Quel est l'indice de réfraction du vide spatial ?

[Jemangemonchapeau]

Bonjour,

En fonction (ou non) de l'impédance caractéristique du vide, quelle pourrait être l'indice de réfraction d'une émission électromagnétique dans le vide spatial ?

Merci
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[Deedee81]

Salut,

A force de compléter je me rend compte que j'ai été un peu bavard Désolé, mais là je crois que je suis assez complet.

En fonction (ou non) de l'impédance caractéristique du vide, quelle pourrait être l'indice de réfraction d'une émission électromagnétique dans le vide spatial ?

Il n'y a aucune réfraction dans le vide, ça ne dépend pas de l'impédance caractéristique du vide (*).

(*) Celle-ci est un rapport des constantes de permitivité et de perméabilité du vide (**) (à la racine carré près évidemment). Or :
- on peut les considérer comme des simples coefficients de changement d'unité (par exemple entre les unités de l'induction magnétique en Tesla et du champ magnétique en ampères par mètre). (**)- ces deux constantes sont aussi reliées à la vitesse de la lumière, et la réfraction traduit la variation de cette vitesse dans un milieu. Donc forcément.... La vitesse de la lumière dans le vide ne va pas aller à une vitesse différente de la vitesse de la lumière dans le vide (***) Rappelons que l'indice de réfraction est d'ailleurs relatif (lors de la traversée d'un milieu) et se définit par rapport au vide. Donc "vide - vide" = pas de réfraction par définition de celle-ci.

(**) pour l'interprétation physique, il est plus correct de se tourner vers les constantes de polarisabilité et de susceptibilité magnétique. Elles traduisent comment un milieu se polarise ou s'aimante avec un champ électrique ou magnétique.
Elles sont reliées aux constantes de permitivité et perméabilité (et donc à l'impédance). Physiquement elles traduisent la formation des dipoles et l'orientation des moments magnétiques. Et par construction dans le vide ces constantes sont nulles dans le vide (ce qui est logique dans le vide on ne trouve pas beaucoup de dipoles ou de moments magnétiques ) (****). (j'en parle dans mon introduction à la relativité sur youtube si ça t'intéresse, au début, dans la partie sur l'éther luminifère)

Il en est donc de même de l'impédance du vide qui traduit juste les rapports des composantes orthogonales d'une onde EM (ce n'est pas très utilisé à ma connaissance, on prend plutôt les constantes de permitivité et de perméabilité)

Un exemple de ça tout à fait symptomatique : dans wikipedia, dans l'article sur l'impédance caractéristique du vide ils donnent une interprétation physique qui s'applique à un milieu matériel (une ligne de transmission) : c'est quand même un comble. D'ailleurs il faut toujours faire attention : inventer une grandeur caractérisant un truc ne signifie pas nécessairement attribuer une propriété physique "réelle" à ce truc, c'est vrai en particulier du vide. Les grandeurs peuvent aussi être liées aux unités ou à une simplification des calculs voire juste à une habitude de métier (dans certains métiers, l'usage des impédances est le b.a.ba).

(***) je sais que ça peut varier dans certaines variantes théoriques de la gravité quantique. Mais là j'ignore s'il peut y avoir un impact. Mais de toute façon c'est spéculatif et les calculs horriblement difficiles (les théoriciens se sont plantés avec la gravité quantique à boucles, à force de simplification on se trompe, comme cela est arrivé pour les soupes de quarks ou pour le graphène. Je ne jette pas la pierre : quand les calculs sont inabordables on a toujours tendance à simplifier et malheureusement on n'a pas toujours les données expérimentales qui permettraient de vérifier si les simplifications sont acceptables. On fait avec ce qu'on a).

P.S. le vide spatial n'est pas strictement vide, mais pour calculer l'indice de réfraction correspondant .... gaaaaaspppp.... déjà dans l'air il est tellement proche de 1 !!!! 1.0002 pour être exact.

(****) on peut polariser le vide !!!! Ca se pratique en optique quantique pour réduire le bruit des fluctuations quantiques. Mais ça joue sur les fluctuations du vide et pas sur la formation de dipoles ou de moments magnétiques. Je dirais donc que ça ne change rien pour l'indice de réfraction. => petit conditionnel de rigueur, ça mériterait d'être vérifié. On trouve semble-t-il un exemple de biréfringence : https://fr.wikipedia.org/wiki/Polarisation_du_vide donc ce n'est pas impossible qu'il y ait un impact. Je maîtrise assez peu l'optique quantique et on ne trouve pas facilement des sources sur la polarisation du vide dans ce domaine.
(un exemple : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004876/document 272 pages très costaudes et je ne sais même pas si on y trouverait les réponses) Faut dire que c'est assez récent comme domaine (comme le montre ce document d'ailleurs)

[stefjm]

Un exemple de ça tout à fait symptomatique : dans wikipedia, dans l'article sur l'impédance caractéristique du vide ils donnent une interprétation physique qui s'applique à un milieu matériel (une ligne de transmission) : c'est quand même un comble. D'ailleurs il faut toujours faire attention : inventer une grandeur caractérisant un truc ne signifie pas nécessairement attribuer une propriété physique "réelle" à ce truc, c'est vrai en particulier du vide. Les grandeurs peuvent aussi être liées aux unités ou à une simplification des calculs voire juste à une habitude de métier (dans certains métiers, l'usage des impédances est le b.a.ba).

Pourquoi un comble?
La vitesse d'une ligne de transmission dépend du vide qu'il y a autour de la ligne car l'onde se propage autour de la ligne de transmission.

[Jemangemonchapeau]

Deedee81,

Super explications, qui laissent du champ à l'investigation.

J'ai une première objection: la vitesse de la lumière a été mesurée .. dans des conditions de vide "terrestres", non ? Dans l'espace, on peut trouver sans arrêt ce cas de figure, où, bien sûr il ne s'agit pas tout-à-fait d'une réfraction, mais c'est "tout comme".



Sur l'exemple du trou noir ci-dessus, la lumière est déviée par la proximité de l'horizon d'un trou noir. Elle mettra plus de temps à faire le tour d'un astre immense que de la traverser, puisqu'elle ne peut pas le faire. Donc sa vitesse est virtuellement et infiniment moins rapide. Vrai ou faux ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[titijoy3]

la umière ira à la même vitesse mais parcourra plus de distance non ?

[coussin]

Quel rapport entre l'effet de lentille gravitationnelle et indice du vide ?

[Deedee81]

Salut,

La vitesse d'une ligne de transmission dépend du vide qu'il y a autour de la ligne car l'onde se propage autour de la ligne de transmission.

C'est pas faux faut peut-être regarder l'exemple de plus près, j'ai pu aller trop vite.

J'ai une première objection: la vitesse de la lumière a été mesurée .. dans des conditions de vide "terrestres", non ?

Le vide c'est le vide. Il n'y a pas un vide de terrien et in vide de martien. Alors oui, il n'est jamais parfait, mais tout de même : l'ultravide https://fr.wikipedia.org/wiki/Ultravide c'est quand même sacrément peu de chose. En outre il ne faut pas oublier que la vitesse limite intervient partout dans les théories et en particulier en théorie quantique des champs qui est la théorie la mieux validée de tous les temps.

Pour l'exemple du TN je suis entièrement d'accord avec titijoy et coussin, ça n'a tout simplement rien à voir. En outre il faut te méfier là, on est en relativité générale, et tu as des effets dû à la géométrie de l'espace temps et qui n'on rien à voir avec l'indice de réfraction ni même avec la vitesse de la lumière. Ainsi l'effet Shapiro (pour le TN en rotation) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Shapiro ce "retard" du rayon lumineux ne signifie pas du tout qu'il va moins vite mais juste que sa trajectoire est plus longue qu'une interprétation naïve le laisserait croire (interprétation naïve : croire qu'on est dans la bonne vieille géométrie d'Euclide de notre enfance et prendre la circonférence de la sphère à la manière scolaire : 2piR). On a déjà des effets tordus dans l'effet Sagnac pour un référentiel en rotation (et y a même pas de gravité là) : la vitesse globale du rayon lumineux est différente selon le sens et pourtant toute mesure locale donne toujours c, ceci étant dû à ce qu'une "coupe" dans l'espace-temps pour le référentiel en rotation n'est pas euclidienne : c'est un espace hélicoïdal localement hyperbolique.

Pour ton trou noir : la ligne droite que tu as tracé, elle n'existe même pas. Elle n'existe que.... sur papier (enfin, l'écran de l'ordinateur pour le coup ). L'espace-temps est si déformé qu'une telle ligne droite est absolument impossible (et je ne parle même pas de trajectoire de type temps, là c'est encore pire, mais ça tu as compris puisque tu dis "intraversable"). Seule exception : une droite strictement radiale pour un TN sans rotation.

Enfin, une lentille gravitationnelle ressemble à une lentille. D'où son nom. Mais c'est une analogie, et ce n'est pas de la réfraction mais de la déviation (ou mieux dit encore : un espace-temps déformé et des lignes géodésiques : les plus "droites" possibles). D'ailleurs, prend un corps massif quelconque, disons un TN c'est le plus simple (!), un ensemble de rayon lumineux parallèles venant de loin, et trace les lignes déviées. Tu peux même voir ça de loin et considérer ton TN comme ponctuel pour ne pas avoir de "trou" dans l'image (sans jeu de mot ) Bref, trace l'effet de lentille gravitationnelle. Essaie de déterminer des trucs tel que le foyer : impossible, il n'y en a pas. Essaie de trouver une vraie lentille en verre avec les mêmes comportements : impossible. Le mot lentille est un peu trompeur pour le coup !!!!

Dès que la relativité pointe son nez.... ça se complique. Mais le pire est de tout mélanger (même si une soupe de lentilles c'est pas si mal, mais je préfère au pois )

[Jemangemonchapeau]

Merci Deedee81 .. Mais j'ai dû mal comprendre la notion d'horizon du trou noir, ponctuel ou pas.

Voulez-vous effectuer un petit dessin qui montre à quel endroit les rayons sont déviés ? Sinon, je veux bien illustrer vos propos. .. Parce que peut-être, en fonction de cela, on pourra trouver le foyer.. de l'horizon. Sans lancer de défi, mais ça m'amuse quand même

D'autre part, au début du siècle passé, l'on parlait de diffraction de la lumière des étoiles situées à l'arrière des Soleils Noirs. Il en résultait des milliers d'images envoyées dans le cosmos pour une seule étoile (images ramenées sur la position où vous vous trouver, faut toujours situer l'observateur). Et par la suite, dans ce grand capharnaüm perceptif, ces mêmes images étaient renvoyées sur la même "lentille", en ayant fait le tour de l'Univers, encore des milliers de fois. Donc il y aurait relativement peu d'étoiles réelles dans l'Univers.

Cette théorie tient-elle la route ?

[f6bes]

Bjr à toi, Intéresse toi aux "lentilles gravitationnelles"et leur principe.
Bonne journée

[Deedee81]

Salut,

http://chaours.rv.pagesperso-orange....s/schwarz2.htm

(technique mais tu as quelques figures très éclairantes). Cette "lentille" ne saurait pas avoir de foyer. Aucune chance.

P.S. un horizon n'est pas ponctuel, c'est une sphère.

Cette théorie tient-elle la route ?

Pas une seule seconde. Suffit d'observer les étoiles ou encore mieux les galaxies pour voir l'infinie diversité des objets dans l'univers. Ce n'est pas des images multiples de quelques objets.

[Jemangemonchapeau]

Pourtant, il semble que, par le lien que vous donnez, Deedee81, le petit jeu des déviations de lumière d'étoiles peut atteindre des "phases" intéressantes. Comme celles-ci: "La courbe verte montre une déflexion assez forte (plus de 60 degrés) mais le photon poursuit son chemin après avoir dépassé le trou noir. Sur la courbe rouge, il semble que le photon rebondisse sur un miroir virtuel pour être renvoyé en arrière. Dans le cas de la courbe noire, la trajectoire recoupe le trajet incident et semble s’enrouler autour du trou noir." ..

et celle-ci ..

"Il existe donc effectivement une orbite circulaire stable pour un photon autour d’un trou noir de Schwarzschild. Cette orbite a pour rayon . A cette distance du centre du trou noir, un photon qui va tout droit tourne éternellement autour de celui-ci !".



Entre toutes ces déviations, tout est possible

[Deedee81]

Salut,

Je n'ai rien compris à ce que tu dis : c'est quoi le "pourtant", de quelles "phases" parles-tu, et quel rapport avec l'histoire d'une lentille et son foyer ?????

Tiens, un petit truc m'interpelle dans un des passages que tu cites : il disent que l'orbite de photon est stable.... alors que c'est faux, elle est instable. J'espère que je n'ai pas refilé un article débile (mais bon, je l'ai indiqué surtout pour les figures, c'est ça que tu demandais).

EDIT et je rappelle que tu te proposais de trouver le foyer, alors n'hésite pas à l'indiquer