Comment la lumière peut-elle se propager dans le vide ?

[invite1a99a0ad]

Je tiens d'abord à m'excuser pour ce qui apparaitra certainement comme une question naïve aux yeux de certains mais si j'ai de l'intérêt pour les sciences je n'y manifeste guère d'aptitudes et mes connaissances sont aussi limitées que brouillonnes.

Je crois avoir compris que la lumière est à la fois de nature corpusculaire ET ondulatoire et manifeste les propriétés de l'une ou l'autre selon les circonstances. Une onde ne pouvant se propager qu'à l'intérieur d'un milieu, comment la lumière fait-elle pour évoluer dans le vide ? "Oublie"-t-elle momentanément sa nature ondulatoire ? Se propage-t-elle à l'intérieur d'un champ quantique ou autre ?

Merci par avance pour votre indulgence et vos réponses.
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[inviteede7e2b6]

hello ,

les ondes électromagnétiques se propagent sans support : la théorie de l’Éther ayant été invalidée.

donc , ou tu "avales la pilule" et acceptes le principe.

ou tu en étudie la démonstration , donc tu te fades les équations de Maxwell , c'est velu!

toutefois ça n'est pas nécessaire pour bidouiller efficacement l'optique ou la radio.

[invite1a99a0ad]

Misère, encore une curiosité totalement contre intuitive des mystères de la physique.

Merci d'avoir pris le temps de me répondre.

[pm42]

Misère, encore une curiosité totalement contre intuitive des mystères de la physique.
Merci d'avoir pris le temps de me répondre.

Note que c'est une question intéressante et que si tu creuses certaines théories, l'espace-temps a une structure à petite échelle qui pourrait influencer la propagation de la lumière.
Si Deedee81 passe dans le coin, il pourra t'en dire plus, sa connaissance de la gravitation quantique à boucle étant infiniment plus grande que la mienne.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

EDIT super méga croisement. Mon texte a été long a rédiger et je n'avais vu que le premier message. Pm42, attention, Epixes ne parlait pas de gravité, juste des photons, donc pas de gravité quantique à boucles.

Une onde ne pouvant se propager qu'à l'intérieur d'un milieu

Non, ça c'est une vision naïve de "onde". Une onde vibratoire se propage forcément dans un milieu. C'est la vision que les physiciens avaient de la lumière puis des ondes électromagnétiques (après Maxwell) car les seules ondes qu'ils connaissaient étaient de ce type : ondes sonores, vibrations mécaniques d'une corde,... Donc ils supposaient que la lumière était la vibration d'un milieu (l'éther comme l'a dit pm42).

Mais ce n'est pas le cas. La lumière se propage sans "onduler" dans l'espace. Les représentations qu'on trouve un peu partout, par exemple :
http://e-cours.univ-paris1.fr/module...gnetiques.html
(première image)
sont un peu trompeuses si on ne précise pas. Car la lumière n'ondule pas comme un serpent L'axe principal indiquant la direction de propagation est bien une direction géométrique, spatiale. Mais les deux autres axes, montrant l'ondulation, ne sont pas des axes géométriques (la direction oui, mais pas la distance à l'axe principal). Ces axes indiquent seulement l'intensité des champs électriques et magnétiques de l'onde électromagnétique.

Ce qu'on a donc, c'est la propagation (éventuellement dans le vide) d'un champ (ou d'un photon) dont les intensités des composantes électriques et magnétiques varient de manière périodique.

D'un point de vue classique ce phénomène est dû au fait que la variation d'un champ électrique implique la variation du champ magnétique et vice versa. Le résultat est une variation périodique de concert.

Imagine un petit pendule qui se balancerait tout en avançant dans le vide. Nul besoin d'un milieu et on a un caractère de variation périodique, une onde quoi. Ce n'est pas très différent ici.

D'un point de vue quantique, arggggg, c'est plus compliqué à expliquer. La mécanique quantique c'est pas de la tarte et en plus ici c'est carrément la théorie quantique relativiste des champs. Mais je crois que le plus simple, sans enter dans toutes les complications de la mécanique quantique, est de dire que le champ électromagnétique est quantifié. Un photon est un tel quantum. Il ne faut surtout pas voir le photon comme un petit corpuscule (merci à Bohr qui a introduit cette idée de dualité onde/particule, mériterait une fessée celui-là, après il a changé en dualité cinématique/dynamique ce qui est mieux mais le mal était fait). Le mieux est de voir le photon comme un quantum d'onde électromagnétique. Une petite unité élémentaire d'onde électromagnétique. La base la plus souvent utilisée pour décrire les états photons est celle où un photon est une petite onde électromagnétique monochromatique (même si c'est une idéalisation, mais à nouveau je ne veux pas entrer dans les complications).

Note toutefois que les particules quantiques sont des ondes (*) mais pas des ondes classiques. Elles ont quelques propriétés qu'on ne retrouve pas dans les ondes classiques, la plus notable étant l'intrication quantique. Mais arrêtons là.

(*) Attention, je ne suis pas sûr que tout le monde soit d'accord avec cette affirmation. Il existe des dizaines et des dizaines de manière d'interpréter la mécanique quantique. Et la façon de décrire les objets quantiques avec "des mots de tous les jours" en dépend. Après, quand un profane lit plusieurs articles de vulgarisation écrits pas différents auteurs, pas étonnant qu'il soit perplexe

[pm42]

Pm42, attention, Epixes ne parlait pas de gravité, juste des photons, donc pas de gravité quantique à boucles.

J'ai le souvenir que dans le cadre de la gravité quantique à boucle, il y aurait une très légère dépendance entre l'énergie et la vitesse de la lumière. Cela couplé avec un espace-temps discret me faisait dire que ce concept de "milieu de propagation" n'était pas si loin.
Mais comme je disais, je ne regarde cela que de très loin.

[inviteede7e2b6]

Misère, encore une curiosité totalement contre intuitive des mystères de la physique.

Merci d'avoir pris le temps de me répondre.

tellement contre intuitive que beaucoup de physiciens croyaient en l'Éther, bien pratique mais n'expliquant rien.

les calculs de MAXWELL démoliront cette théorie , et l’expérience de MICHELSON-MORLEY tordra le cou du canard.

il est amusant de savoir que cette expérience visait à démontrer l'existence de l'éther ,

comme quoi la nature a le sens de l'humour

[Deedee81]

J'ai le souvenir que dans le cadre de la gravité quantique à boucle, il y aurait une très légère dépendance entre l'énergie et la vitesse de la lumière. Cela couplé avec un espace-temps discret me faisait dire que ce concept de "milieu de propagation" n'était pas si loin.
Mais comme je disais, je ne regarde cela que de très loin.

Non, c'est vrai, je n'avais juste pas fait le rapprochement.

Les mesures ont jusqu'ici été négatives, ce qui est assez déplaisant. Mais il est vrai que les calculs qui donnent cette prédiction sont aussi assez approximatifs, ce qui a été critiqué (quand on pense qu'on ne connait même pas l'espace-temps à boucles semi-classique correspondant à l'espace-temps de Minkowski !!!! Y a encore des progrès à faire rien qu'au niveau théorique. De ce point de vue, cordes et boucles se donnent la main).

comme quoi la nature a le sens de l'humour

Elle est même souvent assez vicieuse quand on regarde bien. On dirait qu'elle fait tout pour qu'on comprenne facilement jusqu'à un certain point et là elle pose des pièges particulièrement pervers en ricanant.

Bon, je vais arrêter de parler de la Nature comme si elle était humaine, on va me prendre pour un fou

[invite1a99a0ad]

Merci Deedee pour tes explications et ton souci de ne pas complexifier ton propos à plaisir pour l'humble dilettante que je suis. Il est difficile pour le profane de se départir des notions que nos sens expérimentent tous les jours et d'appréhender la réalité sous un angle quantique ou relativiste, tout comme il est difficile de trouver des vulgarisateurs sachant se mettre au niveau du grand public ET de susciter et conserver son intérêt.

En effet, Pixel, j'ai pu au cours de mes différentes lectures voir le débat qui a fait rage au fil des siècles autour de l'existence de l'éther et j'ai trouvé cela tout à fait passionnant. Une fois évincés les arguments de mauvaise foi des pro-éther, ceux dictés par le "bon sens" n'étaient pas dénués d'intérêts, tout comme ne le furent pas certains avancés par les aristotéliciens contre Galilée (entre autres) ou les détracteurs d'Aristarque de Samos.

N'étant pas scientifique, et totalement incompétent en mathématiques, il est étonnant de voir comment la physique peut à ce point susciter l'intérêt d'un littéraire comme moi ou même confiner à la philosophie.

[f6bes]

BjrEpixes,
Il n'y a pas QUE la lumiére qui peut se propager dans le vide !!
Les fusées.....aussi.
Si aucun frottement elles poursuivent sur leur lançée .
Me semble qu'un dénommé...." Voyager"s'esr permis de sortie du sytéme solaire !
Bonne journée

[pm42]

Il n'y a pas QUE la lumiére qui peut se propager dans le vide !!
Les fusées.....aussi.

Le caractère ondulatoire des fusées est plus difficile à mettre en évidence.

[invite6dffde4c]

Misère, encore une curiosité totalement contre intuitive des mystères de la physique.

Merci d'avoir pris le temps de me répondre.

Bonjour.
Est ce que le fait que l’attraction gravitationnelle agisse à distance vous gêne aussi ?
Les champs électrique et magnétique existent dans le vide (par exemple dans les anciens écrans CRT de télévision).

Et bien, les ondes électromagnétiques sont la conséquence des interactions entre les champs électrique et magnétique : une variation d’un d’eux dans le temps, crée de l’autre autour. Donc, ça se passe aussi dans le vide.

Mais je suis d’accord avec vous que ça n’a rien intuitif.
Au revoir.

[invite1a99a0ad]

Bonjour.
Est ce que le fait que l’attraction gravitationnelle agisse à distance vous gêne aussi ?

Non, grâce à la relativité générale j'ai bien compris qu'il n'y a pas, stricto sensu, de "force" à l'œuvre entre 2 objets massifs mais bien plutôt une déformation du continuum espace/temps générée par les mases en présence, du moins si j'ai bien compris ce que j'ai lu. Et je déplore que, tout aussi détestable qu'il fut, Newton n'ait jamais su comment ce qu'il à brillamment découvert fonctionnait.

[invite6dffde4c]

Non, grâce à la relativité générale j'ai bien compris qu'il n'y a pas, stricto sensu, de "force" à l'œuvre entre 2 objets massifs mais bien plutôt une déformation du continuum espace/temps générée par les mases en présence, du moins si j'ai bien compris ce que j'ai lu. Et je déplore que, tout aussi détestable qu'il fut, Newton n'ait jamais su comment ce qu'il à brillamment découvert fonctionnait.

Re.
Tant mieux pour vous.
Car je conçois plus facilement une force à distance qu’une déformation (à distance) de l’espace-temps.
A+

[inviteede7e2b6]

il aurait été bien en peine d'aller plus loin.... faute d'outils intellectuels adaptés.

[coussin]

Une onde ne pouvant se propager qu'à l'intérieur d'un milieu

Quelle est, pour vous, la définition d'un milieu ? Et pourquoi le vide ne serait-il pas un milieu ?

[invite1a99a0ad]

Quelle est, pour vous, la définition d'un milieu ? Et pourquoi le vide ne serait-il pas un milieu ?

Je réalise combien la science requiert une terminologie précise et combien la mienne était inadéquate.

J'avais (et je pense qu'intuitivement je conserve) une vision mécanique d'une onde et que celle-ci ne pouvait par conséquent que se propager dans un milieu matériel (ce qui du reste me semble exact pour une onde mécanique). Cette vision sans doute à vos yeux simpliste est le fruit de l'expérience sensitive quotidienne qui forme nos esprits (le mien tout au moins) à appréhender l'univers tel qu'il nous apparaît plutôt que tel qu'il est et ces derniers répugnent à changer de paradigme. Or donc, je ne conteste pas que le vide soit un milieu je pense avoir juste mal formulé une question née de mon ignorance et mon appréhension fort incomplète des choses de la physique.

[inviteede7e2b6]

encore une fois (et la dernière ! ) "on" a inventé un "milieu" pour les OEM : l'éther.

l'expérience a démontré que c'est faux...

[pm42]

encore une fois (et la dernière ! ) "on" a inventé un "milieu" pour les OEM : l'éther.
l'expérience a démontré que c'est faux...

Il ne dit pas le contraire et je pense qu'il n'y a pas de raison de lui répondre de cette façon un peu sèche non ?

[Amanuensis]

J'avais (et je pense qu'intuitivement je conserve) une vision mécanique d'une onde et que celle-ci ne pouvait par conséquent que se propager dans un milieu matériel (ce qui du reste me semble exact pour une onde mécanique). Cette vision sans doute à vos yeux simpliste

Elle n'est pas simpliste.

On pourrait imaginer que dans le passé les physiciens aient fait le choix de restreindre le terme "onde" à cela.

Ce ne fut pas le cas pour plusieurs raisons:

1) Suivant la même vision mécanique, les physiciens du XIXème ont interprété les ondes électro-magnétiques comme des ondes se propageant dans un milieu matériel ; le terme est resté ;

2) La notion d'onde peut être vue comme décrivant des formules mathématiques, indépendamment de la physique qu'elles représentent ; ce sens s'applique toujours.

Le premier point a par la suite posé problème, le milieu supposé ("éther") ayant été révélé par l'expérience comme ne pouvant pas avoir toutes les propriétés souhaitables d'un milieu matériel, et n'ayant aucune manifestation indépendante de l'idée de support des ondes e.m. (et en physique, ce genre de concept ad hoc n'a pas grand intérêt).

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Au fond, ce n'est qu'un débat de vocabulaire. Une fois le terme "onde" associé seulement aux modèles mathématiques correspondants, sans interprétation physique, son usage ne pose pas de problème. Ensuite, la problématique du support des ondes e.m. est assez vaine en soi, il est préférable d'aller plus profondément, et de comprendre la propagation des ondes e.m. en elle-même, plutôt que via des interprétations.

Notons au passage que la propagation des ondes e.m. n'est qu'un sous-problème de la question de l'action à distance en électro-magnétisme. Plutôt que résoudre le cas des forces statiques par un milieu matériel (ce qui semble difficile), faut invoquer un "objet" non intuitif, le "champ", qui a le bon goût de répondre à la question générale, et donc au cas particulier des ondes. Celles-ci sont alors vues comme des perturbations du champ, perturbations se propageant de proche en proche, ce qui "explique" un modèle mathématique commun avec les ondes matérielles.

[inviteede7e2b6]

Il ne dit pas le contraire et je pense qu'il n'y a pas de raison de lui répondre de cette façon un peu sèche non ?

mode HS
il faudrait calmer la paranoïa rampante sur les forums...
mode /HS

[Amanuensis]

mode HS
il faudrait calmer la paranoïa rampante sur les forums...
mode /HS

Est-ce un assentiment ou une contradiction?

Ce qu'il faudrait calmer, c'est bien cette propension à prendre de haut ceux qui posent des questions pour comprendre.

On peut peut-être parler de "paranoïa" (comme image) pour le comportement à prendre a priori des nouveaux arrivants comme des trolls, auxquels il faut répondre "en opposition". Le manque de justesse de jugement que l'on peut observer sur le forum à ce sujet pourrait effectivement être interprété comme une "paranoïa", la manifestation d'une peur irraisonnée de voir le forum attaqué par des trolls. À moins que ce ne soit qu'une manifestation de défense territoriale?

[invite1a99a0ad]

2) La notion d'onde peut être vue comme décrivant des formules mathématiques, indépendamment de la physique qu'elles représentent ; ce sens s'applique toujours.

Le premier point a par la suite posé problème, le milieu supposé ("éther") ayant été révélé par l'expérience comme ne pouvant pas avoir toutes les propriétés souhaitables d'un milieu matériel, et n'ayant aucune manifestation indépendante de l'idée de support des ondes e.m. (et en physique, ce genre de concept ad hoc n'a pas grand intérêt).

Au fond, ce n'est qu'un débat de vocabulaire. Une fois le terme "onde" associé seulement aux modèles mathématiques correspondants, sans interprétation physique, son usage ne pose pas de problème. Ensuite, la problématique du support des ondes e.m. est assez vaine en soi, il est préférable d'aller plus profondément, et de comprendre la propagation des ondes e.m. en elle-même, plutôt que via des interprétations.

Ce qui se conçoit bien s'énonce clairement et les mots pour le dire arrivent aisément synthèse admirablement claire.

[f6bes]

Le caractère ondulatoire des fusées est plus difficile à mettre en évidence.

Bjr à toi, C'est fort possible...mais je passe outre ces détails !!
Cordialement

[Deedee81]

Bjr à toi, C'est fort possible...mais je passe outre ces détails !!

Ca me rappelle la description de l'expérience de Young avec des balles de fusil décrite par Feynman
(il dit que leur longueur d'onde est si courte que les franges d'interférence sont trop fines pour être mesurables et l'enveloppe des franges d'interférence est identique à celle qui serait obtenue avec des corpuscules)

[Nicophil]

Bonjour,

Et bien, les ondes électromagnétiques sont la conséquence des interactions entre les champs électrique et magnétique : une variation d’un d’eux dans le temps, crée de l’autre autour.

D'un point de vue classique ce phénomène est dû au fait que la variation d'un champ électrique implique la variation du champ magnétique et vice versa. Le résultat est une variation périodique de concert.

La théorie ondulatoire a gardé le résultat mais son interprétation maxwellienne était déjà devenue difficile avec l'abandon de l'éther de Maxwell au profit de l'éther de Lorentz-Poincaré.
Avec la théorie ondulatoire relativiste du champ électromagnétique, n'est-elle pas carrément incompatible ?

[invite6dffde4c]

Bonjour,La théorie ondulatoire a gardé le résultat mais son interprétation maxwellienne était déjà devenue difficile avec l'abandon de l'éther de Maxwell au profit de l'éther de Lorentz-Poincaré.
Avec la théorie ondulatoire relativiste du champ électromagnétique, n'est-elle pas carrément incompatible ?

Re.
Que la théorie ondulatoire soit incompatible avec d’autres théories, je m’en fous.
J'aimerais bien voir les autres théories avec lesquelles la théorie ondulatoire de la lumière est incompatible expliquer le fonctionnement des antennes radio.
A+

[Amanuensis]

Bonjour,La théorie ondulatoire a gardé le résultat mais son interprétation maxwellienne était déjà devenue difficile avec l'abandon de l'éther de Maxwell au profit de l'éther de Lorentz-Poincaré.
Avec la théorie ondulatoire relativiste du champ électromagnétique, n'est-elle pas carrément incompatible ?

Pas bien sûr de comprendre la remarque ou la question, mais si je me réfère aux citations auxquelles cela répond, l'interprétation comme quoi un champ "crée" l'autre, ou que la variation de l'un "causerait" la variation de l'autre, est incompatible avec la vision relativiste (chacun des deux champs n'ayant aucune signification propre). Et cette interprétation est peu utile en pratique, que ce soit pour les antennes ou autre chose. (Tout dispositif fait varier les deux à la fois.)

[Deedee81]

Bonjour,La théorie ondulatoire a gardé le résultat mais son interprétation maxwellienne était déjà devenue difficile avec l'abandon de l'éther de Maxwell au profit de l'éther de Lorentz-Poincaré.
Avec la théorie ondulatoire relativiste du champ électromagnétique, n'est-elle pas carrément incompatible ?

Je ne suis pas sûr d'avoir compris moi non plus.

Et cette interprétation est peu utile en pratique, que ce soit pour les antennes ou autre chose. (Tout dispositif fait varier les deux à la fois.)

Oui, c'est plutôt une description "blablatesque" des équations.

Il y a moyen de le vulgariser de manière beaucoup plus rigoureuse ce lien entre les deux composantes du champ EM, ce que je me suis d'ailleurs amusé à faire (je voulais surtout vérifier si c'était possible, on en avait déjà parlé il y a quelques années). Mais ça prend tout de suite un paquet de pages. Ce n'est vraiment bon que pour celui qui fait une violente crise d'eczéma quand il voit des maths

[Amanuensis]

Il y a moyen de le vulgariser de manière beaucoup plus rigoureuse ce lien entre les deux composantes du champ EM

Si c'est ce que je pense, ce n'est pas une vulgarisation. Mais de la physique.