Le photon

[Amanuensis]

cette loi de déviation de trajectoire du photon en fonction de la masse dans le vide intergalactique est elle la même que celle de la déviation du photon dans le vide interatomique?

Vous parlez de phénomènes à des échelles totalement différentes. Pas de comparaison possible.

et alors, pourquoi la bi-réfringence?

Quel rapport avec la première question ??
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[Zefram Cochrane]

C'est la lumière qui se propage plus lentement. La différence entre photons et lumière est bien plus qu'une nuance.

Pour être clair sur cette question, je voudrais avoir pls de détails STP.

Un photon dans l'approche "corpuscule" ne se propage pas (pas plus qu'on dira qu'un atome se propage, ou que la Terre se propage), il va de son émission à son absorption. Ce qui se propage dans le milieu c'est l'énergie, la phase, la quantité de mouvement, portées par une succession de photons (si on veut). Parler de lumière permet de parler du phénomène de propagation en question.

Je ne suis pas très à l'aise sur les ondes et leur porpagation, mais s'il faut en passer par là, je veux bien avoir une explication.

En attendant, je vais tenter l'approche corpusculaire.
Pour la réfléction, je n'ai aucun problème à priori vu que j'imagine qu'un miroir absorbe l'énergie des photons et en réémettent d'autre avec idéalement, la même énergie.

Pour la réfraction, je dirai en péliminaire, que le photon ayant une masse nulle, sa vitesse d'évolution est obligatoirement la vitesse de la lumière.

Après pour la réfraction dans un milieu réfringent : vu que le milieu dans lequel le photon évolue lui impose de modifier sa vitesse d'évolution, pour que son énergie soit la même, sa trajectoire est déviée.

pour la réfraction gravitationnelle, en s'approchant ou en s'éloignant de la source du champ de gravitation, il acquiert ou perd de l'énergie potentielle, vu que localement, sa vitesse d'évolution est constante et égale à c, la conservation de l'énergie le long de la trajectoire lui impose de modifier celle ci.

Je me suis peut être mal exprimé, Amanuensis se fera un plaisir de me corriger et de détailler la réponse , mais l'idée commune entre les deux réfractions est la conservation de l'énergie le long d'une trajectoire.

Et pour la réfraction en milieu matériel, je me demande comment les champs EM peuvent influer sur la trajectoire du photon, ce qui n'est pas gagné à en croire la réponse de Coussin. J'avais lu pour ma part quelque chose du genre que l'on pouvait comparer la fréquence d'un photon à la répartition sur une trajectoire de la probablibité qu'il a d'apparaître à un endroit et à un instant donné?

Cordialement,
Zefram

[Amanuensis]

Pour être clair sur cette question, je voudrais avoir pls de détails STP.
Je ne suis pas très à l'aise sur les ondes et leur porpagation, mais s'il faut en passer par là, je veux bien avoir une explication.

Ne serait-ce pas la même question ? Et la réponse semble être juste d'aller lire des textes décrivant la théorie classique de l'optique ondulatoire, non ?

En attendant, je vais tenter l'approche corpusculaire.

Mais elle ne marche pas, sauf de manière très très superficielle.

Le "photon" n'est pas un "corpuscule" au même sens que l'électron à basse vitesse, ou un atome. Le concept de photon est relativiste (difficile de faire plus relativiste !) et est éminemment quantique.

Je comprends bien la tentative, mais en fait les questions mêmes que vous vous posez sont liées à ce qui ne marche pas.

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L'état des lieux de la physique sur le sujet (en espérant être exhaustif) :

- la théorie ultime de la lumière est l'électro-dynamique quantique, qui relève de la physique quantique des champs (ou physique quantique relativiste) ; les photons y apparaissent comme des modes d'excitation d'un champ quantique ; c'est la seule théorie rendant compte de tous les phénomènes d'interaction entre champ électro-magnétique et matière

- une théorie ondulatoire couvre la plupart des phénomène liées à la propagation, c'est l'optique ondulatoire classique (plus peut-être la théorie des antennes pour les grandes longueurs d'onde)

- une théorie ondulatoire couvrant l'interaction électro-magnétique, ce sont les équations de Maxwell

- une théorie corpusculaire ad-hoc pour l'effet photo-électrique (Einstein), et qui couvre les notions simples d'absorption et d'émission à l'échelle atomique ou moléculaire

Il n'y a pas de théorie corpusculaire pour la lumière qui soit générale, en particulier couvrant la propagation. Ni besoin d'une telle théorie, d'ailleurs.

[invitec9c0a685]

Il n'y a pas de théorie corpusculaire pour la lumière qui soit générale, en particulier couvrant la propagation. Ni besoin d'une telle théorie, d'ailleurs.

Dommage, j'aurais bien voulu connaitre la trajectoire d'un photon émis d'une étoile lointaine et dévié par notre soleil venant ensuite heurter un quartz... j'aurais aimé connaitre la direction prise par lui dans la matière...

[invite6754323456711]

Dommage, j'aurais bien voulu connaitre la trajectoire d'un photon émis d'une étoile lointaine et dévié par notre soleil venant ensuite heurter un quartz... j'aurais aimé connaitre la direction prise par lui dans la matière...

Le continuum spatio-temporel qui est au soubassement de l’usage des équations différentielles, fondement de théorie du champ, est une entité abstraite et construite par la pensée, et que sa justification ne tient pas à une évidence de notre intuition.

Que le continuum d'espace-temps soit une construction mentale, conceptuelle et symbolique, dont rien n’assure que les éléments de base correspondent à quelque chose de véritablement “réel”, cela n’est pas vraiment une découverte. On le sait depuis, au moins, la mécanique du point matériel et des quantités différentielles, fondées sur des grandeurs qui, tout en étant de portée physique, sont idéelles, et se présentent comme des abstractions idéales de réalités supposées.

Donc la seule façon de construire un discours cohérent est de l'inscrire dans un cadre :

L'état des lieux de la physique sur le sujet (en espérant être exhaustif) :

- la théorie ultime de la lumière est l'électro-dynamique quantique, qui relève de la physique quantique des champs (ou physique quantique relativiste) ; les photons y apparaissent comme des modes d'excitation d'un champ quantique ; c'est la seule théorie rendant compte de tous les phénomènes d'interaction entre champ électro-magnétique et matière

- une théorie ondulatoire couvre la plupart des phénomène liées à la propagation, c'est l'optique ondulatoire classique (plus peut-être la théorie des antennes pour les grandes longueurs d'onde)

- une théorie ondulatoire couvrant l'interaction électro-magnétique, ce sont les équations de Maxwell

- une théorie corpusculaire ad-hoc pour l'effet photo-électrique (Einstein), et qui couvre les notions simples d'absorption et d'émission à l'échelle atomique ou moléculaire

En fonction de l'objectif d'étude visé

Patrick

[invitec9c0a685]

Dommage, j'aurais bien voulu connaitre la trajectoire d'un photon émis d'une étoile lointaine et dévié par notre soleil venant ensuite heurter un quartz... j'aurais aimé connaitre la direction prise par lui dans la matière...

C 'est vrai quoi... au bout d'un si long chemin parcouru... 0n finit par s'attacher... et tout cela pour diluer ce fameux voyageur dés le premier micron de vide inter atomique parcouru au sein d'un vulgaire quartz en probabilités diverses et variées... Ce monde est foncièrement cruel...

[invitec9c0a685]

C 'est vrai quoi... au bout d'un si long chemin parcouru... 0n finit par s'attacher... et tout cela pour diluer ce fameux voyageur dés le premier micron de vide inter atomique parcouru au sein d'un vulgaire quartz en probabilités diverses et variées... Ce monde est foncièrement cruel...

je reformule mon interrogation...car j'ai l'impression quelle n'étonne que moi...
Malgré tout, la trajectoire de ce photon émis il y a quelques millions d'années par une étoile lointaine et déviée par la gravitation de mille soleils sur sa trajectoire vient à tomber sur un morceau de calcite...
et là... dés le premier micron de sa traversée dans le vide de la matière calcite, sans jamais ne rien heurter, il va choisir son chemin... soit le chemin ordinaire... soit le chemin extraordinaire?
Pourquoi d'ailleurs appelle t'on extraordinaire le deuxième chemin...? (ps: Chemin extraordinaire..c'est bien la preuve qu'il y a quelque chose pour le moins de pas très évident...)
De deux chose l'une... soit notre photon c'est partagé en 2 sans raison apparente puisqu'il n'a traversé somme toute que du vide, soit il avait dés le départ une propriété qui le prédestinait à choisir entre le chemin ordinaire et le chemin extraordinaire que lui offre le vide inter atomique de la calcite...

[Amanuensis]

jMalgré tout, la trajectoire de ce photon émis il y a quelques millions d'années par une étoile lointaine et déviée par la gravitation de mille soleils sur sa trajectoire vient à tomber sur un morceau de calcite...
et là... dés le premier micron de sa traversée dans le vide de la matière calcite, sans jamais ne rien heurter

C'est là le problème. Il heurte, et tout de suite ou presque...

Un photon ne peut pas "passer" à travers un réseau d'atomes de maille très inférieure à sa longueur d'onde. Maille de la calcite : ordre de grandeur 3 à 6 ångström; longueur d'onde d'un photon de lumière : de l'ordre de 5000 ångström (500 nm)

[invitec9c0a685]

C'est là le problème. Il heurte, et tout de suite ou presque...

Un photon ne peut pas "passer" à travers un réseau d'atomes de maille très inférieure à sa longueur d'onde. Maille de la calcite : ordre de grandeur 3 à 6 ångström; longueur d'onde d'un photon de lumière : de l'ordre de 5000 ångström (500 nm)

Bonjour...
La longueur de l'être photon n'est pas un problème pour se faufiler entre les mailles atomiques, il est sans doute sauvé par sa faible épaisseur puisqu'il parvient à traverser quand même...

[Amanuensis]

La longueur de l'être photon n'est pas un problème pour se faufiler entre les mailles atomiques,

Si vous le dites...

[Nicophil]

Du comportement spermatozoïdaire du photon...

[invitec9c0a685]

Si vous le dites...

Est-ce un refus d'explication
avouez que malgré tout, votre réponse est ambigüe puisque vous parlez de taille d'un photon et que vous confondez cette taille (on vit dans un univers à 3 dimensions pour le moins)avec sa longueur d'onde mesuré dans le sens de son déplacement...
Je vous réponds simplement que ce n'est pas parce qu’un objet est long qu'il ne peut pas passer au travers d'une maille aussi fine soit elle

[Amanuensis]

Est-ce un refus d'explication

C'est un refus de répéter un point qui a été nié sans argument, sans même qu'on puisse savoir s'il a été compris ou non.

Vous n'apprécierez quand même pas que je choisisse de penser qu'il n'a pas été compris mais que vous le niez quand même ? Par défaut, le point a donc été compris, je n'ai donc pas d'explication à ajouter.

[Amanuensis]

Evous parlez de taille d'un photon

Su vous avez vu à un quelconque endroit que je parlais de la taille d'un photon, vous avez des dons de lecture qui m'échappent.

[obi76]

Bonjour,

je rappelle que nous sommes ici sur un forum scientifique. Donc les pseudo-théories personnelles sont interdites, et les discussions sans savoir de quoi on parle à éviter, c'est quand même le minimum de l'humilité.
Si vous êtes assez compétent en la matière pour répondre à ce problème, faites le, sinon abstenez vous.

Pour la modération,

[Amanuensis]

OK, je m'abstiendrai d'intervenir sur ma pseudo théorie personnelle. Je laisse Mct92mct exposer ce qu'on enseigne partout sur le passage des photons dans les cristaux. Je m'excuse de ne pas avoir fait suffisamment preuve d'humilité.

[obi76]

Inutile de prendre pour vous un recadrage dont il est évident qu'il était adressé à Mct92mct.

[invitec9c0a685]

Inutile de prendre pour vous un recadrage dont il est évident qu'il était adressé à Mct92mct.

j'aimerais bien savoir quelle théorie personnelle j'ai exposé?
Pour l'instant, j'ai simplement posé une question et aussi émis un doute sur l'argument explicatif d'Amanuensis (entendu de nombreuses fois néanmoins) suivant:
"Un photon ne peut pas "passer" à travers un réseau d'atomes de maille très inférieure à sa longueur d'onde. Maille de la calcite : ordre de grandeur 3 à 6 ångström; longueur d'onde d'un photon de lumière : de l'ordre de 5000 ångström (500 nm)"
En effet, je connais des trains de plusieurs km de long capable de traverser des montagnes dans des tunnels de moins de 5m de rayon...
Et je ne peux admettre une chose affirmée qui ne soit pas démontrée...Or le fait que la longueur d'onde d'un photon de lumière visible soit de 500 nanomètre n’empêche aucunement jusqu’à preuve du contraire qu'il puisse passer au travers de mailles aussi petites soient-elles. Seul un argument sur la section frontale (perpendiculaire à son déplacement) du photon pourrait éventuellement expliquer une interférence de trajectoire entre la matière et le photon.

[Deedee81]

Ca :

La longueur de l'être photon n'est pas un problème pour se faufiler entre les mailles atomiques, il est sans doute sauvé par sa faible épaisseur puisqu'il parvient à traverser quand même...

C'est une affirmation pas une question, c'est personnel et c'est une bêtise

Et ça :

En effet, je connais des trains de plusieurs km de long capable de traverser des montagnes dans des tunnels de moins de 5m de rayon...

C'est une analogie foireuse.

Et je ne peux admettre une chose affirmée qui ne soit pas démontrée...

C'est normal. Mais alors, au lieu d'émettre des objections absurdes, demande confirmation, demande des références (par exemple sur la longueur d'onde et la taille des mailles, il suffit de consulter des références sur la diffraction, les réseaux de Braggs, etc... sur l'optique ondulatoire en général ou sur interaction entre lumière et matière en général pour une approche beaucoup plus poussée)

Et je rappelle que les critiques sur la modération doivent se faire par MP. Tu as le droit de ne pas être d'accord avec une remarque de la modération, mais dans ce cas tu le signale au modérateur concerné par MP et si tu estimes qu'il y a une attitude injuste, tu peux toujours demander l'avis d'un autre modérateur du forum. Pour le coups, c'est fait, voir mes remarques ci-dessus.

[Deedee81]

C'est une affirmation pas une question, c'est personnel et c'est une bêtise

Dans les références, j'oubliais de dire que pour ce point, les références (qui montrent que l'affirmation est absurde) c'est du côté de la mécanique quantique qu'il faut chercher. Mais ce n'est pas nécessaire stricto sensus pour répondre à la question de la lumière et la calcite.

[invitec9c0a685]

Ca :



C'est une affirmation pas une question, c'est personnel et c'est une bêtise

Parfois des affirmations peuvent être des questions non formulées...

Et ça :



C'est une analogie foireuse.

Quand aux analogies, elles veulent simplement dire qu'une longueur d'onde ne suffit pas pour définir la géométrie d'une particule comme le photon et notamment, sa section efficace...
Quand à l'exercice d'équilibriste qui consiste à passer de théorie vibratoire en théorie corpusculaire en fonction
du phénomène physique il m'a toujours rendu mal à l'aise pas vous?

[invite6754323456711]

Quand à l'exercice d'équilibriste qui consiste à passer de théorie vibratoire en théorie corpusculaire en fonction
du phénomène physique il m'a toujours rendu mal à l'aise pas vous?

Vous confondez les « objets ordinaires » et leur représentation par nos sens perceptifs, qui n’ont aucune vertu pour la science, des « d’entités/concepts scientifiques » et leurs représentations sous forme de modèle qui sont à la fois factuels et intellectuels.


Patrick

[Zefram Cochrane]

Bonjour
Je voudrais avoir une précisions sur la loi des sinus et leur relation éventuelle avec la réfraction

Quand un photon passe du milieu 1 au milieu 2 sa célérité va changer suivant la loi des sinus.
Or, cette loi fait intervenir un troisième vecteur. Ma question est a quoi correspond ce troisième vecteur?
Cordialement
Zefram

[Deedee81]

Salut,

Vous confondez les « objets ordinaires » et leur représentation par nos sens perceptifs, qui n’ont aucune vertu pour la science, des « d’entités/concepts scientifiques » et leurs représentations sous forme de modèle qui sont à la fois factuels et intellectuels.

Pris de vitesse

J'allais dire que cette histoire onde - corpuscule, ça ne se rencontre que dans les interprétations (la zone d'ombre entre physique et philosophie ) ou dans la vulgarisation.

Dans la pratique scientifique, qu'elle soit expérimentale ou théorique, cette question ne se pose jamais. Les équations avec leurs grandeurs reliées aux valeurs expérimentales ne font pas d'exercices d'équilibriste (par contre, elle font fumer les calculateurs ).

Je voudrais avoir une précisions sur la loi des sinus et leur relation éventuelle avec la réfraction

Quand un photon passe du milieu 1 au milieu 2 sa célérité va changer suivant la loi des sinus.
Or, cette loi fait intervenir un troisième vecteur. Ma question est a quoi correspond ce troisième vecteur?

Tu ne pourrais pas être un peu plus précis ? Car là je ne vois pas de quoi tu parles. Ce ne serait pas le vecteur normal à la surface par hasard ? (mais là sa signification est, il me semble, assez évidente).

[invitec9c0a685]

Vous confondez les « objets ordinaires » et leur représentation par nos sens perceptifs, qui n’ont aucune vertu pour la science, des « d’entités/concepts scientifiques » et leurs représentations sous forme de modèle qui sont à la fois factuels et intellectuels.


Patrick

Bien, alors ma question est trés simple... vous avez un photon de lumière jaune arrivant du vide qui vient se cracher sur un quartz de calcite avec un angle de 45° par rapport à un plan de taille de ce quartz perpendiculaire à l'axe principal de sa structure orthorhombique quel va être le chemin pris par ce photon unique, vous pourrez bien entendu utiliser votre modèle à la fois factuel et intellectuel... pour déterminer si il y a réflexion, non réflexion , réfraction normale, ou réfraction extraordinaire, la position des atomes étant connues...
Au passage... j'ai une question subsidiaire amusante... si l'on considère la longueur d'onde du photon aux alentours de 500 nanomètres que se passe t'il quand il a passé seulement de 250 nanomètres la surface du plan ?
Le photon est il tordu?

[Deedee81]

Salut,

La notion de trajectoire et de position précise perd de son sens en mécanique quantique. Un photon correspondant à une onde monochromatique plane a théoriquement une dimension.... infinie (tout l'espace). Evidemment, en pratique, c'est plutôt un paquet d'ondes (d'autant que s'il est absorbé, réfléchi, etc.... il ne saurait pas être une onde monochromatique plane parfaite).

Si le photon a une longueur d'onde de 500 nm, alors le paquet d'onde (autant le long de la trajectoire, que dans la direction transversale) ne saurait pas avoir une taille de moins que deux ou trois fois cette taille. Si on essaie d'obtenir un paquet plus petit, on se retrouve avec un état correspondant à une superposition quantique de fréquences très élevées (longueurs d'ondes toutes petites) et une énergie beaucoup plus grande. En fait, j'utilise ici le langage de la mécanique quantique car on parle de photon, mais tout ça se retrouve dans le domaine classique avec les ondes électromagnétiques, les transformées de Fourier, etc... La lumière ayant la gentillesse d'avoir un comportement ondulatoire très proche du comportement quantique (contrairement à un caillou qui a un comportement extrêmement différent d'un électron).

Le photon arrivant sur la calcite a donc une probabilité très élevée d'interagir avec les électrons du cristal (d'autant que les électrons de liaison sont eux aussi dispersés, à l'extrême même quand il y a une bande de conduction). Le photon va être absorbé (excitant un état électronique, qui peut se retrouver sous forme d'un état électronique d'énergie plus grande, sous forme d'un phonons, etc.... Tout dépend du matériau et de sa structure) ou diffusé. Et il est impossible de dire à quel endroit précisément (c'est interdit par le principe d'indétermination et cela peut être vu comme une conséquence de la dispersion du photon et de l'électron).

Dans le cas non absorbé. Les interférences entre les composantes ondulatoire du photon font que la probabilité de diffusion ne peut se faire que dans des directions précises (lois de la réflexion et de la réfraction). A nouveau, il est impossible de dire à quel endroit exact le photon est diffusé. Par contre, si la direction du photon est extrêmement précise (ça, c'est possible, le vecteur d'onde peut être parfaitement défini), alors la direction de diffusion le sera aussi exactement.

Laisse tomber ces notions de "photon à un endroit précis", de "photon tordu", etc.... Tous ces concepts sont totalement faux.

[Amanuensis]

Le photon arrivant sur la calcite a donc une probabilité très élevée d'interagir avec les électrons du cristal

100% dès que la longueur d'onde est négligeable devant l'épaisseur à traverser.

Ce ne serait pas le vecteur normal à la surface par hasard ?

À la surface "moyennée" à la longueur d'onde, pas à la surface physique (pourquoi ? on peut citer la réponse de Newton: parce qu'on peut polir le verre).

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Une référence pour tout ça (surtout pour ceux qui aiment penser en termes de photons): évidemment QED -The Strange Theory of Light and Matter - R. Feynman (Princeton, 1985) [J'ai la flemme d'aller chercher le titre de la traduction...]

[Deedee81]

100% dès que la longueur d'onde est négligeable devant l'épaisseur à traverser.

Je suppose (sans faire le calcul) que c'est un truc du genre 1 - exp(-un milliard de milliards). Autant dire 100 %. En tout cas "probabilité élevée" n'était pas assez clair. Merci,

[Deedee81]

A noter que le verre (amorphe) ou le quarks (cristallin) n'absorbent que très partiellement la lumière car :
- il n'y a pas du tout d'électrons libres
- les niveaux d'énergie des électrons atomiques ou moléculaires ou des énergies de vibration sont tels qu'un photon dans la bande visible n'est pas à même d'exciter ces niveaux. Il n'y a donc (presque) pas d'interaction (il y a quand même une légère interaction, en particulier à cause de défauts de surface, de défauts cristallins, d'impuretés, ...).

[Amanuensis]

Je suppose (sans faire le calcul) que c'est un truc du genre 1 - exp(-un milliard de milliards). Autant dire 100 %.

Ben oui... C'est le forum physique. Sur le forum chimie, on dirait 100% pour 1-10^{-1}. Et dans le forum maths.......