vitesse de la lumière

[ordage]

Bonjour
Quand on parle de la vitesse de la lumière (l'onde) cela se réfère à la vitesse de groupe, ce qui suppose un "paquet" d'onde de taille finie, dont la fréquence n'est pas pure. La mécanique quantique, avec le photon, en donne une image. On lui attribue une énergie associée à sa fréquence. Même remarque comment définir une fréquence précise de ce "paquet d'onde" qu'est le photon. On pourrait supposer que la modélisation d'un photon, en terme de fréquence, se ferait avec une ondelette et de quel type?
Je n'ai pas trouvé de référence sur ce sujet.
Des références ou/ou explications?
Merci
Cordialement
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[coussin]

Le titre et le début de votre message fait référence à la vitesse de la lumière mais votre question concerne la fréquence... C'est donc un peu confus...
Pour la fréquence, c'est simple. Si un photon a été émis par exemple par la désexcitation d'un état électronique, celui-ci a une fréquence moyenne et une dispersion autour de cette fréquence moyenne. C'est tout bêtement des probabilités : une valeur moyenne et un écart-type.
Cette dispersion en fréquence ne peut être plus petite que la largeur naturelle de la transition mais d'autres sources de dispersion entrent généralement en jeu, par exemple l'élargissement Doppler pour une source gazeuse "chaude".

[coussin]

Je rajoute un mot sur la vitesse de la lumière puisque je ne suis pas sûr du sujet de votre question...
La fameuse "vitesse de la lumière dans la vide" qui se trouve être aussi la vitesse limite de la théorie de la Relativité, est un concept idéal et innateignable comme bien d'autres concepts en physique. La raison en est que cela correspond(rait) à la vitesse d'une onde plane parfaite, donc d’étendue spatiale infinie.
Comme une onde plane parfaite n'existe pas, cette vitesse ne peut être atteinte. Par exemple, un faisceau laser (d'un pointeur par exemple) est typiquement approximé par un faisceau gaussien et la vitesse de ce faisceau différe de c à cause de corrections dues à la courbure des fronts d'onde.
Également, un photon émis par une désexcitation électronique est typiquement une onde sphérique dont la vitesse est aussi différente de c.
Par contre, ces effets sont extrêmement faibles et en général ne sont pas pris en compte (on commence à en tenir compte seulement en métrologie, dans les interféromètres atomiques).

[ordage]

Bonjour
Merci pour ces réponses très précises et précieuses qui répondent bien à la question que je me posais. Concernant la vitesse limite, il me semble c'est une limite donnée par la théorie de la relativité, caractérisée par des géodésiques de type nul. Les ondes électromagnétiques et gravitationnelles ne seraient pas la cause"intrinsèque" de cette limite mais des "marqueurs" de cette limite (se propagent sur des géodésiques nulles).
Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Oui c'est ça : la vitesse limite existe "en elle-même" en Relativité. Il se trouve qu'elle correspond à la propagation de particules de masse nulle, ce qu'est la lumière.

[ordage]

Bonjour

Cette réponse me convient tour à fait.

Ta remarque précédente, indiquant que les photons "physiques" (ceux émis par les atomes dans les transitions entre niveaux), ont une vitesse de groupe qui n'est pas exactement celle, correspondant à des géodésiques nulles en relativité, implique qu'ils ne se déplacent pas exactement et strictement (fluctuations) sur ces géodésiques nulles, contrairement à ce qu'on suppose généralement en relativité.

Quelles peuvent en être les conséquences physiques: le fait que la masse d'un photon ne serait pas strictement nulle par exemple et cela ne revient-il pas à prendre en compte un effet de la mécanique quantique en relativité, ce qui est plutôt recherché, il me semble ?.

A ta connaissance, cela est-il pris en compte dans des théories ?
Cordialement

[stefjm]

La fameuse "vitesse de la lumière dans la vide" qui se trouve être aussi la vitesse limite de la théorie de la Relativité, est un concept idéal et innateignable comme bien d'autres concepts en physique. La raison en est que cela correspond(rait) à la vitesse d'une onde plane parfaite, donc d’étendue spatiale infinie.

Il serait raisonnable de limiter l'extension infinie à la maximum observable. Non?

[coussin]

A ta connaissance, cela est-il pris en compte dans des théories ?
Cordialement

Pas à ma connaissance, non.
Ensuite, l'effet dont je parle n'est pas vraiment de la mécanique quantique. Déjà en Relativité, on sait qu'un ensemble de photons se déplaçant dans des directions différentes a une masse non nulle. C'est en fait exactement cet effet dont je parle : la correction dont je parle tire son origine de la courbure des fronts d'onde (qui est "l'écart par rapport à une onde plane"). Les vecteurs d'onde étant perpendiculaires aux fronts d'onde, une courbure des fronts d'onde implique des directions des vecteurs d'onde différentes. D'où l'effet.

[ordage]

Bonjour
Merci pour la précision.
Cordialement

[coussin]

Une dernière remarque : la Relativité n'a pas de problème à considérer un ensemble de plusieurs photons ayant des directions différentes mais on entend beaucoup moins le cas d'un photon unique dans une superposition d'états ayant des directions différentes. Ce dernier cas étant pourtant le cas d'un photon unique dans un mode gaussien ou une onde sphérique.
De manière générale, amener le concept de superposition d'états (concept purement quantique) en Relativité est le meilleur moyen de faire bugger la théorie
Je me souviens avoir vu passer un papier se demandant comment gravite un atome préparé dans une superposition d'états d'énergies différentes.

[Deedee81]

Salut,

De manière générale, amener le concept de superposition d'états (concept purement quantique) en Relativité est le meilleur moyen de faire bugger la théorie

Tant que c'est la RR ça va (enfin, bon, ça peut faire bugguer le cerveau par contre car on plonge tout de suite dans la théorie quantique des champs est c'est HARD).

Je me souviens avoir vu passer un papier se demandant comment gravite un atome préparé dans une superposition d'états d'énergies différentes.

Question essentielle. Il y a des expériences en cours (je ne sais pas du tout où ils en sont).