Vitesse de la lumière, indépendante du sens de déplacement

[diasoluyalu]

Bonjour, bien chers amis de Futura-Sciences.

N'étant pas avancé dans le domaine, j'ai encore une très sérieuse difficulté à comprendre pourquoi la vitesse de deux photons se déplaçant dans des sens opposés reste la même que par rapport à un observateur fixe.

J'ai essayé de raisonné comme ceci :

Supposons que le soleil soit à une distance infinie et qu'il nous frappe en oblique.

En nous déplaçant dans n'importe quel direction ou n'importe quel sens, à n'importe quelle vitesse, la vitesse de l'extrémité de notre ombre reste la même que la nôtre. Mais seulement, dans ce cas, notre ombre ne s'éloigne pas de nous.

Pourriez-vous avoir l'amabilité de me dire si on a déjà trouvé l'explication de ce phénomène, et de me la donner ?

Je compte beaucoup sur votre assistance que du reste j'ai toujours appréciée et aimée.

Merci.
-----

[LPFR]

Bonjour.
Je ne suis pas sur de comprendre le problème.
Si on regarde l’ombre que vous faites sur un écran à 300 000 km, votre ombre vous suivra, mais avec 1 seconde de retard. Elle se mettra en mouvement 1 seconde après vous et continuera à avancer jusqu’à 1 seconde après que vous vous soyez arrêtée.
Au revoir.

[diasoluyalu]

Bonjour.
Je ne suis pas sur de comprendre le problème.

Je voudrais en fait connaître le mécanisme qui fait que deux photons [en mouvement bien sûr] se voient s'éloigner toujours à la même vitesse.

Merci.

[LPFR]

Re.
Je ne suis pas sur que l’on puisse dire ce que voit un photon.
Mais un observateur qui se déplace vers la droite à n’importe quelle vitesse (même proche de la vitesse de la lumière), voit un photon qui se déplace vers la gauche se déplacer à ‘c’.
Et il verra un photon se déplaçant vers la droite se déplacer aussi à vitesse ‘c’.

Et il n’y a pas de « mécanisme ». C’est un fait expliqué par les théories de a relativité (restreinte et générale.
La vérification expérimentale directe n’est pas possible (on ne peut pas envoyer un observateur à une vitesse très élevée), mais la vérification indirecte à travers d’autres expériences a été faite maintes fois.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[diasoluyalu]

Et il n’y a pas de « mécanisme ». C’est un fait expliqué par les théories de a relativité (restreinte et générale.
La vérification expérimentale directe n’est pas possible (on ne peut pas envoyer un observateur à une vitesse très élevée), mais la vérification indirecte à travers d’autres expériences a été faite maintes fois.

Merci d'avoir compris ma difficulté.

C'est justement quelque chose de ce genre que je voulais : si vous pouvez vraiment ne pas vous lasser pour me parler de quelques une de ces vérifications indirectes, je ne vous en saurai que gré.

Merci.

[LPFR]

Re.
Ce n’est pas mon domaine.
Je préfère que ce soient d’autres qui connaissent mieux le sujet qui vous donnent des exemples.
A+

[Nicophil]

Bonjour,

Je voudrais en fait connaître le mécanisme qui fait que deux photons [en mouvement bien sûr] se voient s'éloigner toujours à la même vitesse.

Le chef de gare envoie un photon A vers l'ouest et un photon B vers l'est : il les mesure s'éloigner à la vitesse c.
Au même moment un train traverse la gare d'ouest en est à 3/5 de c. Pourtant, les voyageurs mesurent aussi A et B à c...

[diasoluyalu]

Le chef de gare envoie un photon A vers l'ouest et un photon B vers l'est : il les mesure s'éloigner à la vitesse c.
Au même moment un train traverse la gare d'ouest en est à 3/5 de c. Pourtant, les voyageurs mesurent aussi A et B à c...

En fait, c'est justement ça la question à laquelle j'ai besoin de réponse !

[PIXEL]

c'est contre intuitif.... et validé par l'expérience de Michelson.

la réponse est dans la RR de tonton Albert , je laisse les cadors intervenir.

encore étudiant , ce petit ouvrage m'avait bien aidé et m'avait valu
les félicitations du prof pour la manière dont j'avais suivi son cours.
( je n'ai pas contrarié ses illusions )

http://www.priceminister.com/offer/b...-de-paris.html

[pm42]

En fait, c'est justement ça la question à laquelle j'ai besoin de réponse !

C'est une loi de la physique. Elle a été déterminée parce que cela permettait de construire une théorie cohérente avec tout ce qu'on savait. C'était en 1905.
Depuis, elle a été largement vérifiée.

Ce qui se passe, c'est que la formule d'addition des vitesses a été modifiée. Aux vitesses usuelles, on ne voit pas la différence et toi, tu as l'impression qu'elles s'additionnent. Mais quand on s'approche de la vitesse de la lumière, la formule différente fait que le résultat n'est pas celui de ton intuition et que donc, on se rend compte que rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière et que celle-ci ne change jamais.

C'est une version moderne de "tu as l'impression que la Terre est plate à ton échelle mais en fait elle est ronde" : les lois de la physique sont plus compliquées que ce que nous en percevons au quotidien.

[diasoluyalu]

Le chef de gare envoie un photon A vers l'ouest et un photon B vers l'est : il les mesure s'éloigner à la vitesse c.
Au même moment un train traverse la gare d'ouest en est à 3/5 de c. Pourtant, les voyageurs mesurent aussi A et B à c...

Bonjour,

En fait, c'est justement ça la question à laquelle j'ai besoin de réponse !

Merci.

[pm42]

Il y a un bug dans la matrice : je viens de voir passer 2 fois la même réponse.

[f6bes]

Bonjour,

En fait, c'est justement ça la question à laquelle j'ai besoin de réponse !

Merci.

Bjr à toi,
Relis le message #12 ou tu admets que c'est comme cela et pas autrement.
C'EST la...réponse!
Bonne journée

[Lansberg]

En fait, c'est justement ça la question à laquelle j'ai besoin de réponse !

Quelle que soit votre vitesse, que vous soyiez en voiture, en fusée ou dans un vaisseau spatial, la vitesse de la lumière que vous mesurerez sera toujours la même. La constance de la vitesse de la lumière et en lien direct avec la contraction des longueurs et la dilatation du temps.
Il faut se plonger dans la relativité, comme cela a déjà été dit.

[LPFR]

Bonjour.
Nous n’avons pas donné la réponse attendue par diasoluyalu.
C’est celle d’une expérience qui montre la loi d’addition des vitesses relativistes.
L’expérience de base, celle de Michelson et Morley montre l’indépendance de la vitesse de la lumière par rapport à la vitesse de l’observateur.
Mais il doit avoir des expériences qui montrent l’addition de vitesse relativistes. Par exemple, la vitesse des produits de la désintégration de particules relativistes dans les accélérateurs.

Je me souviens (un demi siècle plus tard) qu’il y a une manip similaire pour montrer l’augmentation de la masse des particules avec la vitesse. Cela se faisait avec la trace laissée par des particules bêta déviées par un champ électrique et magnétique. En gros, on observe q/m en fonction de la vitesse.

Je suis près à parier un café que l’on trouve des expériences similaires pour toutes les transformations relativistes. Mais ce n’est pas mon domaine et mes cours sont un peu loin
Au revoir.

[Mct92mct]

Bonjour,
Personnellement, je n'ai jamais entendu parler d'une expérience rendant compte que la vitesse de la lumière sur un trajet aller, était la même que celle d'un trajet retour...
Pire, si entre deux temps t, les distances varient, comme l'expansion de l'univers semble le supposer, la logique voudrait que le temps du retour d'un faisceau lumineux soit plus long que le temps de l'aller...
à moins que ce soit l'inverse... question de point de vue!

[Amanuensis]

Personnellement, je n'ai jamais entendu parler d'une expérience rendant compte que la vitesse de la lumière sur un trajet aller, était la même que celle d'un trajet retour...

Il y a quelques raisons de penser qu'une telle expérience est impossible. L'indépendance par rapport au sens est prise comme postulat, conséquence d'un postulat plus général d'isotropie.

Pire, si entre deux temps t, les distances varient, comme l'expansion de l'univers semble le supposer, la logique voudrait que le temps du
retour d'un faisceau lumineux soit plus long que le temps de l'aller...

C'est correct. Il faut distinguer la vitesse de la lumière locale et la vitesse de la lumière obtenue par intégration le long d'un chemin.

Les postulats relatifs à la vitesse de lumière ne concernent que la vitesse locale.

(Dans une manière de postuler la Relativité Générale on trouve le postulat stipulant que l'espace-temps est "localement minkowskien", ce qui implique l'indépendance à la direction de la vitesse limite--la "vitesse de la lumière"-- locale.)

[Deedee81]

Salut,

Personnellement, je n'ai jamais entendu parler d'une expérience rendant compte que la vitesse de la lumière sur un trajet aller, était la même que celle d'un trajet retour...

La mesure de la fréquence et de la longueur d'onde donne accès directement à la vitesse instantanée (donc dans un seul sens). Ce qui est déjà pas si mal.
C'est même le plus précis (pour les valeurs absolues. Le plus précis pour les valeurs relatives étant l'interférométrie).

Pire, si entre deux temps t, les distances varient, comme l'expansion de l'univers semble le supposer, la logique voudrait que le temps du retour d'un faisceau lumineux soit plus long que le temps de l'aller...
à moins que ce soit l'inverse... question de point de vue!

Oui, mais ça, à notre échelle, c'est totalement impossible à mesurer. C'est totalement négligeable (à moins de faire un aller-retour sur quelques millions d'année-lumière et d'avoir beaucoup de temps pour le faire ).

[Amanuensis]

La mesure de la fréquence et de la longueur d'onde donne accès directement à la vitesse instantanée (donc dans un seul sens).

De telles mesures sont des comparaisons à des étalons. Quand on prend cela en compte parler "d'un seul sens" est un peu plus subtil.

[Mct92mct]

Salut,



La mesure de la fréquence et de la longueur d'onde donne accès directement à la vitesse instantanée (donc dans un seul sens). Ce qui est déjà pas si mal.
C'est même le plus précis (pour les valeurs absolues. Le plus précis pour les valeurs relatives étant l'interférométrie).



Oui, mais ça, à notre échelle, c'est totalement impossible à mesurer. C'est totalement négligeable (à moins de faire un aller-retour sur quelques millions d'année-lumière et d'avoir beaucoup de temps pour le faire ).

Bonjour, qui dit fréquence suppose résonnance ce qui implique au minimum 1 aller-retour (pour le moins) enfin, pour l'étalon...

[Nicophil]

Il y a http://math.ucr.edu/home/baez/physic...periments.html qui donne un récapitulatif des tests de la covariance restreinte.

La constance de la vitesse de la lumière est en lien direct avec la contraction des longueurs et la dilatation du temps.

Sans oublier, avant tout, la relativité de la simultanéité.

[coussin]

Bonjour, qui dit fréquence suppose résonnance ce qui implique au minimum 1 aller-retour (pour le moins) enfin, pour l'étalon...

Aller-retour entre quoi et quoi ?
Une constatation triviale est que les astronomes "voient la même chose" qu'elle que soit la direction dans laquelle ils regardent. Pis du coup, c'est un seul aller (des étoiles vers la Terre). Les astronomes auraient rapidement détecté une éventuelle" direction privilégiée".

[Amanuensis]

Les astronomes ont détecté une direction privilégiée dans le CMB vu de la Terre ou du Système Solaire.

Elle n'est pas interprétée comme une non isotropie des propriétés de la lumière ou de la vitesse limite.

[coussin]

Au contraire, je dirais, le moment dipolaire du CMB est une vérification expérimentale de plus de l'isotropie spatiale des propriétés de la lumière.

[Nicophil]

La mesure de la fréquence et de la longueur d'onde donne accès directement à la vitesse instantanée (donc dans un seul sens).

Chiche !
La lumière de fond cosmique est anisotrope en fréquence...

Au contraire, je dirais, le moment dipolaire du CMB est une vérification expérimentale de plus de l'isotropie spatiale des propriétés de la lumière.

... mais isotrope spatialement.

Donc sa vitesse, produit des deux, est anisotrope.
Alors pourquoi

Elle n'est pas interprétée comme une non isotropie des propriétés de la lumière

?

[Amanuensis]

Parce que cela contredirait le postulat que la métrique est localement minkowskienne (équivalent d'après ce que je lis au principe d'équivalence), qui est fondamental dans la RG, et qu'aucune observation ne vient contredire.

[Mct92mct]

Il y a http://math.ucr.edu/home/baez/physic...periments.html qui donne un récapitulatif des tests de la covariance restreinte.


Sans oublier, avant tout, la relativité de la simultanéité.

Et si on a du mal avec les longs textes en anglais, on fait comment pour lire ta prose? sur un forum en français!

[LPFR]

Et si on a du mal avec les longs textes en anglais, on fait comment pour lire ta prose? sur un forum en français!

Bonjour.
Si on ne peut pas lire l’anglais, il vaut mieux abandonner la physique et faire un autre métier. Et encore, il n’est pas facile à trouver.
Au revoir.

[Nicophil]

Il y a http://math.ucr.edu/home/baez/physic...periments.html qui donne un récapitulatif des tests de la covariance restreinte.

Voici mon best-of :

3. Tests of Einstein's two Postulates


3.1 Round-Trip Tests of Light-Speed Isotropy


The Michelson-Morley Experiment (the MMX)

A.A. Michelson and E.W. Morley, “On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether”, Am. J. Sci. (3rd series) 34 333–345 (1887). http://www.aip.org/history/gap/PDF/michelson.pdf.
This is the classic paper describing this famous experiment. Contrary to popular myth, their result is not actually “null”—in their words “the relative velocity of the Earth and the aether is probably less than one sixth the Earth's orbital velocity, and certainly less than one-forth”. While some people claim to see a “signal” in their plots, an elementary error analysis shows it is not statistically significant. So this experiment is certainly consistent with SR.


The Kennedy-Thorndike Experiment

R.J. Kennedy and E.M. Thorndike, “Experimental Establishment of the Relativity of Time”, Phys. Rev. 42 400–418
(1932).
This uses an interferometer similar to Michelson's, except that its arms are of different length, and are not at right angles to each other. They used a spectacular technique to keep the apparatus temperature constant to 0.001°C, which gave them sufficient stability to permit observations during several seasons. They also used photographs of their fringes (rather than observing them in real time as in most other interferometer experiments). Their apparatus was fixed to the Earth and could only rotate with it. Their null result is consistent with SR.


3.2 One-Way Tests of Light-Speed Isotropy

Note that while these experiments clearly use a one-way light path and find isotropy, they are inherently unable to rule out a large class of theories in which the one-way speed of light is anisotropic. These theories share the property that the round-trip speed of light is isotropic in any inertial frame, but the one-way speed is isotropic only in an aether frame. In all of these theories the effects of slow clock transport exactly offset the effects of the anisotropic one-way speed of light (in any inertial frame), and all are experimentally indistinguishable from SR. All of these theories predict null results for these experiments.


4. Tests of Time Dilation and Transverse Doppler Effect

The Ives and Stilwell Experiment

H.E. Ives and G.R. Stilwell, “An Experimental Study of the Rate of a Moving Atomic Clock”, J. Opt. Soc. Am. 28 pg 215–226 (1938); JOSA 31 pg 369–374 (1941).
This classic experiment measured the transverse Doppler effect for moving atoms.


5. Tests of the “Twin Paradox”

The so-called “twin paradox” occurs when two clocks are synchronized, separated, and rejoined. If one clock remains in an inertial frame, then the other must be accelerated sometime during its journey, and it displays less elapsed proper time than the inertial clock. This is a “paradox” only in that it appears to be inconsistent but is not.

Hafele and Keating, Nature 227 (1970), pg 270 (proposal).
Science Vol. 177 pg 166–170 (1972) (experiment).
They flew atomic clocks on commercial airliners around the world in both directions, and compared the time elapsed on the airborne clocks with the time elapsed on an earthbound clock (USNO). Their eastbound clock lost 59 ns on the USNO clock; their westbound clock gained 273 ns; these agree with GR predictions to well within their experimental resolution and uncertainties (which total about 25 ns). By using four cesium-beam atomic clocks they greatly reduced their systematic errors due to clock drift.


6. Tests of Relativistic Kinematics

Kinematics is basically the study of how energy and momentum conservation laws constrain and affect physical interactions. The two basic predictions of SR in this regard are that massive objects will have a limiting velocity of c (the speed of light), and that their “relativistic mass” will increase with velocity. This latter property implies that the newtonian equations for conservation of energy and momentum will be violated by enormous factors for objects with velocities approaching c, and that the corresponding formulas of SR must be used.

Note that the nomenclature has changed over the past century, and current literature focusses more on rest mass than relativistic mass because rest mass is an invariant property of an object. In this article, use of the word "mass" means rest mass.

Electron Relativistic Mass Variations
W. Bertozzi, Am. J. Phys. 32, 551 (1964).
Measurements of speed vs. energy for 0.5–15 MeV electrons.

Proton Relativistic Mass Variations
Zrelov, Tiapkin, Farago Soviet Physics JETP, Vol. 34, pg 384 (1958).


7. Tests of Length Contraction

At this time there are no direct tests of length contraction, as measuring the length of a moving object to the precision required has not been feasible. There is, however, a demonstration that it occurs:


9. Other Experiments


The Fizeau Experiment

Fizeau measured the speed of light in moving mediums, most notably moving water. Fresnel proposed a “drag coefficient” that putatively described how strongly a moving material medium “dragged” the aether. SR predicts no aether but does predict that the speed of light in a moving medium differs from the speed in the medium at rest, by an amount consistent (to within experimental resolutions) with these experiments and with the Fresnel drag coefficient.


The Sagnac Experiment

Sagnac, C.R.A.S 157 (1913), p708, p1410; J. Phys. Radium, 5th Ser. 4 (1914), pg 177.
Sagnac constructed a ring interferometer and measured its fringe shifts as it is rotated. Contrary to some uninformed claims, this experiment can be fully analyzed using SR, and the results are consistent with SR.


The Michelson and Gale Experiment

Michelson and Gale, Nature 115 (1925), pg 566; Astrophys. J. 61 (1925), pg 137.
This is essentially the Sagnac experiment, but on a much larger scale. They constructed a ring interferometer fixed on the ground with a size of 0.2 mile by 0.4 mile (about 320 m by 640 m). They did indeed detect the rotation of the Earth.


The Global Positioning System (GPS)

While not really an experiment, and not really any sort of test of SR, the GPS is an interesting and useful system in which relativity plays an important part. In particular it has become the best and most economical method of highly accurate time transfer around the globe.


Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR)

The CMBR is a diffuse and almost isotropic microwave radiation that apparently suffuses all of space. It is generally thought to be a relic of the big bang. While not really a test of SR, CMBR measurements may be of interest to some readers—there is a unique locally inertial frame near Earth in which its dipole moment is zero; this frame moves with speed ~370 km/s relative to the sun.

Smoot et al., Phys. Rev. Lett. 39 no. 14 (1977), pg 898.
Detected an anisotropy in the CMBR, and determined it is primarily a dipole anisotropy which would be zero in a frame moving at 390 ± 60 km/s with respect to the Earth.


11. Acknowledgments

My interest in the experimental basis of SR has been piqued by many discussions in the newsgroup sci.physics.relativity about how well SR has or has not been confirmed or refute.

[LPFR]

Bonjour.
Merci Nicofil.
Ceci répond aux questions de diasoluyalu.
Maintenant il faut qu’elle ait le courage de lire les références si elle veut plus de détails.
Au revoir.