Fente de Young

[invite968be57d]

Bonjour

Je suis dans l'expérience des fentes de Young.
Je m'intéresse à la raie centrale. Celle où les deux chemins optiques ont la même longueur depuis la source.
Et j'ajoute une lame de verre comme représenté sur la partie de droite de la figure.


Ma question est: que va-t-il se passer?

Première réponse.
La vitesse de la lumière dans le verre est de 200000km/sec. Dans le vide (l'air), elle est de 300000km/sec. Donc le rayon A va arriver un peu avant le rayon B (qui traverse la lame de verre) et le déphasage sera différent. Et donc la raie centrale va se déplacer.

Deuxième réponse.
La vitesse de la lumière dans le verre est de 200000km/sec. Dans le vide (l'air), elle est de 300000km/sec. Donc le rayon B (qui traverse la lame de verre) (et qui se combine avec le rayon A) quittera la source un peu avant le rayon A. Ceci compensera le retard du rayon B et la raie reste à la même place.

Qu'en pensez-vous?

86cat
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[calculair]

Comment la source peut elle savoir qu'il y a une lame de verre de caractéristiques définies pour modifier ces conditions d'émission ???

Bonjour

Je suis dans l'expérience des fentes de Young.
Je m'intéresse à la raie centrale. Celle où les deux chemins optiques ont la même longueur depuis la source.
Et j'ajoute une lame de verre comme représenté sur la partie de droite de la figure.
Pièce jointe 433671

Ma question est: que va-t-il se passer?

Première réponse.
La vitesse de la lumière dans le verre est de 200000km/sec. Dans le vide (l'air), elle est de 300000km/sec. Donc le rayon A va arriver un peu avant le rayon B (qui traverse la lame de verre) et le déphasage sera différent. Et donc la raie centrale va se déplacer.

Deuxième réponse.
La vitesse de la lumière dans le verre est de 200000km/sec. Dans le vide (l'air), elle est de 300000km/sec. Donc le rayon B (qui traverse la lame de verre) (et qui se combine avec le rayon A) quittera la source un peu avant le rayon A. Ceci compensera le retard du rayon B et la raie reste à la même place.

Qu'en pensez-vous?

86cat

[invite968be57d]

Bonjour Calculair

La source émet. Point.
Revenons à l'expérience des fentes de Young sans la lame de verre. Pour la raie suivante, sombre, à gauche ou à droite de la raie centrale, claire, le déphasage est de 180°. Les trajets optiques différent de 1/2 longueur d'onde. Et donc me semble-t-il, les deux rayons qui interférent (et qui s'annulent, raie sombre) n'ont pas été émis en même temps.

86cat

[B4lbu]

Première réponse.
La vitesse de la lumière dans le verre est de 200000km/sec. Dans le vide (l'air), elle est de 300000km/sec. Donc le rayon A va arriver un peu avant le rayon B (qui traverse la lame de verre) et le déphasage sera différent. Et donc la raie centrale va se déplacer.

Vrai avec une petite précision, la raie centrale ne se « déplace » pas vraiment, c’est plutôt l’intensité au point considéré qui varie en cosinus du déphasage (donc on a l’impression d’un déplacement, mais les rayons lumineux n'ont pas bougé)

Deuxième réponse.
La vitesse de la lumière dans le verre est de 200000km/sec. Dans le vide (l'air), elle est de 300000km/sec. Donc le rayon B (qui traverse la lame de verre) (et qui se combine avec le rayon A) quittera la source un peu avant le rayon A. Ceci compensera le retard du rayon B et la raie reste à la même place.

Vrai aussi, sauf la conclusion : que l’un soit en avance ou en retard de la même valeur par rapport à l’autre revient au même : c’est un déphasage (comme le fait que les franges sont symétriques par rapport au centre des fentes, sans lame de verre)

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Bonjour Calculair

La source émet. Point.
Revenons à l'expérience des fentes de Young sans la lame de verre. Pour la raie suivante, sombre, à gauche ou à droite de la raie centrale, claire, le déphasage est de 180°. Les trajets optiques différent de 1/2 longueur d'onde. Et donc me semble-t-il, les deux rayons qui interférent (et qui s'annulent, raie sombre) n'ont pas été émis en même temps.

86cat

C'est vraiment bizarre d'interpréter les fentes d'Young en termes d'instants d'émission...
C'est une source unique, continue. Il n'y a pas "d'instants d'émission"...
Ce n'est qu'une histoire de trouver les maxima d'intensité qui dépendent du chemin optique (que modifie la lame de verre), c'est tout.

[B4lbu]

C'est vraiment bizarre d'interpréter les fentes d'Young en termes d'instants d'émission...
C'est une source unique, continue. Il n'y a pas "d'instants d'émission"...
Ce n'est qu'une histoire de trouver les maxima d'intensité qui dépendent du chemin optique (que modifie la lame de verre), c'est tout.

En fait il n'a pas tout à fait tort car avec une source réelle, à partir d'un certain écartement des fentes, on n'observera plus de franges car le déphasage dépassera le temps de cohérence de la source (mais on rentre dans des concepts plus compliqués pour l'explication)

[gts2]

Donc le rayon B (qui traverse la lame de verre) (et qui se combine avec le rayon A) quittera la source un peu avant le rayon A.

J'aurai dit "aura quitté".

Ceci compensera le retard du rayon B et la raie reste à la même place.

Ceci ne compense pas, c'est la même chose énoncé autrement.
La cause du changement d'état du centre est que la durée de parcours SAcentre est moindre que celle du parcours SBcentre.

L'onde qui est passée par B a donc du retard (votre deuxième énoncé),et observée à un instant donné au centre a donc été émise avant (premier énoncé).

Et, en effet comme dit @B4lbu, si le retard créé par la lame est plus grand que la durée de cohérence, les deux ondes qui arrivent au centre n'appartiendront pas au même train d'onde, car émis à deux instants trop différents.

[coussin]

En fait il n'a pas tout à fait tort car avec une source réelle, à partir d'un certain écartement des fentes, on n'observera plus de franges car le déphasage dépassera le temps de cohérence de la source (mais on rentre dans des concepts plus compliqués pour l'explication)

Tout raisonnement sur des distances et sur des temps sont équivalents de toute façon. En termes de distances, c'est la longueur d'onde dans le verre qui est différente. En termes de temps, c'est la vitesses de la lumière dans le verre qui change par rapport au vide.

[ornithology]

l'existence sur l'un des chemins d'une lame de verre donne une information partielle sur le chemin emprunté.
En plus d'un décalage on devrait aussi avoir une diminution de la visibilité des franges.

[coussin]

Tout raisonnement sur des distances et sur des temps sont équivalents de toute façon. En termes de distances, c'est la longueur d'onde dans le verre qui est différente. En termes de temps, c'est la vitesses de la lumière dans le verre qui change par rapport au vide.

Par contre, raisonner sur les temps peut être casse-gueule, d'où ce sujet

[invite968be57d]

Bonsoir.

Est-ce correct?

Young. Sans la lame.


Que se passe-t-il en e?
Une des ondes du train d'ondes produit par la source est passée par les deux fentes (au même moment) donc deux ondes qui quittent b et c... Voir figure.
Les mêmes distances pour arriver en e (donc durées identiques). Pas de déphasage. Addition des deux ondes. Un point clair. (raie claire....)

Que se passe-t-il en d?
Une des ondes du train d'ondes produit par la source est passée par la fente c (en bas sur la figure) et arrive en d. (Celle qui a le trajet le plus long.....).
L'onde suivante (celle que la source produit juste après celle qui est passée par la fente c) passe par la fente b et arrive en d.
Ces deux ondes se combinent donc en d (au même moment et au même endroit). Il y a un déphasage de 360°. Donc pas de déphasage. Donc un point clair.

Est-ce correct ? (même si ce n'est pas comme çà qu'on explique les choses habituellement.....)

J'ajoute que plus la raie claire s'éloigne de la raie centrale (la 22me à gauche de la raie centrale par exemple), plus les deux ondes qui se combinent ont été produites par la source à des moments différents. Et plus on a de chances d'avoir des ondes différentes (formes de la sinusoïde différentes, fréquences pas exactement les mêmes...???). Et plus donc les chances de voir les raies claires et sombres s'amenuisent.

Est-ce correct ?

86cat.

[ornithology]

La vitesse d'un photon sur les trajets n'est pas observée. rien ne dit qu'elle est egale a c le long des deux trajets

[gts2]

Cela me parait correct.

[B4lbu]

Que se passe-t-il en e?
Une des ondes du train d'ondes produit par la source est passée par les deux fentes (au même moment) donc deux ondes qui quittent b et c... Voir figure.
Les mêmes distances pour arriver en e (donc durées identiques). Pas de déphasage. Addition des deux ondes. Un point clair. (raie claire....)

Oui

Que se passe-t-il en d?

Sans faire le calcul (qui dépend de la distance entre les fentes, distance entre l'écran et les fentes, longueur d'onde), impossible de le dire

J'ajoute que plus la raie claire s'éloigne de la raie centrale (la 22me à gauche de la raie centrale par exemple), plus les deux ondes qui se combinent ont été produites par la source à des moments différents. Et plus donc les chances de voir les raies claires et sombres s'amenuisent.

Oui

[invite968be57d]

Bonjour

Merci pour toutes vos réponses.

Blu4.
Que se passe-t-il en d?
Désolé, mais ce n'est pas précisé dans le texte, mais juste sur la figure: le point d fait partie de la raie claire qui est à gauche (ou à droite) de la raie claire centrale.
Faut vraiment que je me relise dans les détails.

Bonne soirée

86cat

[B4lbu]

Que se passe-t-il en d?
Désolé, mais ce n'est pas précisé dans le texte, mais juste sur la figure: le point d fait partie de la raie claire qui est à gauche (ou à droite) de la raie claire centrale.

la distance sur l'écran entre le max de la frange centrale et le max de la frange adjacente est égale à une interfrange, qui est :

avec D la distance fente / écran, l la distance entre les fentes et lambda la longueur d'onde (donc int n'est pas forcément égal à l/2 si c'était votre question)

Par ailleurs étant donné que c'est un max d'intensité, c'est un endroit où les ondes passant par les deux fentes arrivent en phase sur l'écran (de la même façon, les minimums d'intensité sont les endroits où elles arrivent en opposition de phase). Mais si on recule l'écran, ça n'est plus vrai, d'où la présence de D dans l'équation de l'interfrange

[invite968be57d]

Bonjour B4lbu

Je comprends (pas trop mal...) que les deux ondes arrivent en phase au point d. Et au point e. Et qu'entre les deux on passe graduellement vers un point sombre.
Ce que je comprends beaucoup moins bien, c'est la transposition du phénomène réel à la modélisation qui en est faite.
Et ce qui me choque (!) (dans les calculs associés), c'est qu'on considère UNE onde qui quitte la source. Qui arrive aux deux trous percés dans le premier écran. Qui forment donc deux sources secondaires (c'est très mal exprimé, désolé). Et ces deux sources secondaires, elles sont en phase. Elles ondulent de la même façon dans le temps (mais pas au même endroit...).
Et puis elles arrivent en d par deux trajets qui n'ont pas la même longueur. Donc pas la même durée de parcours.
Et donc je pense (à tort?) que la lumière (point clair) qu'on observe en d est le résultat d'une onde produite par la source et de la suivante produite par la source. (Une période en seconde plus tard, période de la lumière utilisée).
D'écrire cela, c'est un peu plus clair pour moi..................

86cat

[invite968be57d]

Bonjour.

Oups j'ai compris.
Que je calcule la différence de temps en fin de parcours (départ simultané) ou en début de parcours (arrivée un après l'autre). C'est la même différence.............
Je pense que quelqu'un l'a écrit sur le forum............

86cat

[ornithology]

Sauf qu'il n'y a pas de différence de temps....
on sait produire des photons isolés qui passent a travers les fentes avec des lapses de temps donnés.
pour chaque photon, 1 départ de la source, 1 impact, 1 durée de vol et divers chemins possibles en superposition.

[gts2]

Oui, mais toujours le même problème : on raisonne en photons OU en ondes électromagnétiques, les deux simultanément, c'est souvent problématique.

[coussin]

Oui, mais toujours le même problème : on raisonne en photons OU en ondes électromagnétiques, les deux simultanément, c'est souvent problématique.

Pas vraiment, non...
Raisonnons sur un photon unique, disons une onde plane. Par le principe de Huygens, 2 ondes sphériques émergent des 2 fentes. Ces 2 ondes sphériques peuvent être rendues "synchrones" par des éléments de symétries par exemple. Dans ces conditions, un front d'onde sphérique représentant un maximum de champ électrique émerge des 2 fentes aux temps T, 2T, 3T, etc où T est la période de la radiation lumineuse.
Ainsi, il est facile de voir (simplement en faisant un schéma comme on en voit mille en faisant une recherche Google) que la frange centrale résulte des fronts d'onde émergeant à (nT,nT) des 2 fentes. Et que les 2 premières franges latérales résultent des fronts émergeant à (nT,(n+1)T) et (nT,(n-1)T).
Etcetera pour les autres franges latérales plus lointaines.

[gts2]

Je répondais à :

"Sauf qu'il n'y a pas de différence de temps..."

Et là on dit :
"Et que les 2 premières franges latérales résultent des fronts émergeant à (nT,(n+1)T) et (nT,(n-1)T)"
Le T entre les deux fronts émergeant n'est pas une différence de temps ?

[ornithology]

On peut aussi penser en termes de superposition de diagrammes de Feynman.
on y a des choses mesurées qui sont a la périphérie du diagramme et des lignes internes non mesurées.
on ne leur demande pas de se comporter comme des particules réelles libres en particulier pour la masse de la
particule le long du segment.
un diagramme de Feynman ne décrit pas un processus que a eu lieu (sauf pour les évenements mesurés externes)
Un processsus réel est une superposition de tes diagrammes. On peut dans le cas le plus simple dessiner l'un a
coté de l'autre deux diagrammes.
pour les fentes de Young , l'un aurait comme éléments externes l'émission a la source et l'impact sur l'écran
et une ligne interne representant un chemin possible. la non plus on ne demande pas au photon de se comporter
comme un photon libre. ca fait un diagramme
on peut en faire un autre avec l'autre chemin.
Maintenant on superpose les deux diagrammes et on obtient l'image habituelle que perturbe tant les gens avec ses deux chemins possibles. il faut garder en tete que chacun des deux processus n'est pas réél (hors couche de masse). toute la difficulté consiste a se persuader qu'on n'a pas une superposition de phénomenes physiques réels. c'est pareil avec le chat de schroedinger il est en superposition d'un chat pas vraiment vivant et d'un chat pas vraiment mort. saur que pour les deux diagrammes on a a l'exterieur un résultat de mesure. soir mort soit vivant.

[invite968be57d]

Rebonjour tout le monde.

Cà se bouscule.

Coussin.
J'aime beaucoup ce que tu dis :" ...que la frange centrale résulte des fronts d'onde émergeant à (nT,nT) des 2 fentes. Et que les 2 premières franges latérales résultent des fronts émergeant à (nT,(n+1)T) et (nT,(n-1)T). Etcetera pour les autres franges latérales plus lointaines...". Je reçois 5 sur 5.

Gts2.
Je vais un peu clarifier mon raisonnement.

Ornitology.
Je lis:"...on sait produire des photons isolés qui passent a travers les fentes avec des lapses de temps donnés...". Oui, çà c'est vrai. J'ai lu çà autre part. Mais autant je peux visualiser l'expérience de Young et essayer de la comprendre. Autant je ne peux imaginer tout l'appareillage pour produire des photons un par un. Je trouve juste les conclusions, pas le protocole expérimentale. Et dire qu n'y a pas de différence de temps, j'y reviens. Je vais clarifier mon raisonnement.

86cat

[invite968be57d]

Rebonjour.

Expérience de Young classique. Une source, un écran avec deux trous, un écran d'observation.

Que fait-on dans les calculs?
La source émet deux "rayons". Qui passent chacun par une fente. Et arrivent sur un point de l'écran d'observation. Et on calcule le décalage (spatial habituellement. Temporel si on veut). Ce qui permet de calculer le déphasage. Et donc d'expliquer l'intensité lumineuse de ce point, clair, foncé, entre les deux.
C'est sous entendu et évident que les deux rayons au départ sont en phase...

Qu'en est-il de la réalité (selon moi..... )
La source émet deux rayons lumineux un après l'autre (même endroit, moment différent). Ils arrivent ensembles (même endroit, même moment) en un point de l'écran d'observation. Et on peut calculer le décalage temporel pour l'émission des deux rayons. (pas le décalage spatial, c'est le même endroit...). Et donc calculer le déphasage final.

Mais il me semble que c'est chou vert et vert chou....
Calculer le décalage à l'arrivée quand ils sont partis ensemble sur la ligne de départ.
Ou le décalage au départ alors qu'ils arrivent ensemble à l'arrivée.
Chacune des options permet de toute façon de calculer le déphasage.....

Qu'en pensez-vous?

86cat


Encore un point important pour la suite mais qui n'est pas encore bien clair pour moi. Help.
Dans la seconde "méthode", la source émettrice a aussi son maximum d'amplitude, puis un minimum, puis de nouveau un maximum..... (enfin il me semble...). Donc quand elle émet le premier rayon, elle est "dans un état" (quelque part sur la sinusoïde...). Et quand elle émet le second, elle est dans un autre état (autre part sur la sinusoïde mais qui peut être le même, une longueur d'onde plus loin (une période T plus tard))......................
Mais je m'arrête là. La suite plus tard. Ce problème est beaucoup plus clair dans la première méthode. Il me semble que c'est équivalent, mais je voudrais en être sûr.

[coussin]

Je ne comprends pas ce que vous ne comprenez pas...
Prenez cette image typique : https://i.stack.imgur.com/QTGeQ.gif
Chaque arc de cercle correspond à un maxima d'intensité. Prenez la première frange latérale, remontez vers les 2 fentes, vous voyez que ça correspond aux maxima n de l'une des fentes avec les maxima n-1 de l'autre fente. Point.
Si ça peut vous aider, numérotez les arcs de cercle émergeant des fentes, je sais pas...

[ornithology]

Au point d'impact un seul clic. Pas deux. pas de décalage temporel avec un autre truc mesurable a cet endroit.

[ornithology]

Pour un photon on a E = pc
si je multiplie par un temps T de parcours le long d'un chemin, j'ai ET = pcT
ca a la dimension d'une action (comme la dimension de la constante h)
si je divise les deux termes par h j'obtient l égalité E/h T = p/h cT entre deux nombres purs comme des angles de rotation de la phase. en réécrivant cT = L on voit que cette phase s'exprime indiféremment soit avec T soit avec L.
et la différence de phase soit par une différence T2 - T1 ou L2 - L1
je prefere la voir comme due a une différence de longueur des chemins (chose concrete) plutot qu'entre deux temps entre deux
événements non mesurables (les quels d'ailleurs)
c'est pourquoi le dessin de Coussin est aussi parlant . pas besoin de chronometre pour faire des vérifications , des mesures 1 rayon, 2 rayons N rayons permettent de visualiser ou sont géométriquement les maximums de phase.

[invite968be57d]

Bonjour

Coussin et Ornithology.

Il y a l'expérience de Young(1801). Il y a la roue dentée de Fizeau (1849). Le miroir tournant de Foucault (?). Il y a aussi le mémoire de Fresnal (+/-1817) et enfin l'expérience de Michelson-Morley (1881-1887).

Et Ornithology écrit (pour l'expérience de Young...):"Au point d'impact un seul clic. Pas deux. pas de décalage temporel avec un autre truc mesurable a cet endroit"
Il y a deux types d'expériences. Celles où on envoie un flash lumineux et qu'on "récolte" après son trajet. Donc on peut calculer sa vitesse. (Fizeau, Foucault et probablement d'autres)
Celles où on divise de la lumière (source unique continue) en deux parties (division d'onde pour Young; division d'amplitude pour Michelson) et puis qu'on recombine pour avoir des interférences.

J'en viens au "clic" de Ornithology.
Dans l'expérience de Young, on envoie de la lumière "en continu". Et on observe les interférences. Imaginons qu'on y envoie un flash de lumière (grâce à un miroir tournant par exemple...). Celui-ci va atteindre les deux fentes et les deux morceaux... je ne détaille pas. Si on a un détecteur quelque part où se serait trouvé la raie claire centrale, il perçoit un clic (les deux flash y arrivent confondus). Partout ailleurs, il va percevoir deux clics. Le premier pour le trajet le plus court. Le second pour le plus long. Et plus on s'éloigne de la raie centrale, plus ces deux clics sont séparés dans le temps.
Une idée du delta t? C'est du 10exp-15 seconde (voir la page https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3...lson_et_Morley). Le calcul y est fait pour des trajets de 10m dans l'interféromètre de Michelson. C'est une quantité trop petite pour être mesurable avec une grande précision. En tout cas en 1887 à l'époque de Michelson. Michelson pensait en revanche pouvoir la mettre en évidence par l'observation des franges d'interférence. Pour être plus précis, par le déplacement des franges d'interférence d'une longueur égale à 2/10 d'interfrange (si j'ai bien compris. Voir la page pour les calculs...).

Voilà.
Là, j'essaie de comprendre ce qui se passe si on introduit une lame de verre dans un des trajets de l'expérience de Young. Et les clics de Ornithology vont me faire avancer.

86cat

[gts2]

Dans l'expérience de Young, on envoie de la lumière "en continu")

Vous voulez dire que vous étudiez l'expérience de Young en "lumière continue" ? Si oui, d'accord. Sinon, rappel : on peut réaliser l'expérience de Young photon par photon, atome par atome, molécule par molécule.

Une idée du delta t? C'est du 10exp-15 seconde

10^-15 s, c'est une demi-période !
Des flashs de cette durée ne seraient plus monochromatiques !

Si on a un détecteur ... il va percevoir deux clics. Le premier pour le trajet le plus court. Le second pour le plus long. Une idée du delta t? C'est du 10exp-15 seconde

Si les deux flash arrivaient à deux instants différents, comment pourrait-il y avoir interférence ?

Là on arrive en limite d'optique ondulatoire.