Zero absolue == Masse null ?

[elbart]

Bonjour à tous,

Je me demandais, si théoriquement nous arrivions à atteindre le zero absolus, un atome à cette temperature aurait une energie null puisqu'il n'emetraient aucun rayonnement électromagnétique. Mais qui dit energie null dit aussi masse null et par consequent si il a une masse null il n'est plus sensible aux effet de la gravitation...

Mon raisonnement est-il juste?
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[invite40271050]

Bsr à toi,
Ce qui voudrait dire que plus la température baisse et plus la masse diminue !!!
Le rayonnement est un chose la masse en est une autre !

A+

[elbart]

Oui, mais si l'on considere l'equation d'einstein E = mc^2 alors m = E/c^2 donc si E vaut 0 la masse vaut 0.

[Amanuensis]

un atome à cette temperature aurait une energie null puisqu'il n'emetraient aucun rayonnement électromagnétique.

Il n'y a pas de rapport entre l'énergie d'un atome et le fait qu'il n'émet aucun rayonnement électromagnétique.

Je ne connais aucune raison qui imposerait que si on fait tendre la température d'un système vers 0 K son énergie interne thermodynamique tende vers 0. (Il me semble qu'en thermodynamique l'énergie interne n'est définie qu'à une constante additive près : on ne s'occupe que de variations d'énergie.)

[A voir en vidéo sur Futura]

[doul11]

Bonsoir,

Oui, mais si l'on considere l'equation d'einstein E = mc^2 alors m = E/c^2 donc si E vaut 0 la masse vaut 0.

Sauf que la formule complète c'est , si il était possible d’atteindre 0K il n'y aurais que la partie cinétique de l'énergie qui serai nulle. De plus tu sembles confondre masse inerte et grave, a grande échelle c'est identique mais a l'échelle quantique ce n'est pas sur. La masse inerte est une caractéristique intrinsèque des particules elle ne dépends de rien.

[elbart]

Merci de vos réponse, effectivement je ne connaissait pas la formule complete ^^

[invite251213]

Sauf que la formule complète c'est , si il était possible d’atteindre 0K il n'y aurais que la partie cinétique de l'énergie qui serai nulle.

Même avec la formule complète, ça ne me va pas.

Prend un objet immobile et refroidit-le, son énergie thermique va partir et sa masse va diminuer. Donc l'équation que tu cite me semble sortie de son contexte.

La partie cinétique décrit simplement le mouvement de l'objet, rien à voir avec sa température (qui est fort mal décrite en contexte relativiste d'ailleurs).

Mais la conclusion est bonne : au zéro absolu, un objet est dans son état d'énergie minimale, mais son énergie (et donc sa masse) n'est pas nulle.

[doul11]

Prend un objet immobile et refroidit-le, son énergie thermique va partir et sa masse va diminuer.

Je ne comprends pas pourquoi la masse devrais diminuer ?

La partie cinétique décrit simplement le mouvement de l'objet, rien à voir avec sa température

Dans de la matière, en équilibre thermique on pas, il y a entre les atomes un échange d'énergie, sous forme de photon, donc de quantité de mouvement, c'est pas ça la température ? comme les molécules qui "vibrent" c'est bien l'énergie cinétique : http://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3...igine_physique

[invite251213]

L'énergie est l'énergie de l'objet. Et l'énergie cinétique est l'énergie cinétique du centre de masse de l'objet, mais pas l'énergie cinétique moyenne de ses constituants par rapport au centre de masse, qui est due à l'agitation thermique.

Prend un objet immobile, sans aucun champ de force dans le coin. Celui aura donc uniquement une énergie égale à .

Chaque constituants (atomes, molécules...) possède une énergie de ce type (en plus d'une énergie potentielle). Donc, chaque atome/particules aura :
- Une énergie cinétique, égale à , avec pi l’impulsion de la particule i.
- Une énergie de masse égale à , avec mi la masse de la particule i.
- Et une énergie potentielle (pas prise en compte dans la formule du dessus).

La somme de ces énergies sera donc égale à la masse.

Donc, dans la formule au dessus, ton E sera égale à l'énergie totale de ses constituants. Si tu mets la aprtie cinétiques à zéro, cela signifie que son "centre de masse relativiste" ne bougera plus, mais ses constituants peuvent bouger et avoir une partie cinétique : on a ainsi l'agitation thermique due à la température.

En diminuant la température, la partie cinétique des particules va diminuer et cette énergie cinétique des constituants va diminuer. Cette énergie rentrant en compte dans le total donnant la masse, la masse baisse.

[coussin]

Je ne comprends pas pourquoi la masse devrais diminuer ?

C'est un tout petit effet relativiste bien connu Un barreau de fer chauffé à blanc pèse plus lourd que le même barreau froid.

C'est à classer dans la catégorie « la relativité amusante » avec les autres « paradoxes »

[Amanuensis]

L'énergie(...)Cette énergie rentrant en compte dans le total donnant la masse, la masse baisse.

Tout correct, en faisant attention de bien différencier la masse de l'objet de la somme des masses de ses constituants : la masse n'est pas additive en RR.

[doul11]

A condition que la masse grave soit équivalente a la masse inerte, la masse grave d'un atome non-excité plus un photon sera égale a la masse grave de l'atome excité, pour autant la masse inerte de l'atome n'a pas changé, c'est bien ce que nous dit et a 0K la masse n'est pas nulle puisque il reste la masse inerte.

[invite251213]

J'ai pas compris cette histoire de masse grave et inerte.

Mais c'est vrai qu'on peut se poser la question de l'énergie d'un atome excité : en appliquant comme une brute, on se retrouve avec un atome dont la masse augmente.

Mais je pense que dans ce cas, l'énergie du photon incident doit se repartir dans l'atome ou la particule qui l'a absorbé et se transformer en énergie cinétique et non en masse : passe à la trappe.

Analysons le tout.

Dans ce cas, prenons une particule élémentaire d'impulsion P , et postulons que l'impulsion se conserve.

Avant : photon photon d'énergie et d'impulsion , particule d'énergie et d'impulsion nulle.

Après : particule d'énergie , avec qui peut être identifié comme étant par conservation de l'impulsion.

On doit pouvoir faire pareil avec un atome, celui devant conserver l'impulsion, il va alors bouger et l'énergie apportée par le photon incident est intégralement convertie en énergie cinétique : la masse n'augmente pas !

On a pas besoin de cette histoire de distinction entre masse inerte et masse grave.

J'ai bon ou tout faux ?

[inviteccac9361]

Cette énergie rentrant en compte dans le total donnant la masse, la masse baisse.

Si la masse baisse,
c'est que ça a fait boum non ?
Enfin, l'atome en tout cas, je le concoit en mauvais etat.

[Amanuensis]

A condition que la masse grave soit équivalente a la masse inerte

C'est une hypothèse fondamentale pour les théories courantes de la physique.

Est-ce une théorie personnelle qui voudrait qu'il faille mettre en doute cette hypothèse ?

, la masse grave d'un atome non-excité plus un photon sera égale a la masse grave de l'atome excité, pour autant la masse inerte de l'atome n'a pas changé

La masse du système "atome non excité plus photon" avant absorption est égale à la masse du système "atome excité" après absorption. (Par conservation de l'énergie-impulsion d'un système isolé.)

La masse de l'atome seul a augmenté. (La masse d'un atome excité est plus grande que la masse d'un atome non excité.)

(Remarquons que la masse est l'énergie dans le référentiel propre fois c², mais le référentiel propre a changé au passage puisque le photon a une quantité de mouvement non nulle.)

Une seule notion de masse suffit pour analyser cela.

[Amanuensis]

Analysons le tout. (...)

Le choc mou en RR :

Deux particules 1 et 2 en forment une seule (3) après le choc

(E1+E2, p1+p2) --> (E3, p3)

Par conservation, E1+E2 = E3 et p1+P2=p3 (vectoriellement)

Prenons un référentiel propre à l'atome, p1=0 et E1=mc², et un photon d'énergie E dans ce référentiel, et d'impulsion E/c dans une direction quelconque. L'énergie-impulsion de l'atome excité est donc (toujours dans le même référentiel, qui n'est plus le référentiel propre de l'atome) :

(mc²+E, 0+E/c)

La masse de l'atome après absorption est donc (m'c²)² = (mc²+E)²-(E/c)²c²=(mc²)²+2Emc², soit m' = m rac(1+2E/(mc²))

Elle a bien augmenté.

[doul11]

Est-ce une théorie personnelle qui voudrait qu'il faille mettre en doute cette hypothèse ?

Non pas du tout, il n'y a pas de confirmations expérimentales a l'échelle quantique et il n'y a pas de théorie de gravité quantique, donc a mon avis la seule chose que l'on peut dire actuellement est "on sait pas", vu que cette hypothèse est vérifié a notre échelle (http://fr.wikipedia.org/wiki/Masse#....et_masse_grave) on pourrais dire : "pourquoi ça ne serait pas le cas a plus petite échelle ?" mais vu les difficultés pour obtenir une théorie de gravité quantique on peut mettre en doute cette hypothèse, donc difficile de trancher.

[Amanuensis]

Non pas du tout, il n'y a pas de confirmations expérimentales a l'échelle quantique et il n'y a pas de théorie de gravité quantique, donc a mon avis la seule chose que l'on peut dire actuellement est "on sait pas"

Tout en science est dans la catégorie "on ne sait pas". Il n'y a que des hypothèses non contredites par les faits, et d'autres qui sont contredites par les faits. (Je me limite aux hypothèses utilisées en pratique pour inférer le résultat d'expériences. Sinon, faut rajouter la catégorie "hypothèses qui ne servent à rien".)

À ma connaissance le principe de l'équivalence de la masse inerte et la masse grave est dans la catégorie "hypothèse non contredite par les faits".

[doul11]

D'accord mais comment faire lorsque il n'y a pas de faits ? on sait que l'échelle quantique existe, on sait que les haute énergies existent, mais sont largement hors d’atteinte expérimentalement , on peut tourner le raisonnement dans l'autre sens : une théorie est valide jusqu'au jour ou de nombreuses expériences la contredise, c'est grossièrement ce qui c'est passé lors du passage de la physique classique a la physique quantique et on ne peut pas exclure un nouvelle physique, pour pouvoir trancher de façon claire il manque des donnés expérimentales. C'est mon point de vu actuel, peut être un excès de prudence (je n'exclue aucune pistes) ? voir pire, une incompréhension de la physique ...

[Amanuensis]

D'accord mais comment faire lorsque il n'y a pas de faits ?

Quelle importance ? Pas de faits => pas de résultat d'expérience à inférer (parce que ces résultats seraient des faits !).

En physique, on s'intéresse aux expériences, aux faits, à rien d'autre.

une théorie est valide jusqu'au jour ou de nombreuses expériences la contredise

Si elle était valide dans le domaine et avec la précision pour lesquels il y avait des faits, alors elle reste valide dans ces domaine et précision même si elle est invalidée par des faits hors du domaine ou plus précis.

, c'est grossièrement ce qui c'est passé lors du passage de la physique classique a la physique quantique

Comme souvent, c'est un cas où ce qui a été invalidé n'était pas la physique classique dans le domaine où elle est utilisée, mais dans un domaine où elle avait été "extrapolée", par erreur.

et on ne peut pas exclure un nouvelle physique

C'est ce que je disais sous la forme 'Tout en science est dans la catégorie "on ne sait pas".'

Mais une nouvelle physique n'apparaîtra qu'avec de nouveaux faits.

Peut-être que l'extrapolation du principe de l'égalité de la masse inerte et la masse pesante aux échelles microscopiques sera invalidé par de nouveaux faits. Peut-être pas. En attendant, on fait ce qu'on fait toujours en science : on l'utilise pour inférer les résultats des expériences quand même, surtout quand on n'a rien d'autre pour faire l'inférence, et que l'inférence marche...

Et sur un forum scientifique public comme celui-ci, on explique les théories utiles et non invalidées, et non pas les alternatives non basées sur de quelconque faits ou basées sur une absence de faits.

[doul11]

Bonjour,

Quelle importance ? Pas de faits => pas de résultat d'expérience à inférer (parce que ces résultats seraient des faits !).

En physique, on s'intéresse aux expériences, aux faits, à rien d'autre.

Les faits sont que la gravité existe, elle est très bien modélisé a grande échelle par la relativité générale, mais a petite échelle il y a deux théories non validé, une pour la masse inerte et une autre pour la gravité, pour tirer ça a clair il faut une théorie de gravité quantique qui est en ce moment seulement en construction.

Si elle était valide dans le domaine et avec la précision pour lesquels il y avait des faits, alors elle reste valide dans ces domaine et précision même si elle est invalidée par des faits hors du domaine ou plus précis.

Justement, je comprends pas comment on peut extrapoler d'environ 20 ordres de grandeur le principe d'équivalence ?

Comme souvent, c'est un cas où ce qui a été invalidé n'était pas la physique classique dans le domaine où elle est utilisée, mais dans un domaine où elle avait été "extrapolée", par erreur.

Comment savoir si c'est une erreur ou pas ? plus précisément quel sont les arguments (pour ou contre) que l'on peut donner pour extrapoler la RG au domaine quantique ?

Mais une nouvelle physique n'apparaîtra qu'avec de nouveaux faits.

la physique n'est fait que de modèles et je ne comprends pas pourquoi il n'est pas possible de trouver un modèle très différent qui explique mieux les phénomènes physiques ?

La physique actuelle n'est pas exempte de problèmes :

1-la gravité quantique
2-les fondements de mécanique quantique
3-unification des forces
4-les constantes du modèle standard de la physique des particules
5-les constantes du modèle standard de la cosmologie (matière noire, énergie noire)

[Amanuensis]

Les faits sont que la gravité existe, elle est très bien modélisé a grande échelle par la relativité générale, mais a petite échelle il y a deux théories non validé, une pour la masse inerte et une autre pour la gravité

Non, une seule à ma connaissance, l'inertie. L'équivalence validée à grande échelle est extrapolée à la petite échelle sans qu'il y ait (à ma connaissance) de faits contredisant cette extrapolation.

(Et quand je parle de faits, je parle de faits expérimentaux, ceux qui basent la physique, pas du statut des modèles physiques développés par les humains.)

La physique actuelle n'est pas exempte de problèmes :

Faut pas confondre problèmes philosophiques (fondements de la mécanique quantique), souhaits esthétiques (unification des forces, constantes fondamentales), incomplétude (nature de la matière noire, ...) et contradictions (combinaison quantique + RG).

Seules ces dernières sont des "problèmes" pouvant amener de nouvelles lumières sur la notion de masse.

[Amanuensis]

Justement, je comprends pas comment on peut extrapoler d'environ 20 ordres de grandeur le principe d'équivalence ?

Quel est le problème ? Suffit de le faire... C'est une hypothèse, elle n'est pas contredite dans les faits, elle est opérationnelle => on la garde. (C'est le statut de toutes les théories !)

Comment savoir si c'est une erreur ou pas ?

On saura que c'est une erreur quand on aura des observations le démontrant.

(Ma réponse est toujours la même, sous des tas de formes différentes...)

la physique n'est fait que de modèles et je ne comprends pas pourquoi il n'est pas possible de trouver un modèle très différent qui explique mieux les phénomènes physiques ?

On sait que c'est possible quand on trouve un tel modèle ! Jusque là, on l'espère (s'il reste des contradictions internes dans l'ensemble des modèles).

[doul11]

Le choc mou en RR :

Deux particules 1 et 2 en forment une seule (3) après le choc

(E1+E2, p1+p2) --> (E3, p3)

Par conservation, E1+E2 = E3 et p1+P2=p3 (vectoriellement)

Prenons un référentiel propre à l'atome, p1=0 et E1=mc², et un photon d'énergie E dans ce référentiel, et d'impulsion E/c dans une direction quelconque. L'énergie-impulsion de l'atome excité est donc (toujours dans le même référentiel, qui n'est plus le référentiel propre de l'atome) :

(mc²+E, 0+E/c)

La masse de l'atome après absorption est donc (m'c²)² = (mc²+E)²-(E/c)²c²=(mc²)²+2Emc², soit m' = m rac(1+2E/(mc²))

Elle a bien augmenté.

Changer de référentiel en cours de route n'a pas de sens, pour pouvoir comparer il faut garder le même : celui du laboratoire, qui est le même que celui de l'atome non excité, sinon même sans absorption d'un photon on peut trouver un référentiel ou l'énergie de l'atome change.

Non, une seule à ma connaissance, l'inertie. L'équivalence validée à grande échelle est extrapolée à la petite échelle sans qu'il y ait (à ma connaissance) de faits contredisant cette extrapolation.

Il y a en a portant bien deux : le couplage avec le Higgs qui donne la masse inerte et le couplage avec le graviton qui donne la masse grave, deux théorie non validé expérimentalement, pour le Higgs que ça soit oui ou non ça devrais pas tarder, pour le graviton c'est pas pour demain.

Faut pas confondre problèmes philosophiques (fondements de la mécanique quantique), souhaits esthétiques (unification des forces, constantes fondamentales), incomplétude (nature de la matière noire, ...) et contradictions (combinaison quantique + RG).

Je ne suis pas d'accord : un nouveau modèle fort comme la relativité ou la mécanique quantique, apporte un nouvel éclairage philosophique (et pose aussi de nouveaux problèmes) tout comme une unification apporte une meilleure compréhension en reunissant des choses qui avait a priori rien a voir ensemble.

Quel est le problème ? Suffit de le faire... C'est une hypothèse, elle n'est pas contredite dans les faits, elle est opérationnelle => on la garde. (C'est le statut de toutes les théories !)

Bien ça me choque de voir quelque chose extrapolé de 20 ordres de grandeur, aussi je pose la question : est-ce qu'il y a des exemples similaire qui ont fonctionné ?

[Amanuensis]

Changer de référentiel en cours de route n'a pas de sens, pour pouvoir comparer il faut garder le même : celui du laboratoire, qui est le même que celui de l'atome non excité, sinon même sans absorption d'un photon on peut trouver un référentiel ou l'énergie de l'atome change.

Certes. Mais quel est le rapport avec mon message ?

Il y a en a portant bien deux : le couplage avec le Higgs qui donne la masse inerte et le couplage avec le graviton qui donne la masse grave, deux théorie non validé expérimentalement, pour le Higgs que ça soit oui ou non ça devrais pas tarder, pour le graviton c'est pas pour demain.

Je parlais de FAITS, pas de théories spéculatives.

Je ne suis pas d'accord : un nouveau modèle fort comme la relativité ou la mécanique quantique, apporte un nouvel éclairage philosophique

Jamais dit le contraire. Ces deux modèles là ont été introduits pour rendre compte de nouveaux faits expérimentaux. (Par exemple l'accélération d'un rayon cathodique pour la relativité, l'effet photo-électrique--et bien d'autres-- pour la physique quantique.)

L'éclairage philosophique est indépendant de ce qu'essaye, en vain, d'expliquer.

Bien ça me choque de voir quelque chose extrapolé de 20 ordres de grandeur, aussi je pose la question : est-ce qu'il y a des exemples similaire qui ont fonctionné ?

L'univers s'étale sur 80 ordres de grandeur, mais on n'a pas de théories de l'électro-magnétisme découpée en ordres de grandeur.

L'approche de la physique en général est toujours d'extrapoler à tout l'Univers !

En maths, un raisonnement par récurrence est une extrapolation sur une infinité d'ordres de grandeur (Qui va demander une vérification que tout nombre à 100000000000000000000 chiffres est bien décomposable en facteurs premiers ?)

Bien d'accord que toute extrapolation est "dangereuse", mais la réponse est toujours la même : on l'a fait quand c'est l'approche la plus simple et qu'aucun fait ne la contredit. Ce qui serait stupide serait de considérer cela comme suffisant pour en faire une "vérité". Mais les théories physiques ne sont pas des "vérités".

[invite9f80122c]

Changer de référentiel en cours de route n'a pas de sens, pour pouvoir comparer il faut garder le même : celui du laboratoire, qui est le même que celui de l'atome non excité, sinon même sans absorption d'un photon on peut trouver un référentiel ou l'énergie de l'atome change.

Je pense que c'est ce qu'il fait, il passe par un autre référentiel pour calculer la variation d'énergie due à la réaction. Enfin je crois, il faudrait qu'il s'exprime lui-même là-dessus.

Il y a en a portant bien deux : le couplage avec le Higgs qui donne la masse inerte et le couplage avec le graviton qui donne la masse grave, deux théorie non validé expérimentalement, pour le Higgs que ça soit oui ou non ça devrais pas tarder, pour le graviton c'est pas pour demain.

Pour le Higgs je ne suis pas certain que ça ne va pas tarder, ne pas détecter quelque chose à un certain niveau d'énergie dans certaines conditions ne signifie pas forcément une réponse négative quand à son existence ou son effet. Amha

Je ne suis pas d'accord : un nouveau modèle fort comme la relativité ou la mécanique quantique, apporte un nouvel éclairage philosophique (et pose aussi de nouveaux problèmes) tout comme une unification apporte une meilleure compréhension en reunissant des choses qui avait a priori rien a voir ensemble.

+1000 toujours Amha

Bien ça me choque de voir quelque chose extrapolé de 20 ordres de grandeur, aussi je pose la question : est-ce qu'il y a des exemples similaire qui ont fonctionné ?

La RG à l'échelle de la planète (gravity probe B) et à l'échelle galactique ? A la matière noire près , mais dans ce cas il faudrait en savoir plus sur la matière noire pour évaluer son impact sur la RG (voir MOND et autres théories). Encore et toujours amha.

[invite251213]

Changer de référentiel en cours de route n'a pas de sens, pour pouvoir comparer il faut garder le même : celui du laboratoire, qui est le même que celui de l'atome non excité, sinon même sans absorption d'un photon on peut trouver un référentiel ou l'énergie de l'atome change.

Le référentiel de l'atome et celui du laboratoire sont le même avant la collision, mais certainement pas après.

Avant collision : atome immobile.

Collision/absorption photon : le photon donne de l'impulsion à l'atome, mais pas au laboratoire. L'atome commence à bouger, mais le laboratoire ne bouge pas : les deux référentiels sont différents et celui qui a un sens physique, c'est celui dans lequel n fait les mesures : celui du laboratoire.

Pourquoi ? Parce que l'atome a accéléré en passant d'une impulsion nulle à une impulsion égale à celle du photon : ce n'est donc pas un référentiel inertiel et les loi de la relativité restreintes ne s’appliquent pas ou mal et il faudrait sortir la RG. Par contre, le référentiel du laboratoire est inertiel et est parfait pour cette analyse.

J'ai encore faux ou pas ?

[Amanuensis]

Je pense que c'est ce qu'il fait, il passe par un autre référentiel pour calculer la variation d'énergie due à la réaction. Enfin je crois, il faudrait qu'il s'exprime lui-même là-dessus.

Il n'y a aucun changement de référentiel dans la dérivation présentée. C'est même indiqué en clair !

[Amanuensis]

Pourquoi ? Parce que l'atome a accéléré en passant d'une impulsion nulle à une impulsion égale à celle du photon : ce n'est donc pas un référentiel inertiel et les loi de la relativité restreintes ne s’appliquent pas ou mal et il faudrait sortir la RG. Par contre, le référentiel du laboratoire est inertiel et est parfait pour cette analyse.

Effectivement, si on gardait le référentiel propre de l'atome (celui où il est immobile aussi bien avant qu'après la collision), on ne pourrait pas appliquer la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement, et le calcul serait différent. Pas vraiment besoin de la RG, par contre...

[invite686ac3e5]

Mais qui vous a dit qu'au zéro absolue, l’énergie était nulle ? Pour la démonstration de E=mC² suppose que l'atome est immobile, donc température nulle. Donc a zéro K, l'energie d'un atome, c'est mC². C'est même la base de la démonstration ! je crois que certain n'ont pas tout a fait compris le sens de cette formule...