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la masse du photon...toujours pas compris !



  1. #1
    Seirios

    la masse du photon...toujours pas compris !

    Salut à tous,
    Malgré les nombreux sujets qui ont été posté à ce sujet, je ne comprends toujours pas pourquoi le photon n'a pas de masse. L'énergie à bien une masse, non ? Et le photon a de l'énergie (énergie cinétique...) c'est évident, donc il devrait avoir une masse.
    Je sais bien que j'ai tort, mais j'aimerai bien avoir une explication.
    Merci d'avance
    Phys2

    -----


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  3. #2
    Jackyzgood

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Bonjour

    Alors tu as bien raison il y a une equivalence energie-matiere, mais la ou ca coince avec le photon c'est au niveau des equations de Lorentz

    m=m0/(sqrt(1-v²/c²))

    Donc pour le photon v²/c² =1 et on a donc m=m0 x infini

    Donc même si le photon avait une masse (au repos) aussi petite soit elle, en mouvement elle deviendrait infini. Le seul ca possible est donc une masse (au repos) nulle.

    Je sais c'est une explication un peu paradoxale parce que le photon est toujours en mouvement.
    Dernière modification par Jackyzgood ; 13/10/2005 à 16h57.

  4. #3
    Witten

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Les ondes éléctromagnétiques possédent de l'energie proportionnelles à leur fréquence. Si tu veux ce qui possèdent de l'energie c'est l'onde, mais le photon n'a pas de masse (il n'a donc pas d'energie cinétique) et se déplace toujours à la vitesse c. La différence d'energie entre deux photons dépend de leur fréquence.

    L'enrgie que possède l'onde EM n'est pas sous forme de masse.

  5. #4
    manu_mars

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Bjour
    QUe dire des experiences qui reussissent a ralentir la lumiere (les photons) a 1,5 KM/H ???
    Le photon gagne-t-il en masse ce qu'il perd en celerité a ce moment la??

    Manu
    lui: "le vide, ca creuse"
    elle: "A table!"

  6. #5
    Jackyzgood

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Bien sur que si le photon possede une energie cinétique !! Ce n'est pas parce qu'il n'as pas de masse qu'il ne véhicule pas d'energie !!

    Il faudrait revoir toute la mécanique s'il n'avait pas d'energie cinétique !
    Car un electron peut modifier sa trajectoire et son energie cinétique sous l'influence d'un photon !!!

    Les experiences qui consiste a "ralentir" la lumiere, doivent etre pris avec des pincettes. En fait plus la densité optique du milieu sera élevé plus un faisceau de lumiere le traversera lentement mais la quantité de chemin parcourus sera beaucoup plus grande que la longueur géométrique de l'objet elle sera de la longueur de l'echantillon x l'indice du milieu.
    Dernière modification par Jackyzgood ; 13/10/2005 à 17h07.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    invité576543
    Invité

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par Phys2
    Salut à tous,
    Malgré les nombreux sujets qui ont été posté à ce sujet, je ne comprends toujours pas pourquoi le photon n'a pas de masse. L'énergie à bien une masse, non ? Et le photon a de l'énergie (énergie cinétique...) c'est évident, donc il devrait avoir une masse.
    Je sais bien que j'ai tort, mais j'aimerai bien avoir une explication.
    Merci d'avance
    Phys2
    Bonsoir,

    C'est un problème de terminologie. Le seul modèle correct pour comprendre est la relativité.

    A toute "particule" est associé en relativité un "quadrivecteur" qui groupe énergie et quantité de mouvement. L'énergie est un réel, la quantité de mouvement un vecteur de l'espace. On note (E, p) par exemple. La relativité dit que E²/c²-p² est une constante pour la particule, et on appelle masse la racine de cette valeur, soit m² = E²/c²-p², par définition. Selon cette définition, la masse du photon (qui a bien une énergie et une quantité de mouvement) est de 0, ou encore un photon est tel que E²/c²-p² = 0.

    Pour les petites vitesses, on montre en partant de cette définition qu'à peu de choses près, E = mc²+1/2mv² et p=mv. Mais dans le cadre de la relativité, ce qui est premier, c'est E et p, la masse s'en déduit. la théorie classique avait mis les choses à l'envers, d'où les difficultés de compréhension.

    L'autre problème de terminologie est l'utilisation du mot "masse" dans le cadre de la gravité. La relativité générale dit que c'est l'énergie qui crée et réagit à la gravité, pas la masse. Ou du moins pas la masse en tant que telle, mais la masse est une autre manière de parler de l'énergie, comme le montre sa définition.

    En bref, pour comprendre, il faut un peu abandonner la manière de penser "usuelle" et regarder les définitions proposées par les théories de la relativité...

    Cordialement,
    Dernière modification par invité576543 ; 13/10/2005 à 17h18.

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  10. #7
    Gwyddon

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    On peut aussi se souvenir que la masse n'est qu'une forme d'énergie, mais qu'il existe aussi d'autres formes d'énergies, et typiquement le photon ne possède que de l'énergie cinétique ; rien d'anormal donc que sa masse soit nulle.

    Comme le dit Jackyzgood, le ralentissement de la lumière dans les milieux est un ralentissement statistique : un photon va toujours à c, mais un faisceau lumineux est constitué de tout un tas de photons qui sont sans cesse absorbés/réémis (sans compter les réflexions) par la matière, or ce processus possède un certain temps caractéristique tau qui dépend du milieu, et qui explique le ralentissement obtenu de la vitesse du faisceau.

    Sinon je rebondis sur ce qu'a dit Jackyzgood à propos de masse au repos : éviter autant que possible cette terminologie dangereuse. Par exemple, parler de masse au repos nulle pour un photon n'a pas de sens, un photon n'étant jamais au repos... Il y a la masse (nulle pour un photon), c'est tout, elle est un invariant relativiste, et plus aucune confusion n'apparaît
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  11. #8
    manu_mars

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Ah ok...
    Donc, si je comprend comme il faut, la lumiere qui ralentit est en fait constituée de photons qui vont toujours tres vite mais jamais les memes au cours du "ralentissement", puisqu'ils sont sans cesse réémis, la matiere servant de relais d'emission.
    C'est ca?
    lui: "le vide, ca creuse"
    elle: "A table!"

  12. #9
    Gwyddon

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    C'est un peu ça l'idée effectivement (corrections si jamais je me trompe, n'hésitez pas !)

    PS : désolé de répondre si tard...
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  13. #10
    Floris

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Exactement.
    Seul les imbéciles sont bourrés de certitudes !

  14. #11
    Seirios

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Donc si j'ai bien compris, l'énergie n'est pas une forme de masse mais c'est la masse qui est une forme d'énergie. Mais combien d'énergie existe-t-il alors ? La masse, l'énergie cinétique, et après ?

  15. #12
    Floris

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Attention, la masse est équivalente à de l'énergie. Par contre, il ne faut pas confondre, masse et énergie cinétique. En effet, il y a plusieurs propriètè d'énergies, comme l'énergie cinétique, le travail d'une force.
    Par contre, il y à plusieurs origines à l'énergie, la masse, l'impulsion d'un photon, une réaction chimique, une pierre qui tombe et j'en passe...
    Salutations
    flo
    Seul les imbéciles sont bourrés de certitudes !

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  17. #13
    invité576543
    Invité

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par Phys2
    Donc si j'ai bien compris, l'énergie n'est pas une forme de masse mais c'est la masse qui est une forme d'énergie. Mais combien d'énergie existe-t-il alors ? La masse, l'énergie cinétique, et après ?
    Bonjour,

    L'énergie est partout en physique, mais n'est pas un sujet facile!

    La masse est manifestion de l'énergie, mais n'est pas l'énergie.

    Toute particule qui dure suffisamment longtemps a une énergie (au sens 1) non nulle et une quantité de mouvement. Elle peut avoir une masse non nulle (ex: électron) ou nulle (ex: photon).

    Quand on parle de l'énergie d'une particule, cela peut couvrir des tas de choses différentes:

    1- cela peut être son énergie cinétique au sens relativiste, mc²+1/2mv²+... pour une particule massique, ou E = h pour une particule sans masse. (On palrle parfois d'énergie de masse pour mc², mais ça n'aide pas beaucoup à mon avis.)

    2- cela peut être son énergie cinétique classique 1/2mv², uniquement pour une particule massique

    3- cela peut inclure en plus son énergie potentielle de gravitation (particule massique)

    4- cela peut inclure son énergie potentielle électromagnétique qV, q étant la charge et V le potentiel électrique, pour les particules chargées électriquement

    5- d'autres sortes d'énergie existent en relation avec les interactions atomiques, mais sont d'usage spécialisé

    En classique, on trouve aussi l'énergie thermique = l'énergie cinétique classique d'agitation des particules (mouvements et vibrations). Le travail est un échange d'énergie entre deux systèmes. De même la chaleur est un échange d'énergie.

    Cordialement,

  18. #14
    Seirios

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Mais j'y pense,
    j'ai lu un article sur la relativité restreinte, et pendant quelques pages, ils disaient qu'il était impossible de dépasser la vitesse de la lumière parce que d'après la formule E=mc² il faudrait une énergie infinie pour réussir à l'égaler. Donc que plus l'objet allait vite, plus il avait une masse élevé et plus il fallait d'énergie pour l'accélérer, puis la masse augmente encore...
    Donc je ne comprends toujours pas pourquoi la masse du photon est nul, l'article est faux ?

  19. #15
    deep_turtle

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    C'est parce que dans l'explication que tu donnes, la masse n'augmente que pour les particules qui en ont une... Mais bon, de toutes façons ce qu'on appelle la masse ne dépend pas de la vitesse, voir ce message dans la FAQ de physique...

  20. #16
    Seirios

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Mais l’énergie cinétique se calcul avec cette équation : 1/2mv avec m la masse et v la vitesse
    Et bien on s’aperçoit que le photon n’a pas d’énergie cinétique !
    Dans l’équation plus complète de E=mc² : E²=m²c4+p²c² avec m la masse, c la vitesse de la lumière et p la quantité de mouvement
    On retrouve également zéro comme résultat !

    Doit-on utiliser d’autre équation que celle classique pour étudier le photon ?

    PS : désolé mais j'ai du mal à comprendre

    Merci d'avance
    Phys2

  21. #17
    invité576543
    Invité

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par Phys2
    Dans l’équation plus complète de E=mc² : E²=m²c4+p²c² avec m la masse, c la vitesse de la lumière et p la quantité de mouvement
    On retrouve également zéro comme résultat !
    Bonsoir,

    Mais on ne trouve pas 0! On trouve E²=p²c², ce qui est correct.

    Cordialement,

    EDIT: p n'est pas nul pour le photon, même si sa masse est nulle!

  22. #18
    Seirios

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Mais il me semblait que la quantité de mouvement était égale à : mv avec m la masse et v la vitesse, donc ça ferait zéro fois la vitesse de la lumière et donc zéro.
    Je ne vois pas où est la faute, ma formule est-elle fausse ?

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  24. #19
    deep_turtle

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Oui ta formule est fausse. Elle n'est valable (et encore, de façon approximative) que pour des particules massives, dans la limite non relativiste... Or, les photons sont sans masse et ultra-relativistes...

  25. #20
    Sephi

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Ça, c'est la quantité de mouvement classique pour un corps massif Pour un photon, il s'agit plutôt de p = h / .

  26. #21
    Sephi

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par deep_turtle
    Oui ta formule est fausse. Elle n'est valable (et encore, de façon approximative) que pour des particules massives, dans la limite non relativiste... Or, les photons sont sans masse et ultra-relativistes...
    Ah bon ? La quantité de mouvement relativiste, c'est juste ajouter un facteur gamma, si on l'applique au photon de masse nulle, on obtiendrait toujours zéro ...

  27. #22
    Argawaen

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par Sephi
    Ah bon ? La quantité de mouvement relativiste, c'est juste ajouter un facteur gamma, si on l'applique au photon de masse nulle, on obtiendrait toujours zéro ...

    non non, ce n'est pas un facteur gamma, c'est sa longueur d'onde
    il faut simplement ne pas confondre quantité de mouvement et impulsion d'une particule. L'impulsion du photon est donnée par la relation h est sa fréquence. Et cette impulsion a la dimension d'une énergie.


    En fait, sans rentrer dans des explications de "pourquoi", pour voyager à la vitesse maximale permise par la RR, le photon, en tant que corpuscule, doit ne pas avoir de masse. De son absence de masse découle le fait qu'on ne peut pas considérer un photon au repos. Toute son énergie se manifeste sous forme d'énergie cinétique.
    Pour moi et pour faciliter l'acquisition de ces qualités du photon, je me dis que le photon est une forme matérielle d'"énergie pure".

  28. #23
    invité576543
    Invité

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par Argawaen
    il faut simplement ne pas confondre quantité de mouvement et impulsion d'une particule. L'impulsion du photon est donnée par la relation est sa fréquence. Et cette impulsion a la dimension d'une énergie.
    Euh... L'impulsion a la dimension d'une impulsion, la même que la quantité de mouvement. c'est l'énergie, l'impulsion ou la qm, c'est

    Faire la distinction d'ailleurs a du pour et du contre. Je pense plus simple de dire qu'un photon a une quantité de mouvement même s'il a une masse nulle. C'est l'idée que la qm est égale à la masse par la vitesse qu'il faut opposer, plutôt que la conforter par un changement de vocabulaire.

    le photon est une forme matérielle d'"énergie pure".
    C'est un peu contradictoire, le mot "matériel" s'opposant à énergie. Autant dire que c'est de l'"énergie cinétique pure". Mais ce n'est pas illuminant, il y a le spin, et le fait que le photon est le vecteur de l'interaction électro-magnétique.

    La notion de masse "au repos" est dans l'ensemble pas très bonne.
    C'est beaucoup plus simple de définir la masse comme la racine de E²/c4-p²/c², sans s'occuper de repos ou pas. Le calcul au repos s'en déduit: s'il existe un repère tel que p=0, alors m² = E²/c4. (Et il n'y a pas de tel repère pour le photon!)

    Ca oblige à "oublier" ce que l'on nous a appris dans nos jeunes années, mais c'est général (photons compris) et permet de comprendre sans difficulté la RR.

    Cordialement,
    Dernière modification par invité576543 ; 27/10/2005 à 22h05.

  29. #24
    Argawaen

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    en plus je me suis trompé dans la lettre grecque
    que de bêtises en un seul post


    en fait je voulais seulement faire passer qu'il m'était plus simple de parler de l'impulsion d'un photon plutot que de sa quantité de mouvement.


    et puis en parlant de forme matérielle d'énergie c'était pour jouer sur l'aspect corpusculaire du photon.

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  31. #25
    Sephi

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par Argawaen
    non non, ce n'est pas un facteur gamma, c'est sa longueur d'onde
    Mais non. La quantité de mouvement relativiste est :


    De plus, impulsion et quantité de mouvement, c'est deux appellations différentes pour désigner exactement la même chose (perso, j'aime bien utiliser "impulsion" car c'est plus court ).
    Dernière modification par Sephi ; 27/10/2005 à 23h06.

  32. #26
    Seirios

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Mais si le photon ne possède que de l'énergie cinétique, alors étant donné qu'il va toujours à la vitesse c, il a toujours la même énergie cinétique, et tout les photons aurait la même énergie ce qui est stupide. D'où vient l'énergie qui différencie certains des photons ?

  33. #27
    mikeuline

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par Phys2
    D'où vient l'énergie qui différencie certains des photons ?
    De leur fréquence ! Un photon bleu est associé à une onde de longueur d'onde 450 nm environ, soit une fréquence de c/450nm. A un photon rouge on peut associer une onde de longueur 610nm, soit une fréquence de c/610nm c'est-à-dire moins que celle du photon bleu.
    Comme E=hf (h : cte de Planck, f : fréquence) on déduit que le photon bleu véhicule plus d'énergie que le rouge.
    Quiconque n'est pas choqué par la théorie quantique ne la comprend pas. (Niels Bohr)

  34. #28
    invité576543
    Invité

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par mikeuline
    De leur fréquence ! Un photon bleu est associé à une onde de longueur d'onde 450 nm environ, soit une fréquence de c/450nm. A un photon rouge on peut associer une onde de longueur 610nm, soit une fréquence de c/610nm c'est-à-dire moins que celle du photon bleu.
    Comme E=hf (h : cte de Planck, f : fréquence) on déduit que le photon bleu véhicule plus d'énergie que le rouge.

    Tout à fait. En fait, un photon a une seule caractérisque en plus de son hélicité. Selon la manière de la voir, c'est:

    - son énergie

    - son impulsion

    - sa fréquence

    - sa couleur

    - sa longueur d'onde

    Tous se déduisent les uns des autres par des coefficients de proportionnalité constants et simples.

    Un photon donné est entièrement défini, il me semble, par son point-moment d'émission, son point-moment d'absorption, le signe de son hélicité et son énergie (par exemple). Et si on veut être totalement indépendant du repère en RR, on remplace son énergie par l'action le long de sa trajectoire (qui est un invariant de Lorentz, sauf bétise de ma part?); en y mettant un signe, on inclut l'hélicité. Reste les deux points-moments, et l'action. C'est tout! En RG?

    Cordialement,

  35. #29
    Argawaen

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    Citation Envoyé par Sephi
    Mais non. La quantité de mouvement relativiste est :


    De plus, impulsion et quantité de mouvement, c'est deux appellations différentes pour désigner exactement la même chose (perso, j'aime bien utiliser "impulsion" car c'est plus court ).

    au temps pour moi pour le facteur lambda, ça m'apprendra à lire les messages à la vavite et surtout à confondre les lettres grecques (un comble )


    mais concernant l'impulsion et la quantité de mouvement, c'est pas la même chose, du moins en méca q on voit clairement la différence.
    Ce qu'on appelle vecteur p c'est l'impulsion de la particule ou encore le moment conjugué du vecteur position r).
    La quantité de mouvement c'est bien sûr mv.

    Les différences apparaissent quand tu veux écrire l'hamiltonien d'une particule dans un potentiel vecteur. Tu prends l'impulsion de la particule comme
    p = mv + qA(r, t) où A est le potentiel vecteur.

    De plus, tu as bien deux opérateurs distincts, celui de l'impulsion P et celui associé à la quantité de mouvement défini par = P - qA(r,t)
    Et pour finir, si l'opérateur P ne dépend pas de la jauge choisie, ce n'est pas le cas de l'opérateur quantité de mouvement.


    En fait, c'est seulement dans le cas particulier d'un système constitué d'un seul point matériel et si les forces qui agissent sur cette particule dérivent d'un potentiel scalaire, que les trois moments conjugués de r, c'est à dire les trois composantes de son impulsion p sont égales à celles de sa quantité de mouvement mv.


    (si tu veux vérifier, j'ai ici repris le cohen, p213, 224, 321)

  36. #30
    Seirios

    Re : la masse du photon...toujours pas compris !

    De leur fréquence ! Un photon bleu est associé à une onde de longueur d'onde 450 nm environ, soit une fréquence de c/450nm. A un photon rouge on peut associer une onde de longueur 610nm, soit une fréquence de c/610nm c'est-à-dire moins que celle du photon bleu.
    Comme E=hf (h : cte de Planck, f : fréquence) on déduit que le photon bleu véhicule plus d'énergie que le rouge.
    Donc l'énergie cinétique n'est pas la seule énergie du photon.
    Tout à fait. En fait, un photon a une seule caractérisque en plus de son hélicité. Selon la manière de la voir, c'est:

    - son énergie

    - son impulsion

    - sa fréquence

    - sa couleur

    - sa longueur d'onde

    Tous se déduisent les uns des autres par des coefficients de proportionnalité constants et simples.

    Un photon donné est entièrement défini, il me semble, par son point-moment d'émission, son point-moment d'absorption, le signe de son hélicité et son énergie (par exemple). Et si on veut être totalement indépendant du repère en RR, on remplace son énergie par l'action le long de sa trajectoire (qui est un invariant de Lorentz, sauf bétise de ma part?); en y mettant un signe, on inclut l'hélicité. Reste les deux points-moments, et l'action. C'est tout! En RG?

    Cordialement,
    C'est quoi l'hélicité ?
    Donc si j'ai bien compris le photon possède une énergie cinétique, une quantité de mouvement et une description de l'onde à laquelle il appartient (longueur d'onde, fréquence...), mais qu'est-ce que la quantité de mouvement représente-t-elle vraiment ?

    Sinon j'aimerai bien avoir une liste des équations relativistes, comme celle de la quantité de mouvement et tout le reste pour éviter de poser des questions inutiles.

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