ONDES GRAVITATIONNELLES : Quel corpuscule associé?

[conodonte]

Que sait-on du corpuscule associé aux ondes gravitationnelles comme le photon l'est aux ondes électromagnétiques ?
Quelles sont ses caractéristiques quantiques ?
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[pm42]

On n'a pas de théorie quantique de la gravitation, c'est même un gros sujet de recherche en physique. Juste des tentatives (théorie des cordes, gravité quantique à boucles et d'autres).
Toutefois la particule qui serait associée à la gravité est le graviton : https://fr.wikipedia.org/wiki/Graviton

[Nicophil]

Bonjour,

On ne sait même pas s'il existe (et on n'est pas près de le savoir).

[Deedee81]

Salut,

Un petit bémol. Le mot "corpuscule" est certainement inapproprié. Il vaut mieux employer le terme "particule quantique" ou "particule".
Un corpuscule est un objet classique, bien défini en taille et position, tandis qu'une particule quantique est "autre chose", quelque chose manifestant des propriétés ondulatoires et certains aspects des corpuscules.
Ainsi un photon n'est certainement pas un corpuscule. Un photon d'énergie et d'impulsion précise s'apparente ainsi plutôt à une onde monochromatique (*) plane, donc répandue dans tout l'espace.

Notons aussi que l'expression "dualité onde - corpuscule" inventée par Bohr fut rapidement abandonnée par celui-ci au profit d'une dualité "cinématique - dynamique" plus juste. Mais l'histoire n'a bizarrement retenue que la première.

(*) les puristes remarquerons qu'une telle onde ne peut être normalisée, son énergie totale étant forcément infinie, mais on peut soit "l'adoucir" avec une fonction tendant vers 0 à l'infini soit la quantifier avec des distributions.
Une telle onde monochromatique se rencontre partout en physique (pas seulement quantique d'ailleurs) et est une idéalisation pratique pour les calculs.

On ne sait même pas s'il existe (et on n'est pas près de le savoir).

Il est même possible que les propriétés corpusculaires ne se manifestent que dans des conditions si extrêmes que même les notions d'espace, temps, onde, corpuscule perdent tout sens. C'est parfois l'impression que j'ai. Mais ce n'est qu'une impression. L'avenir (probablement pas très proche) nous le dira.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Nicophil]

Ainsi un photon n'est certainement pas un corpuscule. Un photon d'énergie et d'impulsion précise s'apparente ainsi plutôt à une onde monochromatique (*) plane, donc répandue dans tout l'espace.

... à une onde monochromatique sphérique ?

Notons aussi que l'expression "dualité onde - corpuscule" inventée par Bohr fut rapidement abandonnée par celui-ci au profit d'une dualité "cinématique - dynamique" plus juste.

Non, c'est de Broglie. Bohr a parlé de complémentarité onde-corpuscules.

[Deedee81]

... à une onde monochromatique sphérique ?

Oui, c'est souvent utilisé aussi, c'est vrai (même si c'est moins courant, l'espace de Fock est plutôt défini avec des états de base = ondes planes. Les ondes sphériques c'est plutôt utilisé dans la diffusion).

Non, c'est de Broglie. Bohr a parlé de complémentarité onde-corpuscules.

Ah ? Tiens, c'est pas ce que j'avais lu (j'avais lu que c'était Bohr qui avait changé de point de vue). Je regarde tout de suite avant de faire avancer ce message.

Ok, dans l'encyclopédie de Stanford (https://plato.stanford.edu/entries/qm-copenhagen/) ils disent que c'est Bohr.
C'est tiré de Held, C. (1994), “The Meaning of Complementarity”, Studies in History and Philosophy of Science, 25: 871–893.
Mais Held peut se tromper.
Tu aurais une référence selon laquelle c'est de Broglie qui aurait proposé ça ?

[ecolami]

Bonjour,
Une remarque sur le (possible) graviton puisqu'il s'échappe (aussi) des trous noirs on sait qu'il n'a pas de masse. Quant à savoir s'il aurait une quantité de mouvement comme le photon qui, lui, est sensible à la gravitation ça reste établir...

[Deedee81]

Salut,

Une remarque sur le (possible) graviton puisqu'il s'échappe (aussi) des trous noirs on sait qu'il n'a pas de masse.

Ah, non, là je ne suis pas d'accord avec le raisonnement :

- D'une part, le graviton n'aurait pas de masse parce que les ondes gravitationnelles déduites de la relativité générale se déplacent à la vitesse de la lumière (ce qui a pu être confirmé avec une grande précision par la détection en août de la fusion des étoiles à neutrons).
- Ensuite on ne déduit pas les propriétés des particules sur base de l'évaporation des trous noirs. C'est l'inverse : on calcule l'évaporation des trous noirs à partir des propriétés des particules.
- Le rayonnement de Hawking, ce n'est pas que des particules sans masse : on devrait avoir aussi des électrons, positrons, neutrinos, etc... etc....

Au conditionnel (ni les gravitons ni le rayonnement des TN n'a été détecté).

Quant à savoir s'il aurait une quantité de mouvement comme le photon qui, lui, est sensible à la gravitation ça reste établir...

C'est automatique. Les ondes gravitationnelles transportent une énergie (par exemple, on pourrait la récupérer avec LIGO en convertissant les oscillations en énergie électrique.... si ce n'est qu'on n'aurait même pas de quoi alimenter une ampoule pendant un millionième de seconde), ce qui implique automatiquement une quantité de mouvement (E = pc pour des ondes / particules sans masse) et donc aussi pour le graviton.

[ecolami]

Bonjour,
Quantite de mouvement et photon
Pour expliquer la déformation de trajectoire d'un photon au voisinage d'une masse importante on invoque la déformation de l'espace. Pour expliquer comment une particule SANS MASSE peut être sensible a la gravitation on explique qu'elle a une quantité de mouvement dont l'unité est Unités SI : kg⋅m⋅s−1. Pourtant la masse intervient dans cette grandeur. Pour s'en sortir on emploie l'équivalence masse énergie.
Toujours est-il que la théorie du trou noir prédit que les photos sont piègés par un trou noir et que la gravitation, pour une raison ou une autre n'est pas piégée. Logiquement on doit bien convenir que les propriétés du photon et de l'hypothétique graviton ne sont pas comparables.

[pm42]

Toujours est-il que la théorie du trou noir prédit que les photos sont piègés par un trou noir et que la gravitation, pour une raison ou une autre n'est pas piégée

La gravitation n'est pas piégée mais les gravitons le sont. Le sujet est pointu mais tu peux lire dessus. Voici ce qu'une petite recherche rapide renvoie :

https://www.quora.com/Can-gravitons-...-holes-gravity
http://math.ucr.edu/home/baez/physic...k_gravity.html
https://www.researchgate.net/post/do...ck_hole_cavity
https://astroquizzical.com/astroquiz...f-a-black-hole

[Nicophil]

Pour expliquer comment une particule SANS MASSE peut être sensible a la gravitation on explique qu'elle a une quantité de mouvement dont l'unité est Unités SI : kg⋅m⋅s−1. Pourtant la masse intervient dans cette grandeur.

Il faut distinguer inertie et charge gravifique : le photon n'a pas plus de charge gravifique que de charge électrique mais il a une impulsion. Mais le kg de kg.m/s est l'unité d'inertie, pas l'unité de charge gravifique.

[ecolami]

Bonsoir,
J'ai parcouru les liens et je ne suis pas vraiment convaincu par les hypothèses ou explications formulées.
Les ondes gravitationnelles n'existerait que lors d'un déplacement de masse, je veux bien mais sur terre quand on ressent notre poids il n'y a pas déplacement.
Ce qui est expliqué est qu'un trou noir qui n'absorberai plus de matière cesse de produire des ondes gravitationnelles. Donc ces ondes n'existerai que lors de la présence de deux masses suffisamment proche. ou plutôt leur effet ne serait sensible que pour des masses assez proches.
J'ignore si un satellite tournant autour d'une étoile émet des ondes gravitationnelles: en effet étant une masse en mouvement il devrai émettre mais étant en équilibre gravitationnel il n'émet sans doute pas d'onde gravitationnelle.
Une chose est certaine les propriété du photon et celles du graviton ne seront pas pareilles. As-t-on une idée de l'energie véhiculée par une onde gravitationnelle?
Déja aujourd'hui on considère l'existence d'onde gravitationnelle sous forme d'une onde simple alors que dans le domaine électromagnétique ce sont des ondes mixtes électriques et magnétiques qui se forment.

[pm42]

J'ai parcouru les liens et je ne suis pas vraiment convaincu par les hypothèses ou explications formulées.

Ah bon ? Il est dommage que la science n'arrive pas à te convaincre.

Les ondes gravitationnelles n'existerait que lors d'un déplacement de masse, je veux bien mais sur terre quand on ressent notre poids il n'y a pas déplacement.

Normal. C'est l'effet de la gravitation, pas des ondes gravitationnelles.

J'ignore si un satellite tournant autour d'une étoile émet des ondes gravitationnelles: en effet étant une masse en mouvement il devrai émettre mais étant en équilibre gravitationnel il n'émet sans doute pas d'onde gravitationnelle.

Tu pourrais lire sur le sujet.

Une chose est certaine les propriété du photon et celles du graviton ne seront pas pareilles.

Ben oui : l'un existe, est connu, est le vecteur de l'interaction électromagnétique. L'autre est hypothétique.
Ceci dit, cela ne change rien au fait qu'il ne sortira pas plus d'un trou noir.

As-t-on une idée de l'energie véhiculée par une onde gravitationnelle?

Cela dépend de la dite onde. La fusion de 2 trous noirs galactique ne va pas libérer la même énergie que celle de 2 étoiles à neutron.
Mais si tu vas chercher les articles sur les fusions de trous noirs détecter, tu vas voir que l'énergie correspond à plusieurs fois la masse du soleil.

Déja aujourd'hui on considère l'existence d'onde gravitationnelle sous forme d'une onde simple alors que dans le domaine électromagnétique ce sont des ondes mixtes électriques et magnétiques qui se forment.

"Ondes mixtes" ? Non, c'est pour cela qu'on parle d'électro-magnétisme.

[Nicophil]

En fait, il faut savoir que l'énergie des OG a fait l'objet d'un long débat.
Qui n'a pas l'air clos : http://philsci-archive.pitt.edu/11857/

[viiksu]

Salut,

Un petit bémol. Le mot "corpuscule" est certainement inapproprié. Il vaut mieux employer le terme "particule quantique" ou "particule".
Un corpuscule est un objet classique, bien défini en taille et position, tandis qu'une particule quantique est "autre chose", quelque chose manifestant des propriétés ondulatoires et certains aspects des corpuscules.
Ainsi un photon n'est certainement pas un corpuscule. Un photon d'énergie et d'impulsion précise s'apparente ainsi plutôt à une onde monochromatique (*) plane, donc répandue dans tout l'espace.

Notons aussi que l'expression "dualité onde - corpuscule" inventée par Bohr fut rapidement abandonnée par celui-ci au profit d'une dualité "cinématique - dynamique" plus juste. Mais l'histoire n'a bizarrement retenue que la première.

(*) les puristes remarquerons qu'une telle onde ne peut être normalisée, son énergie totale étant forcément infinie, mais on peut soit "l'adoucir" avec une fonction tendant vers 0 à l'infini soit la quantifier avec des distributions.
Une telle onde monochromatique se rencontre partout en physique (pas seulement quantique d'ailleurs) et est une idéalisation pratique pour les calculs.



Il est même possible que les propriétés corpusculaires ne se manifestent que dans des conditions si extrêmes que même les notions d'espace, temps, onde, corpuscule perdent tout sens. C'est parfois l'impression que j'ai. Mais ce n'est qu'une impression. L'avenir (probablement pas très proche) nous le dira.

En matière de bémol je parlerais plutôt de grosse quinte diminuée. Je crois qu'on ne peut pas expliquer mieux l'étrange monde quantique, pourtant pas mal de discours continuent de parler de particules ponctuelles.

[ecolami]

Bonjour,
Quand on distingue le champ gravitationnel des ondes gravitationnelles cela signifie par exemple que lorsqu'on ressent son poids en étant immobile c'est un effet du champ mais pas d'une onde. Donc l'onde n'apparait que lors d'un déplacement de masse. Etant donné la nature de cette onde l'effet n'est mesurable qu'a partir d'une masse importante.
Il y a une autre conséquence c'est que si l'onde se propage aussi loin que ce qu'ont détecté les expériences on peut raisonnablement penser que le champ gravitationnel concerne un espace pratiquement infini sans qu'on ait la moindre idée de la vitesse a laquelle il a pu se propager.
A la base de mon questionnement il y a les champs "sans onde" et les ondes. Cela concerne aussi bien la gravitation que le magnétisme
Ondes mixtes électromagnétique>> mixte signifie que les deux ondes sont imbriquées et surtout qu'il n'existe ni onde électrique seule ni onde magnétique seule.

[coussin]

L'objet fondamental est le tenseur électromagnétique (en 4D, donc a priori 16 composantes). Ça n'a pas de sens d'essayer de séparer les effets électriques et magnétiques.
Pour des raisons sur lesquelles je ne m'étendrais pas ici, il se trouve que ce tenseur électromagnétique ne possède que 6 composantes indépendantes. C'est pourquoi on peut formellement le séparer en 2 vecteurs.