Michelson

[invite968be57d]

Bonjour

Dans l'expérience des fentes de Young, Il y a une raie centrale. Celle où la distance est la même. Que la lumière passe par la fente f1 ou par la fente f2.
Pour les deux raies suivantes (à gauche et à droite), la différence de distance à parcourir entre les deux fentes est de une longueur d'onde.
Peut-on alors dire que la lumière qui passe par une fente a été émise plus tôt que la lumière qui passe par l'autre fente?
Si oui, pourquoi ne tient-on pas compte de cette différence dans l'expérience de Michelson-Morley?

Bonne journée

86cat
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[Deedee81]

Salut,

Peut-on alors dire que la lumière qui passe par une fente a été émise plus tôt que la lumière qui passe par l'autre fente?
Si oui, pourquoi ne tient-on pas compte de cette différence dans l'expérience de Michelson-Morley?

On considère des ondes sinusoïdales. Et parler du déphasage en terme de distance ou de temps, ma foi, ça revient au même, le déphasage est le même par construction.

Habituellement on considère le plus simple : une onde émise en permanence et on regarde les deux ondes arrivant en permanence (pas besoin du temps) en M, et on calcule leur déphasage en fonction de la distance.

Tu peux faire le calcul en considérant le temps de parcourt pour atteindre M et voir (avec une expression d'onde sinusoidale dépendant du temps) quel est le déphasage avec ce temps d'écart.
Tu verras que tu obtiens le même résultat que le calcul plus traditionnel.
Il me semble que le premier calcul est plus "naturel" (et même plus facile en fait) mais ce peut être une question de goût

Note que si tu utilises des impulsions trop courtes, les ondes vont se rater, il n'y aura plus d'interférence

[B4lbu]

Bonjour,

Peut-on alors dire que la lumière qui passe par une fente a été émise plus tôt que la lumière qui passe par l'autre fente?

Oui, c'est un déphasage (ou retard)

Si oui, pourquoi ne tient-on pas compte de cette différence dans l'expérience de Michelson-Morley?

Dans l'expérience de Michelson-Morley c'est un interféromètre de Michelson, réglé de sorte à ce qu'il n'y ait pas de déphasage entre les deux faisceaux perpendiculaires. Si l'éther avait existé, ils auraient mesuré une différence de vitesse de la lumière selon les 2 directions (compte tenu de la vitesse de la terre dans l'éther), hors ils ont mesuré une vitesse strictement égale (aujourd'hui on sait que la lumière n'a pas besoin de support pour se propager, et la vitesse de la lumière est une constante)

[Deedee81]

Salut,

J'étais fatigué hier, j'avais pas vu le "Michelson et Morley" et pourtant il est dans le titre

En complément de ce que dit B4lbu, notons que dans M&M il est virtuellement impossible d'avoir les deux bras de même longueur (enfin, si, on pourrait avec nos moyens actuels, à une demi longueur d'onde près, mais ce serait inutilement compliqué (*)). Ce qui compte est que les deux ondes arrivent en phase ou pas. Peu importe qu'elles aie mis plus ou moins de temps pour y arriver. Et on compare une situation donnée à une autre pour voir si le déphasage change. M&M avaient fait ça en fonction des saisons et en faisant tourner le dispositif. Depuis ça été refait en comparant au sol, en altitude, dans un train, etc....

(*) dans Ligo/Virgo ce n'est pas tant la longueur qui compte que le fait qu'elle ne doit pas changer, ce qui a nécessité des ruses de Sioux et des méthodes technologiques hyper pointues.

Autre petit complément, historique là, la différence attendue par M&M pour l'éther était dû au fait qu'un vent d'éther aurait dû exister (si l'éther existait) suite à de nombreux résultats expérimentaux déjà obtenus avant (M&M ne fut que l'expérience finale que l'on connait plus dans "l'imagerie populaire" car elle fut justement la dernière pierre de touche) : expériences sur la propagation de la lumière dans des fluides en mouvement, aberration stellaire, etc... Et précisions ici que l'éther en question était l'éther luminifère = "milieu de référence par rapport auquel se définit la vitesse de la lumière" (suite à de nombreux résultats contradictoires il avait "perdu" ses propriétés physique et dans le travail de Poincaré fin dix-neuvième, par exemple, éther est synonyme de référentiel privilégié). Le résultat négatif fut donc le coup de grâce à l'éther, surtout après l'analyse d'Einstein.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite968be57d]

Bonjour

Merci Deedee et B4lbu pour vos interventions.

Il y a quelque chose que je ne comprends pas dans l'expérience de Michelson-Morley. J'essaie d'expliquer.

Dans une expérience d'interférence, il y a deux "rayons" lumineux qui arrivent à un point. S'ils sont en phase, c'est un point clair. S'ils sont en déphasage, c'est un point sombre.
Dans l'expérience de Michelson, ces deux rayons passent par des miroirs....... Je pense que vous savez la suite......
Et Michelson s'attendait à voir l'interférence entre ces deux rayons changer lorsqu'il tournait son appareil.
Voilà une image que j'ai trouvée.


On part donc d'une situation alpha.
Le rayon 1 quitte la source de lumière, passe par la lame semi transparente, rebondit.... et vient à l'endroit d'observation.
Le rayon 2 quitte la source de lumière; rebondit sur la lame semi transparente...... et vient à l'endroit d'observation. Je ne détaille pas.
Et Michelson observe AU MEME MOMENT ces deux rayons qui arrivent au point d'observation.
Ont-ils quitté la source de lumière en même temps? AU MEME MOMENT?
On ne peut pas répondre à cette question. Disons qu'il existe un écart delta t qu'on ne connait pas et qui peut éventuellement être nul.
Michelson fait tourner son appareil et il observe toujours les deux rayons qui arrivent au point d'observation. Donc AU MEME MOMENT.
C'est la situation beta.
Si l'appareil de Michelson n'est pas immobile par rapport à l'éther (et Michelson fait ses expériences à six mois d'intervalles... ),
les deux trajets des deux rayons lumineux se sont modifier. Un rayon met plus de temps que dans la situation alpha pour atteindre le point d'observation. L'autre moins de temps.
L'écart delta t n'est plus le même que dans la situation alpha.
Mais dans les calculs, on ne tient pas compte de çà. On fait comme si la lumière se divisait en deux sur la lame semi transparente et donc que les deux rayons quittait la source en même temps.
Pourquoi?

86cat

[gts2]

Bonjour,

On n'en tient pas explicitement compte, au sens où on n'interprète pas, comme vous, en instant d'émission mais c'est clairement pris en compte :
on observe les franges à l'instant t, donc si le parcours entre la lame séparatrice et le récepteur n'est pas le même pour les deux trajets, c'est bien qu'elles n'ont pas été émis au même instant.

Dans l'étude des interférences, les questions que vous vous posez sont traitées dans l'introduction ce qui permet d'introduire un formalisme/manière de raisonner qui évite de refaire le raisonnement à chaque fois.

[invite968be57d]

Merci Gts2

Je vous cite:"si le parcours entre la lame séparatrice et le récepteur n'est pas le même pour les deux trajets, c'est bien qu'elles n'ont pas été émis au même instant".

Je vous pose donc une question.
Si elles n'ont pas été émises en même temps, peut-on calculer cet écart de temps?
N'est ce pas le même que celui qu'on calcule pour la différence de parcours pour les deux trajets?


86cat

[gts2]

N'est ce pas le même que celui qu'on calcule pour la différence de parcours pour les deux trajets ?

Oui, c'est bien cela.

[invite968be57d]

Rebonjour.

Donc.
On a une source de lumière qui émet un rayon1 à l'instant t = 0.
Cette même source de lumière émet un rayon 2 un peu plus tard. Disons t = delta t secondes.
Le rayon 1 met un certain temps pour atteindre la cible, où a lieu l'interférence.
Le rayon 2 met un temps un peu plus court. Delta t secondes de moins.

Il me semble que le temps est le même.....

On fait tourner un peu l'interféromètre dans l'éther.
Y a-t-il autre chose qui change que le delta t?

86cat

(Ne pas conclure trop vite; si les deux rayons qui parcourent les branches de l'interféromètre de Michelson ne sont pas émis au même moment, il ne sont pas non plus émis au même endroit. Dans l'hypothèse initiale de Michelson, son appareil se déplace dans un éther immobile...)

[gts2]

Il me semble que le temps est le même...

C'est bien cela, j'aurai dit l'instant est le même.

Y a-t-il autre chose qui change que le delta t ? Ne pas conclure trop vite; si les deux rayons qui parcourent les branches de l'interféromètre de Michelson ne sont pas émis au même moment, il ne sont pas non plus émis au même endroit. Dans l'hypothèse initiale de Michelson, son appareil se déplace dans un éther immobile...

Que voulez-vous dire par là ? Le trajet lampe / séparatrice est le même pour les deux rayons, donc la durée est la même pour les deux rayons, et c'est la seule chose qui compte, le fait que cette durée soient différente d'une expérience à l'autre n'a pas de conséquence.

[invite968be57d]

Bonjour

Ben oui evidement. Le trajet lampe separatrice est le même pour les deux rayons. Donc les mêmes durées. Qui peuvent varier si on tourne l'appareil (les vitesses ne se composent plus de la même ). Mais toujours identiques pour les deux rayons dans la nouvelle position.

La question était :"est ce que les deux rayons ont été emis par la source en même temps?"
Cette question a-t-elle un sens? Pas vraiment.........
Michelson "allume" son appareil le matin. Et la lumière parcourt les deux bras toute la journée.
Et les deux ondes (ben oui, c'est aussi des ondes, cfr Young) interfèrent continuellement.
Mon approche n'est pas bonne.

Elle serait valable si Michelson avait envoyé une impulsion lumineuse vers sa lame semitransparente (du genre avec un mlroir tournant comme Foucault) et observé les deux flashs successifs sortir de son appareil. Impossible à voir. Donc il s'est tourné vers les interférences

Merci des echanges

86cat

[gts2]

La question était :"est ce que les deux rayons ont été emis par la source en même temps?"
Cette question a-t-elle un sens? Pas vraiment.........
Michelson "allume" son appareil le matin. Et la lumière parcourt les deux bras toute la journée.
Et les deux ondes (ben oui, c'est aussi des ondes, cfr Young) interfèrent continuellement.
Mon approche n'est pas bonne.

Si, elle est bonne, quand on observe à l'instant t les interférences, ce qui arrive à cet instant a été émis à un instant différent selon le chemin.
En particulier votre interprétation permet d'interpréter simplement les pb de cohérence (et donc la question a un sens) : si l'écart devient grand, ce n'est pas la ""même onde"" (avec autant de guillemets que vous voulez) qui arrive du chemin 1 et du chemin 2 et il n'y a plus d'interférences.
Par contre, on est d'accord que cette approche n'est la plus simple pour étudier un dispositif, le raisonnement en terme de chemin est plus adapté.

[invite968be57d]

Bonjour Gts2

Vous avez raison quand vous écrivez:"si l'écart devient grand, ce n'est pas la ""même onde"" (avec autant de guillemets que vous voulez) qui arrive du chemin 1 et du chemin 2 et il n'y a plus d'interférences.". Je "comprends" ce que vous voulez dire. (les problèmes de cohérence).
Mais la question que je me posais, si elle a un sens pour les problèmes de cohérence, n'a pas de sens pour le déphasage.
Peu importe qu'une onde produite interfère avec l'onde suivante produite (*). C'est la différence dans les trajets qui compte. Différence en seconde ou en m..............

Quand l'onde sort en deux parties à son premier passage dans la lame semi transparente, les deux morceaux (faisceaux) à 90° sont en phase........
J'ai compris. Merci.

86cat

[gts2]

Mais la question que je me posais, si elle a un sens pour les problèmes de cohérence, n'a pas de sens pour le déphasage.
Peu importe qu'une onde produite interfère avec l'onde suivante produite (*). C'est la différence dans les trajets qui compte. Différence en seconde ou en m...

La différence en seconde correspond bien à une différence de temps de départ.

Mais comme vous avez compris, on peut en rester là.