indétermination. Si tu essaies de décrire les systèmes en ajoutant ces positions et impulsions précises, "inobservables", tu arrives à des conflits (article d'Einstein, Podolsky, Rosen, théorème de Bell, espériences d'Aspect, théorème de Legett, de Malament, etc.... A noter que Bohm viole la RR)

La remarque est la même avec la cosmologie. Evidemment qu'on peut faire une description de l'univers global et même de multivers, même si on ne saurait, et pour cause, observer cela. Mais si tu construits une description en conflit avec ce qu'on connait, tu t'exposes à des problèmes. Par exemple, on n'observe pas un univers vide (je prend un exemple de "non observé" fort différent de celui que j'ai décrit pour la MQ, exprès, pour avoir deux exemples), mais cela ne t'empêche pas de modéliser un univers vide (espace-temps de DeSitter par exemple). Je te le donne en mile : ça ne colle pas avec notre univers.

[invite60be3959]

Bon ok, alors je reste sur ma faim ? Si j'ai bien compris je pose une bonne question mais il n'y a pas de réponse dans le cadre de la relativité ?

Bonjour,

ce n'est pas forcément une bonne question(si tant est qu'une question ne peut pas toujours être bonne) car quiconque connait la relativité restreinte sait qu'elle n'a pas de sens, et en particulier de sens physique qui apporterait quelque chose de plus à la théorie, une conception supplémentaire enrichissante.

C'est vrai qu'a priori, un temps propre nul peut surprendre et amener à ce poser des questions. Mais il faut regarder si cela est effectivement le cas lors de la construction de la théorie(peut-être aurais-tu extrapolé quelque chose qui ne peut pas l'être ?). Le temps propre est initialement un paramétrage d'une trajectoire d'espace-temps et est définie par :



Si alors . Quoi de plus normal que 2 évènements de l'espace-temps reliés par un rayon lumineux, possède un intervalle d'espace-temps nul ! Cela signifie simplement que la lumière se propage à c. Ni plus ni moins. D'autre part, la relation est issue de la définition de la quadri-vitesse d'une particule suivant une trajectoire du genre temps, c'est-à-dire pour une vitesse v<c. Les trajectoire du genre lumière (sur le bords du cône de lumière) n'appartiennent qu'aux particules de masse-nulles, et l'on ne définie pas de quadrivitesse pour celles-ci en RR ! Il ne faut donc pas faire dire à la RR ce qu'elle n'a pas dit.
En extrapolant ce qui se passe pour le temps propre d'une particule massive qui atteindrait la vitesse de la lumière(exactement) on arrive à la conclusion que, de notre point vue, pauvres êtres non-relativistes, son temps propre est rammassé en une singularité temporelle inconcevable, or justement, nous avons raison de considérer cela inconcevable, car pour qu'une particule massive atteingne la vitesse de la lumière il faut lui fournir une énergie infinie, ce qui à l'évidence, est impossible.
Ta question est assez banale, et beaucoup d'entre nous se la sont posés, mais en y regardant plus précisément, on constate qu'elle n'a aucune pertinence puisqu'elle ne tient pas compte de la construction effective de la théorie.

[invite637d6e39]

Merci pour cette réponse à ma question. C'est gentil de faire partager sa science même si apparemment cela te plait beaucoup de dire que les questions des autres "ne sont pas bonnes", sont "banales", "sans pertinence" Excuse moi de commencer là où Einstein a commencé aussi (que se passerait-il si je chevauchais un rayon lumineux ?). Pauvre Einstein, s'il t'avait connu, il aurait sans doute pas perdu autant de temps à réfléchir à ça...

[obi76]

Banale ne veut pas dire inintéressante

[invite60be3959]

Banale ne veut pas dire inintéressante

Exactement, car c'est en se posant se genre de question que l'on aiguise sa compréhension d'un sujet pas spécialement évident.

[invite60be3959]

Merci pour cette réponse à ma question. C'est gentil de faire partager sa science même si apparemment cela te plait beaucoup de dire que les questions des autres "ne sont pas bonnes", sont "banales", "sans pertinence" Excuse moi de commencer là où Einstein a commencé aussi (que se passerait-il si je chevauchais un rayon lumineux ?). Pauvre Einstein, s'il t'avait connu, il aurait sans doute pas perdu autant de temps à réfléchir à ça...

Dommage que tu le prennes comme ça ! Surtout, que j'ai dit de façon implicite que je m'étais aussi posé cette question. Mais de là à penser que cette question a une portée qui dépasse le cadre de la RR et ferait appel aux théories d'unification les plus avancées, il y a un monde tout de même ! L'humilité est de mise pour mesurer toutes les subtilités des théories qui modélisent la nature des choses.

[noureddine2]

moi , je ne comprend pas que l'effet dopler dans la lumiere ressemble à celui du son ,
on dit que si une etoile s'eloigne son spectre se deplace vers le rouge , et si elle s'approche il se deplace vers le bleu .
la vitesse du son est variable s'il s'eloigne le son devient grave et s'il s'aproche le son devient aigu ,
alors que pour la lumiere la vitesse est constante , que l'etoile s'approche ou s'eloigne il ne doit y avoir d'effet dopler ,on utilise aussi le radar dopler , http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Doppler-Fizeau
quel est votre avis ? merci .

[doul11]

bonjour,

Ce n'est pas la vitesse qui change, c'est la fréquence.

[noureddine2]

bonjour,

Ce n'est pas la vitesse qui change, c'est la fréquence.

merci f=1/t
t varie donc f varie , merci