Décalage vers le rouge et perte d'énergie

[invite752e4cdf]

Bonjour à tous,

Si l'on considère la lumière comme une onde, lorsqu'il y a décalage vers le rouge dû à l'éloignement de la source, la puissance du signal devrait rester la même, puisque seule la fréquence en change et non l'amplitude, et c'est l'amplitude seule qui en détermine la puissance d'une onde.

Par contre, si l'on utilise le modèle des photons, , la puissance ou intensité du signal devrait diminuer puisque moins de photon arriveront par unité de temps.

Lequel des deux modèles est vrai et applicable.

Merci.
-----

[invitec17b0872]

Bonjour,

Pourriez-vous donner le raisonnement par lequel vous en arrivez à dire qu'un décalage vers le rouge signifie que "moins de photons arriveront par unité de temps" ?
Bonne journée.

[invite4d47ddba]

l'equation de max plank modélisé pour expliquer le décalage dans le spectre lumineux:
http://jersey.uoregon.edu/vlab/prf/PRF.html

Rhodes te demande pourquoi tu considères le photon sans parler expliquer comment tu différenties la fréquence et l'amplitude

[invitec17b0872]

En vérité j'ai peur que notre ami confonde "fréquence de l'arrivée des photons" ((plus à proprement parler un flux ou un débit de photons) et la fréquence de l'onde associée.
D'où ma question pour voir où réside vraiment la problématique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

Les deux vont ensemble. Si une source émet x photons par seconde (mesuré localement) à la longueur d'onde L (mesurée localement), et qu'on se met dans le cas d'un décalage vers le rouge d'origine cosmologique (dû à la distance) le rythme de réception (1) est kx photons par seconde, à une longueur d'onde de L/k, k le facteur de décalage, inférieur à 1.

(1) En supposant un récepteur qui reçoit tous les photons émis, ce qui n'est pas le cas dans les cas pratiques comme par exemple ce qu'on reçoit d'une galaxie lointaine.

[Zefram Cochrane]

Bonjour,
l'énergie d'un photon ne change pas, ce qui change, c'est notre perception de cette énergie (Période et longueur d'onde) du fait de notre vitesse relative par rapport à la source.

Cordialement,
Zefram

[invite4d47ddba]

Les deux vont ensemble. Si une source émet x photons par seconde (mesuré localement) à la longueur d'onde L (mesurée localement), et qu'on se met dans le cas d'un décalage vers le rouge d'origine cosmologique (dû à la distance) le rythme de réception (1) est kx photons par seconde, à une longueur d'onde de L/k, k le facteur de décalage, inférieur à 1.

(1) En supposant un récepteur qui reçoit tous les photons émis, ce qui n'est pas le cas dans les cas pratiques comme par exemple ce qu'on reçoit d'une galaxie lointaine.

je change la représentation:
soit un triangle (trigonométrique) Ehv, la distance entre le barycentre ( xphotons) et les coins sont de longueur d'onde L;
si le barycentre est pondéré kx photons, que ce passe t'il si le barycentre pondéré sort du triangle?

c'est cela.

[Nicophil]

Bonjour,

(1) En supposant un récepteur qui reçoit tous les photons émis, ce qui n'est pas le cas dans les cas pratiques comme par exemple ce qu'on reçoit d'une galaxie lointaine.

C'est vrai, aussi je suggère de considérer que le récepteur reçoit toute la lumière émise pendant une durée t (t=10 secondes par exemple) par un laser qui s'éloigne.
Si le laser émet 10 kJ en 10 s, le récepteur recevra ces 10 kJ en plus de 10 s (c constante, distance augmentée). Donc puissance diminuée.

[invite4d47ddba]

pour les galaxies, la vitesse de la lumière est toujours de 300000km/s comment expliquer le décalage de temps s'il en est?
il y a un effondrement de l'espace parcourue et du temps pondéré.

[Paraboloide_Hyperbolique]

pour les galaxies, la vitesse de la lumière est toujours de 300000km/s comment expliquer le décalage de temps s'il en est?
il y a un effondrement de l'espace parcourue et du temps pondéré.

Au risque de créer un "off topic", je ne comprend pas votre dernière phrase. Qu'est ce que vous entendez par "effondrement de l'espace" et "temps pondéré" ?
Ne s'agit-il pas tout simplement du red-shift observé du fait que l'on observe les galaxies lointaines s'éloigner de nous à une certaine vitesse ?

[Amanuensis]

C'est vrai, aussi je suggère de considérer que le récepteur reçoit toute la lumière émise pendant une durée t (t=10 secondes par exemple) par un laser qui s'éloigne.
Si le laser émet 10 kJ en 10 s, le récepteur recevra ces 10 kJ en plus de 10 s (c constante, distance augmentée). Donc puissance diminuée.

Il y a aussi diminution de l'énergie totale.

En terme de puissance lumineuse, le facteur joue toujours deux fois.

[Nicophil]

et qu'on se met dans le cas d'un décalage vers le rouge d'origine cosmologique (dû à la distance)

OP considère l'effet doppler (non-relativiste), non?
Je vais reformuler à nouveau sa question: Après avoir éliminé la "dilution" de puissance et d'énergie grâce au laser idéal, concentrons-nous maintenant sur l'énergie (comme dans le titre) plutôt que sur la puissance (comme dans le développement):
- Avec le modèle du photon: fréquence diminuée, donc chacun des photons a une énergie moindre à la réception qu'à l'émission, donc énergie totale diminuée?
- Avec le modèle de l'onde: puissance diminuée mais durée allongée, proportionnellement?

[Amanuensis]

OP considère l'effet doppler (non-relativiste), non?

Possible. C'est le mot "éloignement" qui m'a troublé : pour moi le décalage vers le rouge causé par l'éloignement, au sens "être loin", c'est le cosmologique. Maintenant, effectivement, "éloignement" peut être compris comme "qui s'éloigne", donc une notion de vitesse.

Si on prend un modèle classique, il y a conservation de l'énergie totale. Mais faut faire attention à la quantité de mouvement.

Prenons un modèle simple en se lançant des objets de masse non nulle : la perte d'énergie calculée par l'émetteur relativement à son référentiel n'est pas égale au gain du récepteur relativement à son référentiel à lui s'ils ont une vitesse relative non nulle. Il peut y avoir une perte d'énergie apparente qui est due à une comparaison entre deux référentiels différents.

Pas fait le calcul, mais il est bien possible que les deux modèles (photons et onde) donne la même valeur pour cette perte apparente d'énergie. (Mais en classique elle ne peut être qu'apparente, causée par la comparaison dans deux référentiels distincts.)

[invite752e4cdf]

OP considère l'effet doppler (non-relativiste), non?
Je vais reformuler à nouveau sa question: Après avoir éliminé la "dilution" de puissance et d'énergie grâce au laser idéal, concentrons-nous maintenant sur l'énergie (comme dans le titre) plutôt que sur la puissance (comme dans le développement):
- Avec le modèle du photon: fréquence diminuée, donc chacun des photons a une énergie moindre à la réception qu'à l'émission, donc énergie totale diminuée?
- Avec le modèle de l'onde: puissance diminuée mais durée allongée, proportionnellement?

C'est justement ce que je ne comprends pas. A ce moment l'éloignement de l'objet émetteur (tel qu'une galaxie lointaine), entraînerait non seulement un décalage vers le rouge, mais aussi une diminution de l'amplitude de l'onde??!.

POurquoi alors?, ...et cela se produit-il également avec le son.?

Merci.

[invite4d47ddba]

Au risque de créer un "off topic", je ne comprend pas votre dernière phrase. Qu'est ce que vous entendez par "effondrement de l'espace" et "temps pondéré" ?
Ne s'agit-il pas tout simplement du red-shift observé du fait que l'on observe les galaxies lointaines s'éloigner de nous à une certaine vitesse ?

c'est ce que je pensais, mais il ne faut pas oublier que le photon est une onde corpusculaire.
il me manque la donné "es ce que l'onde corpusculaire est le fait de l'air, dans l'espace est elle encore?"
je doute du choix des chiffres sur ces valeurs.
si kx photon, dépasse E h ou v il y a une notion d'onde gravitationnelle.

il doit y avoir quelque chose qui infirme l'idée que la vitesse de la lumière dans le vide est constante et indépassable.
par contre, l'idée est de trouver le pourquoi exacte.

[invite4d47ddba]

et avant d'etre rouge elle doit, peut etre, être bleue ou blanche. ou l'inverse.

c'est un peut compliqué. plusieurs signe qui se chevauche dans l'hyperplan.
plus de I²=-1

[Nicophil]

C'est justement ce que je ne comprends pas. A ce moment l'éloignement de l'objet émetteur (tel qu'une galaxie lointaine), entraînerait non seulement un décalage vers le rouge, mais aussi une diminution de l'amplitude de l'onde??!

Ben oui, pourquoi? c'est la modification de la fréquence qui est dure à avaler, la diminution de l'amplitude c'est "banal"...

Abandonnant mon laser idéal, reprenons ton exemple d'une étoile s'éloignant à vitesse constante d'un récepteur. Pour 10 secondes d'émission de photons:
1) Le récepteur reçoit une infime fraction des photons émis par l'étoile.
2) L'énergie lumineuse reçue est légèrement diminuée, de la même façon que l'énergie cinétique d'un groupe d'électrons serait légèrement diminuée par changement de référentiel entre l'émetteur et le récepteur (merci à Amanuensis de l'avoir rappelé).
3) Cette énergie reçue s'étale sur une durée légèrement plus grande que la durée d'émission: donc moins de photons reçus à la seconde.

Photon et onde n'étant que les deux faces d'une même médaille, l'amplitude de l'onde électromagnétique est donc impactée à ces 3 niveaux (bien sûr le 1er facteur est énorme par rapport aux deux autres).

[Paraboloide_Hyperbolique]

c'est ce que je pensais, mais il ne faut pas oublier que le photon est une onde corpusculaire.
il me manque la donné "es ce que l'onde corpusculaire est le fait de l'air, dans l'espace est elle encore?"
je doute du choix des chiffres sur ces valeurs.

En ce qui me concerne, un photon est une excitation d'un champ électromagnétique qui s'étend dans tout l'espace. Ce n'est donc ni le fait de l'air ou de l'espace, mais d'un champ.

si kx photon, dépasse E h ou v il y a une notion d'onde gravitationnelle.

Attention, il me semble que vous comparez des quantités de dimensions (unités) différentes. Pouvez-vous préciser votre pensée ?

il doit y avoir quelque chose qui infirme l'idée que la vitesse de la lumière dans le vide est constante et indépassable.
par contre, l'idée est de trouver le pourquoi exacte.

Pas dans le paradigme scientifique actuel en tout cas.

Je repose une question: Qu'est ce que vous entendez par "effondrement de l'espace" et "temps pondéré" ?
Je vois ce vocabulaire souvent sur le net, sans avoir jamais eu de définition précise et satisfaisante de ce que c'est.

[invite4d47ddba]

n'importe nawak?

[Paraboloide_Hyperbolique]

Ben oui, pourquoi? c'est la modification de la fréquence qui est dure à avaler, la diminution de l'amplitude c'est "banal"...

Abandonnant mon laser idéal, reprenons ton exemple d'une étoile s'éloignant à vitesse constante d'un récepteur. Pour 10 secondes d'émission de photons:
1) Le récepteur reçoit une infime fraction des photons émis par l'étoile.
2) L'énergie lumineuse reçue est légèrement diminuée, de la même façon que l'énergie cinétique d'un groupe d'électrons serait légèrement diminuée par changement de référentiel entre l'émetteur et le récepteur (merci à Amanuensis de l'avoir rappelé).
3) Cette énergie reçue s'étale sur une durée légèrement plus grande que la durée d'émission: donc moins de photons reçus à la seconde.

Photon et onde n'étant que les deux faces d'une même médaille, l'amplitude de l'onde électromagnétique est donc impactée à ces 3 niveaux (bien sûr le 1er facteur est énorme par rapport aux deux autres).

Merci pour cette réponse claire et limpide. Je n'aurais pu faire mieux

n'importe nawak?

??

[invitea7d0ea05]

On a expliqué le rapport « éloignement d’une source » sur « décalage vers le rouge » par une expansion de l’univers, on aurait pu imaginer que le photon voyageur paye une contribution à la distance parcourue par une diminution de son énergie, qu’il payerait au vide ou à la matière noire ou ??? (langage imagé évidemment)
Il y a-t-il un principe qui interdit d’envisager cette deuxième hypothèse

[Deedee81]

Salut,

On a expliqué le rapport « éloignement d’une source » sur « décalage vers le rouge » par une expansion de l’univers, on aurait pu imaginer que le photon voyageur paye une contribution à la distance parcourue par une diminution de son énergie, qu’il payerait au vide ou à la matière noire ou ??? (langage imagé évidemment)
Il y a-t-il un principe qui interdit d’envisager cette deuxième hypothèse

Cette idée ancienne est ce qu'on appelle la "lumière fatiguée".

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re_fatigu%C3%A9e

Cette hypothèse est réfutée par l'observation. Avec l'utilisation des "chandelles standard" http://fr.wikipedia.org/wiki/Chandelle_standard on peut dans certains cas relier la durée d'un phénomène à sa luminosité (par exemple la durée de la courbe de luminosité des supernovae de type Ia est très bien reliée à leur luminosité). Ainsi, en mesurant la luminosité (qui diminue comme le carré de la distance) et la durée on peut en déduire la distance avec une bonne précision (si la chandelle est "calibrée", ce qui est le cas par recoupement entre les différentes chandelles et les mesures de parallaxes pour les objets proches).

Mais on doit aussi tenir compte du fait que la durée apparente d'un phénomène est augmentée dans la même proportion que le décalage vers le rouge ! C'est un simple phénomène dû au fait que les signaux lumineux mettent de plus en plus de temps pour arriver au fut et à mesure que l'objet s'éloigne.

On peut donc dire aisément si le décalage est dû à l'expansion (ou à une vitesse propre) ou bien s'il est dû à un quelconque rougissement de la lumière dû à un phénomène quelconque éventuellement inconnu.

Résultat des observations : la lumière fatiguée n'existe pas.

[invitea7d0ea05]

Salut,



Cette idée ancienne est ce qu'on appelle la "lumière fatiguée".

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re_fatigu%C3%A9e

Cette hypothèse est réfutée par l'observation. Avec l'utilisation des "chandelles standard" http://fr.wikipedia.org/wiki/Chandelle_standard on peut dans certains cas relier la durée d'un phénomène à sa luminosité (par exemple la durée de la courbe de luminosité des supernovae de type Ia est très bien reliée à leur luminosité). Ainsi, en mesurant la luminosité (qui diminue comme le carré de la distance) et la durée on peut en déduire la distance avec une bonne précision (si la chandelle est "calibrée", ce qui est le cas par recoupement entre les différentes chandelles et les mesures de parallaxes pour les objets proches).

Mais on doit aussi tenir compte du fait que la durée apparente d'un phénomène est augmentée dans la même proportion que le décalage vers le rouge ! C'est un simple phénomène dû au fait que les signaux lumineux mettent de plus en plus de temps pour arriver au fut et à mesure que l'objet s'éloigne.

On peut donc dire aisément si le décalage est dû à l'expansion (ou à une vitesse propre) ou bien s'il est dû à un quelconque rougissement de la lumière dû à un phénomène quelconque éventuellement inconnu.

Résultat des observations : la lumière fatiguée n'existe pas.

Merci pour la réponse.
Si j'ai bien compris, la durée d'un phénomène (supernovae type Ia) est une fonction de la distance où se produit ce phénomène, fonction "identique" au décalage vers le rouge.
En recherchant à partir des remarques, j'ai trouvé le document : http://www.blog-serge.chaudourne.fr/...univers_SC.pdf. qui est apparemment bien fait et à la portée d'un ancien ingénieur

[Deedee81]

Si j'ai bien compris, la durée d'un phénomène (supernovae type Ia) est une fonction de la distance où se produit ce phénomène, fonction "identique" au décalage vers le rouge.

Tout à fait. C'est une dilatation du temps apparente (rien à voir avec la dilatation du temps relativiste !!! D'ailleurs certains ici n'aiment pas cette appellation malgré l'adjectif "apparent").

On aurait le même phénomène avec le son (mais l'expérience n'est pas simple à faire). Par exemple, lorsqu'une ambulance s'éloigne, on le sait, le pin pon est plus grave. Mais les pin et les pon sont aussi plus espacé. Mais il faut les mesurer avec précision car l'écart n'est pas énorme (notre oreille est plus sensible aux fréquences qu'à ça). C'est normal : les ambulances sont loin de rouler à mach 1.

Ici, c'est le même mais avec la lumière au lieu du son.

[invitea7d0ea05]

Ayant admis l’inflation de notre univers, j’en suis venu à me poser la question sur ce que l’on observe à la distance de Hubble.
A cette distance, les sources s’éloignent de nous à la vitesse de la lumière, ce qui les masque à notre vue.
A une distance légèrement inférieure, on commence à apercevoir des objets, mais dont le décalage vers le rouge est tel, que nous atteignons les onde centimétriques ou même plus.
Quel est le rapport avec les résultats et les interprétations de COBE

[Gilgamesh]

Quel est le rapport avec les résultats et les interprétations de COBE

Le CMB a été émis par un plasma à 3000 K avec une longueur d'onde crête de l'ordre de lambda=1 µm .
Il est reçu avec un décalage de z ~ 1100 soit à environ lambda=1 mm ce qui correspond à une température de la source de T ~ 3K

Ça répond à ta question ?

[invitea7d0ea05]

Le CMB a été émis par un plasma à 3000 K avec une longueur d'onde crête de l'ordre de lambda=1 µm .
Il est reçu avec un décalage de z ~ 1100 soit à environ lambda=1 mm ce qui correspond à une température de la source de T ~ 3K

Ça répond à ta question ?

Pas tout a fait.
Comment se fait-il qu'on ne le reçoive qu'aujoud'hui alors qu'il a été émis il y a 15 milliard d'années et que ce corps noir était alors très proche de nous.

[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonjour,

On le reçoit bien depuis environ 13 milliards d'années (mais sa découverte expérimentale date de 1964 par Penzia et Wilson). Le CMB est présent partout dans l'Univers, y compris dans votre bureau. Il a eu juste le temps de voir sa longueur d'onde augmenter depuis.

[Deedee81]

Salut,

Pas tout a fait.
Comment se fait-il qu'on ne le reçoive qu'aujoud'hui alors qu'il a été émis il y a 15 milliard d'années et que ce corps noir était alors très proche de nous.

Dit autrement.

Le rayonnement CMB du gaz qui était près de "nous" à l'époque de son émission est maintenant très loin. Il a eut le temps de voyager en 13 milliards d'années. On ne risque pas de le capter.

Inversement, on capte le rayonnement CMB émis pas le gaz qui était situé à 13 milliards d'années lumière et qui s'est propagé jusque nous (en voyant sa longueur d'onde augmenter dans l'entre-fait).

P.S. au moment où le rayonnement a été émis, l'univers était déjà très grand. Au moins environ 26 milliards d'A.L. de diamètre voire beaucoup plus (même peut-être infini, on n'en sait rien en fait, mais pas moins que 26 car le rayonnement ayant alors le temps de faire "le tour de l'univers" cela se traduirait par des traces visibles dans le CMB).

[invitea7d0ea05]

Salut,

Inversement, on capte le rayonnement CMB émis pas le gaz qui était situé à 13 milliards d'années lumière et qui s'est propagé jusque nous (en voyant sa longueur d'onde augmenter dans l'entre-fait).

P.S. au moment où le rayonnement a été émis, l'univers était déjà très grand. Au moins environ 26 milliards d'A.L. de diamètre voire beaucoup plus (même peut-être infini, on n'en sait rien en fait, mais pas moins que 26 car le rayonnement ayant alors le temps de faire "le tour de l'univers" cela se traduirait par des traces visibles dans le CMB).

Finalement, l’univers visible à T=380 000 ans ,époque à laquelle les photons ont pu se propager dans l’espace, devait avoir une dimension supérieure à la limite de l’univers visible d’aujourd’hui.
A part qu’on n’a aucune idée sur la taille de l’univers à T=380 000ans et au delà, j’ai tout compris.
Merci