[Lumière] Questions photonique !

[Matrix_fr]

Bonjour,

j'ai quelques problème de conception dans ma tête à propos de la lumière, pourriez-vous m'éclairer?
Je vais procéder de la sorte: je donne mes raisonnements par étape, n'hésitez donc pas à me dire laquelle est fausse si c'est le cas, sinon à répondre sur la dernière qui sera la vrai question.

I - Création des photons
1/ Si j'ai une ampoule allumé, alors elle émet des photons.
2/ La lumière se déplace en ligne droite
3/ On dit que la lumière est émit dans toutes les directions
4/ Donc, où que je me déplace en tant qu'humain, je vois ces photons (lumière)
5/ Ceci implique que quelque soit le zoom que l'on fait et la position dans l'espace que l'on prend en direction de l'ampoule, on voit toujours la lumière
6/ Hors, ceci sous-entend qu'il y a donc un nombre infinie de photons qui couvrent l'ensemble des ax+b (infini) qui existent et qui représente l'ensemble des droites dans l'espace en partance de l'ampoule vers toutes les directions possible.
7/ Question: comment quelque chose de fini (les électrons dans l'ampoule,) génère quelques chose d'infini (les photons dans toutes les directions)?

II - Taille des photons
1/ Mon oeil est un capteur de photon qui "affiche" en fonction de ceux-ci (et de leur longer d'onde) les couleurs qui forment l'image des éléments présent dans l'espace, qui réfléchissent la lumière qui leur parviens jusqu'à mon oeil.
2/ Si on arrête le temps, pour un t donné, j'ai n photon présent "sur" ma rétine, où n est un nombre peut être infini (cf question I).
3/ Question: Combien de photons notre œil est t-il capable de voir? à partir de combien il ne fait plus la distinction? ou encore: De combien de "pixel" est notre résolution d'image rétinienne?

Annexe : Un photon a t-il une taille? si oui quel ordre de grandeur?


merci.
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[coussin]

Il n'y a pas une infinité de photon mais y en a beaucoup, vraiment beaucoup.
Un photon n'a pas de taille.
Les cellules de votre oeil peuvent réagir à un seul photon mais ce signal n'arrivera pas à votre cerveau (y a des filtres...) Dans ce lien ( http://math.ucr.edu/home/baez/physic..._a_photon.html), il est écrit que si 5 à 9 photons frappent votre rétine dans un intervalle de 100 ms, cela génère un signal qui ira jusqu'à votre cerveau

[Deedee81]

EDIT deuxième croisement avec coussin qui fait ça rien que pour m'embêter (non je rigole ). Mais merci pour la référence qui me manquait sur le nombre de photons pour "voir".

5/ Ceci implique que quelque soit le zoom que l'on fait et la position dans l'espace que l'on prend en direction de l'ampoule, on voit toujours la lumière

Hé bien non, en fait, si la lampe éclaire très très faiblement (sinon il y a tellement de photons à chaque fraction de seconde que c'est difficile à constater) et qu'on dévoile une plaque photographique pendant une fraction de seconde, celle-ci n'est impressionnée qu'en certains points.

Donc, non, on ne verrait pas toujours la lumière;

C'est particulièrement flagrant avec les capteurs CCD (charge coupled device, capables de détecter les photons un à un) utilisé par exemple en astronomie et qui reconstituent l'image d'objets extrêmement peu lumineux, point par point, en prenant le temps qu'il faut.

Un photon = un électron déplacé dans la rhodopsine de la rétine. Mais pour provoquer une impulsion nerveuse, il faut que suffisamment d'excitations aient lieu (ça évite les "parasites" ). Je ne sais pas combien.

La taille d'un photon est une notion ambigüe. Ce ne sont pas des particules classiques mais des objets quantiques. Alors il y a malheureusement plusieurs réponses !!!!
- L'interaction entre un photon et une autre particule est toujours ponctuelle. Taille zéro pour autant qu'on puisse le dire (en tout cas vraiment infime avec la précision atteinte dans les grands accélérateurs). C'est aussi le cas des électrons, mais pas des protons et neutrons qui ont une certaine "taille" (un peu floue).
- la longueur d'onde (puisqu'un photon est aussi une onde électromagnétique !)
- La section efficace = collision plus ou moins efficace comme si on assimilait l'interaction à des petites billes qui se touchent. Ca dépend de l'interaction considérée, ça dépend de l'énergie, elle est en tout cas assez importante avec un électron (grosso modo la longueur d'onde du photon, à confirmer), mais extrêmement faible dans les "collisions" entre photons (c'est vraiment très faible, mais ça a bien été calculé et mesuré)
- la probabilité de présence. Les objets quantiques ont une position indéterminée (à nouveau, ce sont aussi des ondes !) et leur position peut aller de "très précis" (grosso modo quelques longueurs d'onde) à "infiniment imprécis" (une photon de fréquence pure = onde monochromatique = "taille infinie", c'est une idéalisation)

Désolé de ne pas avoir de réponse plus "tranchée".

Bon week end,

[Matrix_fr]

Ok, pour le I, ça me parait donc logique, je résume:

il n'y a pas une infinité de photon et donc, il y a des positions de l'espaces qui reste "non éclairé" si on est aussi petit qu'un électron par exemple (tjs par rapport a mon ampoule). j'ai bon?

pour la taille, je comprends que ce soit compliqué à définir, mais du coup, maintenant que je sais qu'il y a un nombre fini de photons et qu'on sait qu'il faut environ 5 photon en mode "jour" pour avoir une image au cerveau de cette lumière, combien de "pixel" voit-on?
Autrement dit: notre rétine distingue/compte combien de récepteurs pour former une image?


J'en profite du lien donné (qui parle indirectement du sujet) pour demander un autre truc que je voulais savoir à propos des yeux:
J'ai eu cette expériences des dizaines et des dizaines de fois: lorsque je marche dans ma maison de nuit, lorsque tout est éteint sauf quelques veilleuses d'appareil. Je constate que je vois mieux la lumière sur le coté! (là où je ne regarde pas).
C'est assez bizarre mais, quand je regarde par exemple la fenêtre avec une faible lueur de la lune par exemple, si je fixe en direction de la lumière, cela ce noirci, je vois moins de lumière, et des que j’incline les yeux dans n'importe qu'elle autre direction, je vois mieux celle-ci...
Du coup je me suis déjà retrouver à marcher en regardant sur le coté pour en réalité me concentré sur le bord de mon oeil qui donnait une image plus "éclairé" des alentours, c'est grave docteur?

Dans le lien, ils disent qu'ils mettes les cobayes justement de coté dans leur expérience pour que ça tombe sur plus de "bâtonnets", donc ça semble normal? mais pourquoi ? j'ai du mal a comprendre/ça me parait pas spécialement logique que; quand je fixe la lumière, je la vois moins que si elle arrive sur le coté...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Paraboloide_Hyperbolique]

Ok, pour le I, ça me parait donc logique, je résume:

il n'y a pas une infinité de photon et donc, il y a des positions de l'espaces qui reste "non éclairé" si on est aussi petit qu'un électron par exemple (tjs par rapport a mon ampoule). j'ai bon?

pour la taille, je comprends que ce soit compliqué à définir, mais du coup, maintenant que je sais qu'il y a un nombre fini de photons et qu'on sait qu'il faut environ 5 photon en mode "jour" pour avoir une image au cerveau de cette lumière, combien de "pixel" voit-on?
Autrement dit: notre rétine distingue/compte combien de récepteurs pour former une image?

Bonsoir, c'est plus compliqué qu'une question de nombre de récepteurs. Notre oeil ne se comporte pas comme un capteur CCD. Premièrement car: nous avons 4 types de cellules capables de capter la lumière dans notre rétine:

-) 3 types de cellules "cônes" sensibles respectivement au "rouge" (~580 nm), au "vert" (~540 nm) et au "bleu" (~430 nm).
-) 1 type de cellules "bâtonnets" sensibles au "vert" (~500 nm).

Les bâtonnets sont majoritaires dans la rétine. Cependant, la répartition des cellules n'est pas homogène: les cônes sont concentrés dans une petite zone appelée la fovéa et qui correspond à notre zone de vision centrale. Si je me souviens bien, cette zone couvre environ 2% du champ de vision.

Ensuite, il y a environ 100 millions de cellules (bâtonnets et cônes) dans une rétine et seulement 10 millions de fibres nerveuses transmettant les signaux visuels au cerveau. Il y a donc plusieurs cellules reliées à une seule fibre nerveuse en moyenne. Cependant, encore là, la répartition des fibres nerveuses n'est pas homogènes: si mes souvenirs sont bons, les cellules de la fovéa ont presque une fibre nerveuse par cellule, tandis que les cellules de la périphérie sont parfois à 100 cellules par fibre nerveuse.

Du fait de ces répartitions inhomogènes en cellules et en fibres nerveuses, le champ de vision périphérique est très différent du champ de vision central (plus flou et en noir et blanc). De plus, le nerf optique traverse la rétine à proximité de la fovéa. Il y a donc une "zone aveugle" dans notre champ de vision.

Enfin, les sensibilités des différents types de cellules varie avec les conditions de lumière. Dans leurs zones de sensibilités respectives, les bâtonnets sont plus réactifs que les cônes en conditions de faibles luminosités (ils ont besoins de moins de photons dans leur zone de sensibilité pour envoyer un signal).

Ce que je trouve très beau, c'est que le cerveau parvient à reconstituer une image plus ou moins correcte* à partir des informations parcellaires envoyées par les yeux (une image vraiment nette que sur 2% de sa surface, plus ou moins floue ailleurs, avec de grandes zones en noir et blanc et un trou dedans).

*Il arrive que la reconstitution soit incorrecte, notamment dans le cas des "illusions d'optique".