Notions de masse au repos et de masse relativiste

[sobriquet]

Bonjour,

Je lis régulièrement des articles de vulgarisation où l'on parle de masse au repos et de masse relativiste.

Personnellement, cela m'apporte plus de confusion qu'autre chose. En particulier, si je comprends bien, un corps peut acquérir une masse relativiste élevée sans que cela n'affecte son champs gravitationnel. Cela implique donc la perte de l'équivalence entre masse grave et masse inerte. J'ai aussi l'impression que cela implique des subtilités concernant le principe de conservation de la masse, que je ne constate pas lorsqu'on ne parle que d'une masse (la masse au repos).

Après quelques recherches, j'ai l'impression que l'usage de ces deux notions est plutôt désavoué aujourd'hui. J'ai essayé de trouver des sources à ce sujet mais, hormis un article , je n'ai pas trouvé grand chose. Cet article indique "la notion de masse relativiste a progressivement disparu au profit de la seule notion de masse au repos, cette dernière étant alors appelée simplement "masse"".

J'aimerais donc savoir si, aujourd'hui, la dissociation entre ces deux notions est encore beaucoup utilisée, que ce soit professionnellement ou dans l'enseignement, par exemple dans les manuels. Avez-vous une expérience récente à ce sujet ?
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[gts2]

Je vais laisser parler les spécialistes, mais au niveau enseignement-recherche, il y a UNE masse : la masse au repos.

Tout le problème réside dans (certains) articles de vulgarisation qui laissent des traces dans les esprits.

Pour les "subtilités concernant le principe de conservation de la masse", c'est simplement que la masse n'est pas conservative, c'est l'énergie qui l'est.
Par exemple la masse d'un atome n'est pas égale à la somme des masses de ses constituants.
Si on est en chimie, l'effet est suffisamment faible pour que l'on puisse considérer que la masse se conserve.

L'article bien que centré sur des problèmes didactiques est assez clair.

[Deedee81]

Salut,

La notion de masse n'est pas une des plus simple en physique relativiste. C'est vrai qu'il y a eut changement d'habitude en un siècle ce qui laisse des traces dans la littérature et dans certaines disciplines. D'où parfois des confusions.

Notons que la notion unique de masse actuelle (qui est la masse au repos pour un objet massif, un photon n'ayant ni masse ni repos) est venue pour plusieurs raisons :
- la vielle notion de masse relativiste E=mc², même pour un objet en mouvement, fait un peu redondance puisque c'est juste l'énergie totale à juste un facteur de conversion près (et constant, c²).
- la masse au repos = masse propre = masse tout court est mieux adaptée aux formulations de la mécanique quantique relativiste et autre théorie quantique des champs avec ses lagrangiens et termes de masse
- pour éviter les confusions d'avoir plusieurs masses
- on aime bien les grandeurs conservées et invariantes, or l'énergie si elle est bien conservée elle n'est pas invariante, la masse au repos est une grandeur invariante.
(précision de vocabulaire : conservée = ne varie pas au cours du temps (on dit aussi constant), invariant = identique pour tout observateur = même valeur dans tout référentiel)

La masse (actuelle) est une grandeur invariante et conservée (désolé gts2, c'est bien conservé). Mais ça aussi ça peut induire des confusions car cela implique qu'elle ne peut être additive. Et je ne parle pas seulement de l'énergie de liaison (la masse d'un corps composite c'est la somme des masses composantes plus l'énergie potentielle de liaison / c², énergie habituellement négative). Ainsi la masse d'un photon c'est zéro, alors que la masse de deux photons colinéaires mais de sens opposé est non nulle !!!! Ca peut être assez déroutant !

La vieille masse relativiste elle est additive et conservée mais comme dit ci-dessus pas invariante. Il fallait faire un choix et on préfère ce qui est invariant (c'est plus dans le sens du formalisme quadri-vectoriel = vecteurs d'un espace à 4 dimensions, où on manipule de fait des grandeurs invariantes : vecteurs, leurs normes, tenseurs,... la seule chose qui varie sont les composantes fixées par le choix d'un référentiel particulier)

Du fait de la non additivité la masse ne peut clairement pas être identifiée à la quantité de matière qui là aussi est bien séparée (de longue date je pense en fait car c'est une notion de chimiste au départ) et qui se mesure en moles (et non en kilogrammes).

[gts2]

La masse (actuelle) est une grandeur invariante et conservée (désolé gts2, c'est bien conservé).

Tout à fait ! Désolé, je pensais conservation de la masse au sens des chimistes qui finalement est une notion plus proche d'additive. Est-ce bien cela ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Tout à fait ! Désolé, je pensais conservation de la masse au sens des chimistes qui finalement est une notion plus proche d'additive. Est-ce bien cela ?

Là oui c'est clair. La masse de l'eau c'est la masse de l'hydrogène et de l'oxygène (à un pet'tit chouillat près qu'on n'est probablement pas en mesure de mesurer..... quoi que la redéfinition de certaines unités et constantes récentes et où on va jusqu'à compter les atomes me fait dire que les précisions atteintes ne sont plus très bonnes mais carrément diaboliques )

[sobriquet]

Merci pour vos réponses détaillées, et si quelqu'un a d'autre a un témoignage à apporter, ça m'intéresse !

@Deedee81

Un petit détail m'interpelle lorsque vous écrivez : "la masse de deux photons colinéaires mais de sens opposé est non nulle". Tel que je comprends les choses aujourd'hui, soit deux photons on une trajectoire colinéaire et de même sens, et leur vitesse relative est nulle (mais en écrivant "vitesse d'un photon nulle", je sens qu'il y a un loup...), soit, dans tous les autres cas, leur vitesse relative est c, non ? Je n'ai pas l'impression que la colinéarité change quelque chose.

[Deedee81]

Salut,

Je te contacte par MP (pour éviter l'auto-promotion)

[clementinejacquet22]

Bonjour,

Qu'appelez vous "masse au repos". S'agit-il simplement d'une masse au repos dans son référentiel (vitesse nulle et ne subissant pas de force) ou est-ce un sens encore plus restrictif ? C'est à dire par exemple une masse au repos dans on référentiel et au zéro absolu (ce qui me paraît plus logique).
Car si la notion de repos ne dépend pas de la température, alors il me semble que la masse varierait en fonction de la température... et donc ne serait pas constante.
Merci par avance de votre aide.

[coussin]

Bien souvent, dans les questions de RG où l'on parle de masse au repos la température n'est jamais mentionnée.
La masse au repos est l'énergie dans un référentiel où l'impulsion est nulle (l'énergie totale n'est alors QUE de l'énergie de masse).
Si le système est composite (pas une particule élémentaire) et en équilibre thermodynamique avec un rayonnement à une température T alors il y a, en première approximation, 1/2kT par degrés de liberté internes ce qui effectivement contribue à la masse.

[mach3]

un fil récent à lire sur le sujet :

https://forums.futura-sciences.com/p...thermique.html

Attention, dans l'acception moderne des termes, quand on dit masse, on sous-entend "au repos", l'expression "masse au repos" est considérée comme obsolète.

m@ch3

[clementinejacquet22]

Merci à "coussin" et "mach3" pour vos réponses inlassables et rapides
Je n'ai malheureusement pas toutes les compétences nécessaires pour comprendre avec certitude toutes les explications dans les liens fournis.
Je dois donc en venir en partie directement à la confirmation de ce que je crois comprendre :

Masse = masse au repos = Masse d'un système immobile qui peut varier en fonction de la température.
Masse relativiste = Notion introduite pour caractériser des systèmes en mouvement relativiste mais dont le terme est impropre et qui varie donc avec la vitesse. En outre, cette valeur est égale à la masse inertielle et à la masse grave.

J'ai bon ?
Pitié, dites moi oui