Photon: à la fois particule et onde?

[Matrix_fr]

Bonjour,

j'ai souvent entendu dire que le Photon était à la fois une particule et une onde, mais j'avoue que ça n'a aucun sens pour moi et je ne comprend pas bien ce que ça veux dire concrètement. Comment es-ce possible?


Si le photons est une particule et peut importe sa taille; si on imagine qu'on envoi un très très grand nombre de photons en même temps au même endroit, il y aura tellement de particule que celle qui constitue par exemple ma main, ne pourra plus passé, ainsi pourrait-on toucher la lumière?

Merci d'essayé de m'expliquer de manière compréhensible pour un néophyte
-----

[albanxiii]

Bonjour,

Pour faire simple, dans certaines situations la lumière se comporte comme une onde, et dans d'autres situations, elle se comporte comme une particule.
Votre titre : "photon : à la fois particule et onde" n'est pas correct, puisque le mot photon est associé au corpuscule.

Dans le cas d'un flux important de photon, il vaut mieux considérer le phénomène comme une onde. Vous ne pourrez pas la toucher (à moins qu'elle ne soit si intense qu'elle vous brûle la main).

Pour creuser, je peux vous envoyer vers le cours "Rayonnement quantique" d'Alain Laverne, mais si vous êtes néophyte et ne connaissez pas l'électromagnétisme de Maxwell-Lorentz, vous ne pourrez pas en tirer beaucoup de bénéfices... (cherchez le mot Chamrousse, vous trouverez un exemple de situation où on se demande s'il faut considérer l'émission d'une station radio comme une onde ou un flux de photons).

@+

[Matrix_fr]

Je vois, et le fait que ça brule vient d'où concrètement? La vitesse joue un rôle?

D'ailleurs au passage question annexe, es-ce qu'un photo peut être immobile? Pourquoi?

merci

[invite50625854]

Bonjour,

D'ailleurs au passage question annexe, es-ce qu'un photo peut être immobile? Pourquoi?

Je vais probablement dire plein de bêtise, mais je pense qu'il faut d'abords je forger une bonne image de la lumiere.
Et pour un novice (dont je fais parti), je pense que le terme photon devrait se limiter a ca :
- Quand la lumière (l'onde) interagit avec la matiere, elle peut donner de l'energie a la matiere, en perdant un photon (quantite d'energie finie).
Donc pas la notion de trajectoire, ou de mouvement pour le photon.
L'image, certainement fausse, c'est que le photon intervient uniquement au moment des interactions.
Entre l’émission et la détection/absorption de ce photon je pense qu'il est inutile, voir même probablement faux, de penser en terme de photon.

Donc mon conseil, toujours raisonner en terme d'onde !

Et voir le photon simplement comme une petite quantité d’énergie élémentaire impliquée lors des echanges avec la matière. Pour un novice ça me parait largement suffisant.

La notion de trajectoire n'ayant pas vraiment de sens lorsqu'on se pose la question avec les particules élémentaires. Donc si on veut savoir comment ça bouge, raisonner en terme d'onde me parait assez sage, et suffisant.

Ensuite,
La lumière dans un cristal 3D peut être localisée (fréquence de l'onde = fréquence de Bragg).
On peut aussi avoir des phénomènes de raisonance comme dans les cavités (lumière coincée entre 2 miroir).

Si on parle en terme d'onde il faudrait alors préciser si on s’intéresse a la vitesse de groupe, de phase, ou autre...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Donc mon conseil, toujours raisonner en terme d'onde !

Et voir le photon simplement comme une petite quantité d’énergie élémentaire impliquée lors des echanges avec la matière. Pour un novice ça me parait largement suffisant.

Je ne peux qu'approuver.

D'ailleurs, ça s'applique à toute particule. Bien que lorsque l'approximation classique marche bien, c'est plus facile de voir un objet massif comme un objet "corpusculaire" (bien délimité, localisé, avec trajectoire précise). Faudrait être cinglé pour calculer la trajectoire d'un caillou lancé en l'air en utilisant la mécanique ondulatoire.

Mais impossible de comprendre le comportement d'un électron si on ne le voit pas comme une onde (même si ce n'est pas une onde classique à cause des interactions "ponctuelles et quantifiées" et le coté hautement non classique des fonctions d'ondes à plusieurs particules, manifestant par exemple le phénomène d'intrication).

Pour ce qui est du photon, sans masse et se déplaçant toujours à grande vitesse, la vue ondulatoire est absolument parfaite. D'ailleurs, même en théorie quantique des champs (LA théorie des photons), les photons sont des excitations du champ électromagnétique que l'on classe généralement en états de longueur d'onde, polarisation et direction précise (polarisation + vecteur d'onde précis, base d'états dit de l'espace de Fock des photons), un tel photon (d'énergie h.nu) correspond à une onde monochromatique plane répandue dans tous l'espace (en pratique il faut toujours former des paquets d'ondes ou "disperser" un peu ces solutions idéalisées, même ne fut-ce que pour des raisons mathématiques car une onde monochromatique étant de durée infinie, elle n'est pas normalisable, ce qui est toujours ennuyant en mécanique quantique).

[albanxiii]

Re,

Je vois, et le fait que ça brule vient d'où concrètement? La vitesse joue un rôle?

Ca chaiuffe parce que votre peau absorbe cetains photons (pas tous) et c'est donc un apport d'énergie. C'est pareil que si vous restiez en plein soleil sur une plage en été.
La vitesse des photons est toujours la même, elle ne change pas, elle vaut (trois cent mille kilomètres par seconde), valeur de la vitesse de la lumière (dans le vide) (on néglige les effets de la gravitation, donc pas de situation exotique, genre trou noir).
Par contre, l'énergie des photons n'est pas la même pour tous. Elle est reliée à la pulsation de l'onde associée par .
Les photons X transportent ainsi plus d'énergie que des photons vsibles, par exemple.

D'ailleurs au passage question annexe, es-ce qu'un photo peut être immobile? Pourquoi?

Non, jamais, c'est interdit par les lois de la physique.
En relativité restreinte, un objet qui a une masse nulle, comme le photon, a nécessairement une vitesse constante et égale à . Et cette vitesse est la même dans tous les référentiels inertiels, soit, dit plus simplement (et un peu faussement, mais c'est l'idée qui compte) quel que soit votre vitesse uniforme de déplacement, si vous mesurez la vitesse de la lumière, vous trouverez toujours la même valeur (ca choque l'intuition, c'est normal ça fait toujours ça au début).

Cela dit, cf. le message de Deedee juste au dessus.

@+

[Deedee81]

Notons qu'on peut ralentir la lumière (c'est exactement ce qui se passe dans un matériau transparent) et même très fort (condensat de Bose Einstein) simplement à cause des multiples interactions du photon avec le réseau d'atomes.

On peut aussi la stopper mais.... c'est une astuce (à vérifier, car je ne connais pas trop bien) : l'onde EM est "encodée" sous forme d'ondes de spins dans le matériau si ma mémoire ne me trompe pas. A retrouver.