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Masse du photon



  1. #1
    benjgru

    Masse du photon


    ------

    Bonjour,

    je suis un peu perdu avec les histoires de masse du photon. J'ai lu dans des bouquins de physique 2 théories :

    - le photon possède une énergie, donc une masse en vertu de E=mc², donc il est sensible à la gravitation et il "tombe" dans un champ gravitationnel newtonien

    - le photon ne possède pas de masse, donc il n'est pas sensible à la gravitation newtonienne , donc courbure de l'espace-temps etc.

    Comment s'y retrouver ?? je pencherais pour la 2ème, mais bon...

    Merci

    -----

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  3. #2
    damastate

    Re : masse du photon

    Bonjour. Je ne suis pas spécialiste mais je crois que la formule E=mc² s'applique pour une particule au repos. Hors ce n'est pas possible pour un photon. Donc pas de masse. Mais il est bien affecté par la courbure de l'espace-temps : la lumière ne peut pas s'échapper d'un trou noir par exemple.

  4. #3
    Zefram Cochrane

    Re : masse du photon

    Relie bien tes bouquins,
    Si effectivement ils disent cela, mets les a la benne
    On the influence of gravitation on the propagation of light.

  5. #4
    f6bes

    Re : masse du photon

    Bonjour à toi,
    C'est le bouquin de physique qui dit :
    "...- le photon possède une énergie, donc une masse en vertu de E=mc².."
    OU
    c'est TON interprétation ?
    Bon W E

  6. #5
    benjgru

    Re : masse du photon

    Ben en fait c'est dans un bouquin du maître Einstein lui-même : "l'évolution des idées en physique" :"le photon possède une énergie, donc une masse inerte" je vous assure !


    c'est pour ça que je suis perdu !

    d'autres bouquins disent que la masse du photon est toute petite...mais aussi petite soit-elle, elle est sensible à la gravitation...
    Dernière modification par benjgru ; 19/07/2013 à 11h30.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Zefram Cochrane

    Re : masse du photon

    Bonjour,
    Pourrais tu me donner les références exactes du ou des bouquins STP?

    Cordialement
    Zefram
    On the influence of gravitation on the propagation of light.

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  10. #7
    benjgru

    Re : masse du photon

    Albert Einstein, "l'évolution des idées en physique" collections Champs Flammarion
    je crois le cours de physique de Berkeley sinon

    + des sites sur Internet ...

  11. #8
    albanxiii

    Re : masse du photon

    Bonjour,

    Citation Envoyé par benjgru Voir le message
    - le photon possède une énergie, donc une masse en vertu de E=mc², donc il est sensible à la gravitation et il "tombe" dans un champ gravitationnel newtonien
    Votre formule est fausse, refausse, rerefausse, archifausse, mégafausse, fausse de chez fausse !

    Utilisez donc la bonne, qui est , et là, plus de problème avec .

    @+
    Not only is it not right, it's not even wrong!

  12. #9
    benjgru

    Re : masse du photon

    OK merci c'est noté.
    Mais pourquoi Einstein le grand maître parle de masse , ça j'aimerais bien le comprendre...ça m'interpelle !

  13. #10
    curieuxdenature

    Re : masse du photon

    Citation Envoyé par benjgru Voir le message
    OK merci c'est noté.
    Mais pourquoi Einstein le grand maître parle de masse , ça j'aimerais bien le comprendre...ça m'interpelle !
    Bonjour

    Au tout début d'une théorie il est normal de tirer des conclusions erronées, même si sa théorie était un bond en avant, Einstein n'avait pas plus la science infuse que n'importe quel physicien.
    Exemple, Einstein disait aussi qu'une sphère en mouvement devait se contracter dans le sens du mouvement et apparaitre aplatie.
    Par la suite plusieurs physiciens se sont penchés sur le problème et la conclusion d'Einstein s'est avérée fausse, en fait il n'existe aucun corps plat circulaire qui permettrait de le vérifier, une étoile étant sphérique...

    Idem pour la masse qui varierait avec la vitesse, cette proposition a été précisée et abandonnée, la masse est devenue un invariant, tous les livres sur la RR insistent sur l'idée avant de développer son sens physique.
    Le problème tient à ce que certains vulgarisateurs se référent encore à d'anciens manuels (probablement parce qu'ils le sont eux-mêmes).
    L'electronique, c'est fantastique.

  14. #11
    Zefram Cochrane

    Re : masse du photon

    Citation Envoyé par albanxiii Voir le message
    Bonjour,


    Votre formule est fausse, refausse, rerefausse, archifausse, mégafausse, fausse de chez fausse !

    Utilisez donc la bonne, qui est , et là, plus de problème avec .

    @+
    Bonjour ,
    Je ne suis pas d'accord avec le caractère affirmé de ta réponse. Je m'explique :
    La relativité dit qu'il existe une borne supérieure à la vitesse qui est celle des particules de masse nulle et que cette vitesse est invariante par changement de repère inertiel. Après on assimile cette vitesse à celle de la lumère ce qui implique implicitement que la masse des photons est nulle.
    Quand s'est posé la possibilité de neutrinos supaluminiques, la piste privilégiée était que les photons aient une célérité inférieure à celle des particules de masse nulle et aien donc une masse faible comme les neutrinos.


    Cordialement,
    Zefram
    On the influence of gravitation on the propagation of light.

  15. #12
    Zefram Cochrane

    Re : masse du photon

    Citation Envoyé par curieuxdenature Voir le message
    Au tout début d'une théorie il est normal de tirer des conclusions erronées, même si sa théorie était un bond en avant, Einstein n'avait pas plus la science infuse que n'importe quel physicien.
    Exemple, Einstein disait aussi qu'une sphère en mouvement devait se contracter dans le sens du mouvement et apparaitre aplatie.
    Référence en rapport avec le sujet?
    A l'origine , je veux dire dans ses articles originaux, Einstein présente la lumière sous son aspect ondulatoire, il ne parle pas de photon

    Par la suite plusieurs physiciens se sont penchés sur le problème et la conclusion d'Einstein s'est avérée fausse, en fait il n'existe aucun corps plat circulaire qui permettrait de le vérifier, une étoile étant sphérique...
    Je ne comprends pas vraiment ce que tu veux dire, mais cela me paraît tordu.

    Idem pour la masse qui varierait avec la vitesse, cette proposition a été précisée et abandonnée, la masse est devenue un invariant, tous les livres sur la RR insistent sur l'idée avant de développer son sens physique.
    Le problème tient à ce que certains vulgarisateurs se référent encore à d'anciens manuels (probablement parce qu'ils le sont eux-mêmes).

    Parce que, faute de mieux, ils préfèrent peut être se référer à l'original plutôt qu'à de vulgaires copies.

    Zefram
    On the influence of gravitation on the propagation of light.

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  17. #13
    benjgru

    Re : masse du photon

    merci pour vos éclaircissements.
    Le photon a une masse nulle, est-ce un postulat, ou bien est-ce que cela a été prouvé ?

    De manière générale comment prouve-t-on qu'une particule a une masse nulle ? car il n ' y a pas que le photon...

  18. #14
    Futura001

    Re : masse du photon

    C'est la particule que l'on "connait" qui à la masse la plus faible, voire nulle, mais les choses définitives en physique...
    Comme au pire ça serait une masse tellement faible par rapport aux autres éléments de l'univers, zéro est une bonne approximation, et c'est plus pratique dans les calculs )

  19. #15
    benjgru

    Re : masse du photon

    Citation Envoyé par Futura001 Voir le message
    , zéro est une bonne approximation, et c'est plus pratique dans les calculs )
    euh ça c'est discutable...zéro est quand même un nombre un peu à part en physique, il apparaît plus comme une limite qu'autre chose...

    et puis comme je le disais une masse, aussi petite soit-elle, est soumise à la loi de la gravitation universelle quand même...

  20. #16
    Futura001

    Re : masse du photon

    Je suis tout à fait d'accord que c'est discutable )
    Mais j'ai cru comprendre qu'une des choses les plus importantes en physique étaient les ordres de grandeurs non ?

  21. #17
    bobdémaths

    Re : masse du photon

    Bonjour,

    Pour répondre à la question de la masse du photon, je pense qu'il faut d'abord s'accorder sur ce que c'est. Ce n'est pas un concept de la relativité restreinte, mais de la théorie quantique des champs. Dans cette théorie, il apparait comme un boson de jauge. Un boson de jauge véhicule une certaine interaction, dont la portée est inversement proportionnelle à la masse.
    Or, fait observationnel, il semble que la lumière se propage sur des distances arbitrairement grandes, ce qui signifie que le médiateur de la lumière doit avoir une masse nulle (disons, plus petite que 1/L, où L est une distance extrêmement grande).
    Partant de là, quand on construit le modèle standard, une étape cruciale est le mécanisme de Higgs. Je ne vais pas entrer dans le détail, mais à cette étape, il apparait une particule de masse (strictement) nulle dans le modèle. On l'identifie alors au photon.

    Donc dans le cadre du modèle standard, la masse du photon est rigoureusement nulle.

  22. #18
    Amanuensis

    Re : masse du photon

    Citation Envoyé par benjgru Voir le message
    Le photon a une masse nulle, est-ce un postulat, ou bien est-ce que cela a été prouvé ?
    "Prouvé" n'est pas un terme bien adapté en physique!

    Ce qu'on peut dire est qu'on a d'un côté un ensemble de théories solides qui impliquent une masse nulle, et de l'autre strictement aucune observation qui impliquerait une masse non nulle. C'est en général largement suffisant pour qu'on range le doute dans un tiroir, et qu'on consacre la recherche à autre chose.
    Dernière modification par Amanuensis ; 19/07/2013 à 18h41.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

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  24. #19
    curieuxdenature

    Re : masse du photon

    Bonsoir

    (à priori la case "Répondre avec citation" merdouille...)
    Citation Envoyé par Zefram Cochrane Voir le message
    Référence en rapport avec le sujet?
    A l'origine , je veux dire dans ses articles originaux, Einstein présente la lumière sous son aspect ondulatoire, il ne parle pas de photon
    Je parle de l'évolution des idées sur les conséquences d'une théorie, en réponse à l'étonnement de Benjgru sur le fait qu'Einstein ne les auraient pas vues.
    La ref : "Un corps rigide, qui montre la forme d'une sphère quand mesuré dans un système stationnaire, a en conséquence dans des conditions de mouvement — lorsqu'observé depuis le système stationnaire —, la forme d'un ellipsoïde de révolution dont les demi-axes mesurent..." dans son article de 1905, un peu avant la moitié de la page (in french) http://classiques.uqac.ca/classiques...ue_encadre.htm


    Je ne comprends pas vraiment ce que tu veux dire, mais cela me paraît tordu.
    idem pour l'évolution des idées que l'auteur ne pouvait imaginer : http://th.physik.uni-frankfurt.de/~s...rose_info.html

    Parce que, faute de mieux, ils préfèrent peut être se référer à l'original plutôt qu'à de vulgaires copies.

    Zefram
    ou peut-être parce qu'ils considèrent l'auteur comme un demi-dieu incapable de se fourvoyer.
    L'electronique, c'est fantastique.

  25. #20
    albanxiii

    Re : masse du photon

    Bonjour,

    Citation Envoyé par Zefram Cochrane Voir le message
    Je ne suis pas d'accord avec le caractère affirmé de ta réponse. Je m'explique :
    C'est votre droit, je suis d'accord avec l'hypothèse que vous mentionnez, mais depuis que la théorie de la relativité existe, cette hypothèse ne reste qu'une hypothèse, non confirmée, autrement dit, un compte de fées. Parce qu'il faut bien avouer que toute la physique que l'on fait avec l'hypothèse des photons de masse nulle, bin ça marche plutôt pas mal.
    Donc, vous n'avez aucun vrai argument acceptable pour un physicien.

    Au passage, pour revenir à la question de départ, on peut juste dire que les expériences nous conduisent à estimer que sa masse est plus petite que... une certain valeur très petite. Voir http://www.phys.ncku.edu.tw/mirrors/...oton_mass.html

    @+
    Not only is it not right, it's not even wrong!

  26. #21
    benjgru

    Re : masse du photon

    OK merci.
    Et historiquement, si Einstein pensait au début que le photon avait une masse non nulle, comment lui est venue l'idée d'un espace non-euclidien ?
    Car si le photon a une masse, on peut penser en premier lieu qu'il est soumis à l'attraction gravitationnelle newtonienne...donc il n' y a pas besoin de courbure de l'espace-temps a priori .

  27. #22
    curieuxdenature

    Re : masse du photon

    Je crois me souvenir que dans le cas purement newtonien, la déviation du photon ne serait que la moitié de celle qu'on observe.
    L'electronique, c'est fantastique.

  28. #23
    benjgru

    Re : masse du photon

    En effet, je n' y avais pas pensé.
    Je me demande si c'est cette observation qui l' a mis sur la voie d'un photon de masse nulle, ou si c'est arrivé après avec le facteur de Lorentz gamma notamment.

  29. #24
    ThM55

    Re : masse du photon

    Il y a un certain nombre d'expériences qui ont tenté de mesurer la masse du photon. On en trouve des traces dans des articles et selon mon souvenir dans au moins deux articles dans les Review of Modern Physics. Par exemple si la masse du photon est non nulle, sa vitesse dépend de son énergie, et donc de sa fréquence: un rayon gamma devrait aller plus vite qu'un photon dans le visible. Si la masse du photon est non-nulle, les équations de Maxwell sont remplacées par les équations de Proca et le potentiel de Coulomb devient un potentiel de Yukawa, qui décroit plus vite (exponentiellement) à longues distances. Cela suggère d'autres dispositifs de mesure. Mais toutes ces expériences jusqu'à présent ne permettent que de donner une borne supérieure à la masse du photon. Elles permettent juste de dire "la masse du photon est inférieure à 10^{-10} ou 10^{-20}... eV". Cela montre simplement qu'aucune de ces expériences n'est assez sensible pour mesurer de très petites masses, le signal éventuel est noyé dans le bruit ou les incertitudes de mesure. D'autre part, on a de bonnes raisons théoriques pour considérer un photon de masse nulle. Donc on fait jouer le rasoir d'Occam et en l'absence de preuve expérimentale du contraire, on pose sa masse égale à zéro.

    En ce qui concerne la gravitation, il faut comprendre que la relativité générale propose d'autres lois que celles de Newton. La source d'un champ de gravitation n'est plus la masse comme chez Newton, mais est un tenseur dit "d'énergie impulsion", qui contient des composantes de flux d'impulsion. Cela signifie que c'est l'énergie et l'impulsion, et non la masse au repos, qui est la source. Ce qu'Einstein voulait dire, c'est probablement que l'énergie du photon jouait aussi comme source du champ. Un peu avant la RG, Einstein a dû réfuter une théorie concurrente, celle de Nordström, une théorie inspirée des premières investigations d'Einstein vers 1911 (où il montrait qu'une géométrie non euclidienne était nécessaire). Mais cette théorie était conforme, le champs de gravitation était un facteur conforme sur la métrique de Minkowski, et cela impliquait que le champ électromagnétique, donc le photon, n'était pas une source pour la gravité et que le photon n'était pas dévié par le soleil. Je suis persuadé que quand il dit que le photon a une masse, il pense à la masse gravitationnelle, c'est un raccourci pour dire qu'il a une énergie et interagit de ce fait avec la gravitation, contrairement à la théorie de Nordstrom.

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  31. #25
    Futura001

    Re : masse du photon

    Hello

    Apparemment pour "prouver" que le photon à une masse, il faudrait montrer des anomalies de forces de moins de 3x10-27 eV...
    Ce qui donne une masse (parfois ?) au particules élémentaires c'est bien le champ de Higgs ? avec masse = Force / accélération (masse inertielle) ?
    Et à t'on vraiment besoin du graviton, les objets massifs s'attirent il vraiment ou n'est ce que la conséquence de la déformation de l'espace-temps ?
    On dit souvent que le photon se déplace mois vite dans l'eau (2/3 de la vitesse dans le vide) mais est ce vrai ou bien est ce le résultat de multiples déviations, si vous avez un dessin je suis preneur.
    Le vide n'étant pas vide, ne peut on imaginer un indice de réfraction du vide qui pourrait varier sur de longues périodes de temps, avec une "constante" C qui serait légèrement différente dans 1 milliard d'années ?

  32. #26
    Thouxify

    Re : masse du photon

    Bonjour,
    La constante c est constante (), ce serait plutôt le metre qui varierait. Mais quand on dit le vide, c'est vraiment le vide vide ()
    A+
    Dernière modification par Thouxify ; 20/07/2013 à 09h22.
    Il y a trois sortes de personnes : ceux qui savent compter et ceux qui ne savent pas.

  33. #27
    Futura001

    Re : masse du photon

    Salut

    Non, non ce que l'on nomme de vide est en fait loin de l'être, le vide "grouille" avec une énergie non nulle si tu veux, et même si tu fais abstraction des particules virtuelles, et de la présence d'atomes un peu partout, il te reste le rayonnement ;o).
    Le néant c'est pas dans notre univers )

    A+

  34. #28
    Thouxify

    Re : masse du photon

    Oui je comprend bien, mais il me semble que c a été fixée arbitrairement dans le vide, donc si il y a une particule par hazard dans l'espace sur le trajet de l'onde, alors elle ira moins vite que c, non?
    A+
    Il y a trois sortes de personnes : ceux qui savent compter et ceux qui ne savent pas.

  35. #29
    Arapède

    Lightbulb Re : masse du photon

    Bonjour,

    En consultant le forum, j'ai vu qu'une discussion était ouverte au sujet de la masse du photon et je ne peux pas m'empêcher d'ajouter un grain de sel, naïf et ringard, puisque j'en suis resté à la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie, lequel pensait que le photon avait une masse propre et n'allait donc pas tout à fait à la vitesse de la lumière.
    La relativité d'Einstein postule une vitesse limite que l'on assimile à la vitesse de la lumière, mais il n'est pas interdit de penser que cette constante, soit cE est un peu supérieure à c, on a alors : c = cE. (1-xf), avec xf, lié à la fréquence f extrêmement petit. cE est ainsi la vitesse de l'énergie. L'ennui est que la vitesse c est définie comme exacte, par décret du BIPM, ce qui verrouille toute interprétation (autrement dit : circulez, il n'y a plus rien à voir). Il reste alors la relation fondamentale : E2= p2c2 + m2c4 qui pour m=0 se réduit à p2c2. Si l'on attribue au photon une masse propre m0, l'équivalent masse-énergie est :
    M0=m0.(ce)2, l'énergie totale (...relativiste) E est : E=T + M0, (le tout en eV), avec T, énergie cinétique et M0, énergie potentielle. T=M0.(gamma-1), si M0 est nul, on voit mal quel peut être le support de l'énergie cinétique. Soit P=p c, E2= T2+2 M0T+(M0)2 = P2+(M0)2, on a :
    P2=2M0T+T2, (M0)2 est négligeable mais on peut constater que le bébé M0 est toujours dans le bain, au premier ordre et multiplié par T qui peut être grand.
    Le béta de la relativité est : 1-xf et le gamma: 1 / (2xf)1/2 en négligeant (xf)2, si l'on attribue une valeur à M0, il est possible de calculer xf pour une fréquence f donnée :
    xf= 0,5 . (M0/ (h f))2 avec
    h constante de Planck = 4,13567.10-15 eV.s. Une valeur vraisemblable pour M0 est 1,6.10-19 eV, pour une fréquence unité (1cycle par seconde) la valeur maximale est x1= 7,5.10-10 correspondant à cE=299792458,22 m.s-1. Pour des fréquences élevées, par exemple le spectre visible, xf est de l'ordre de 10-39.
    Autant dire que négliger M0 est parfaitement admissible, cependant admettre son existence est plus satisfaisant pour l'esprit.

  36. #30
    obi76

    Re : masse du photon

    Bonjour,

    Citation Envoyé par Arapède Voir le message
    il n'est pas interdit de penser que cette constante, soit cE est un peu supérieure à c
    C 'est bien, mais est-ce juste une supposition personnelle, une simple conviction ou avez des éléments scientifiques (mesures ou autre) permettant de soutenir cette thèse ? Si non, c'est hors charte (point 6).

    En reprenant vos termes, on peut dire "il n'est pas interdit de penser qu'un photon pèse une tonne, ce sont juste toutes les autres théories qui sont fausses"...

    PS : d'ailleurs en regardant ce que vous avez écrit, on devrait en plus avoir une dispersion de la lumière puisque sa vitesse dépendrai de sa fréquence. Ce n'est pas non plus observé.
    Dernière modification par obi76 ; 23/07/2013 à 20h22.
    Paradoxalement, ce sont les débats stériles qui se reproduisent le plus.

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