photon lâché ou photon orienté

[zou]

hello
je propose une expérience de pensée, ou un exercice, c'est selon:


le haut d'un mât de bateau passe au niveau d'un haut de mât fixe. Sur le mât mobile est fixé une source de lumière orientée (rouge) vers le pied du mât, sur le mât fixe est fixé une source de lumière orientée (bleu) vers le pied du mât, à l'endroit où le premier rayon de lumière atterrira. La première source pointe donc vers le bas (vu du bâteau), tandis que la deuxième est orientée avec un angle avec la verticale. On peut considérer que le pont du bateau est transparent, que les photons peuvent tout autant atteindre le pont mobile que la surface de l'eau, statique, où se trouve un détecteur relié à une horloge synchrone avec une autre horloge au pied du mât statique
Question: quel photon arrivera en premier? Sachant qu'ils partent du même endroit au même moment, donc
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[Garion]

Question: quel photon arrivera en premier? Sachant qu'ils partent du même endroit au même moment, donc

De quel point de vue ? Quelque chose de simultané dans un référentiel ne l'est pas forcément dans un autre.

[gts2]

Bonjour,

Si je comprends bien, à t=0, défini comme (mat bateau=mat fixe), vous envoyez vos deux photons qui doivent atterrir au même endroit (pied du mat).
Dans ce cas, dans le référentiel bateau, le photon envoyé par le mat fixe se déplace verticalement et arrive au même instant que l'autre t=h/c.
Dans le référentiel quai, le photon envoyé par le mat bateau est incliné.

Autrement dit, dans les deux cas, ils partent du même endroit au même instant et arrivent au même endroit au même instant.

J'ai peut-être mal compris...

[mach3]

Les deux photons ont la même ligne d'univers (ou quasiment, on va dire qu'elles sont parallèles au pire). Il partent en même temps du même endroit (enfin presque, on va dire même x et même z) et arrivent en même temps au même endroit (enfin presque encore), indépendamment du choix du référentiel.
Le fait que pour avoir cette même ligne d'univers (ou quasiment) les sources placées sur le mat du bateau et sur le mat du quai ne doivent pas avoir le même angle avec leurs mats respectifs est dû au phénomène d'aberration de la lumière. Ces angles dépendent directement de la vitesse relative entre le quai et le bateau (et il faut quand même un bateau qui va bien vite pour que ce soit significatif).

https://fr.wikipedia.org/wiki/Aberra...a_lumi%C3%A8re

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[zou]

De quel point de vue ? Quelque chose de simultané dans un référentiel ne l'est pas forcément dans un autre.

du point de vue du détecteur, statique ou non, au pied du mât mobile

Autrement dit, dans les deux cas, ils partent du même endroit au même instant et arrivent au même endroit au même instant.

Les deux photons ont la même ligne d'univers

en principe

deuxième question: rouge et vert (sur l'autre partie du schéma) arrivent-ils en même temps (via des détecteurs reliés à des horloges synchrones)?

[mach3]

deuxième question: rouge et vert (sur l'autre partie du schéma) arrivent-ils en même temps (via des détecteurs reliés à des horloges synchrones)?

vu que c'est la même ligne d'univers, que les évènements d'émission sont les mêmes et que les évènements de réception sont les mêmes (éventuellement à une translation suivant y près, pour rendre l'expérience réaliste), alors sans ambiguïté, ils partent en même temps et arrivent en même temps (sauf si on fait le choix pervers d'un référentiel en translation suivant y dans le cas réaliste, mais la durée qui sépare les émission est la même que la durée qui sépare les réceptions).

m@ch3

[zou]

ils partent en même temps et arrivent en même temps

donc si on superpose les expériences, c'est à dire en faisant partir rouge, vert et bleu en même temps, vert et bleu arrivent en même temps, ce n'est pas possible

[gts2]

C'est quoi vert et bleu ?
J'avais compris qu'il y avait émission d'un photon (rouge ?) au sommet du mat bateau et d'un (vert et/ou bleu) au sommet du mat "fixe"; donc vert et bleu c'est la même chose mais décrit à ce que je comprends dans deux référentiels différents.
Pourquoi ne distinguez-vous pas les deux photons rouges ?

D'autre part je ne vois pas deux expériences mais une seule décrite dans deux référentiels.

[mach3]

rouge vert et bleu ??

Ton énoncé n'est pas complet ! A part sur le schéma de droite (qui n'est pas très compréhensible d'ailleurs), il n'est pas fait mention de rayon vert. On ne comprend pas de quoi il est question.

Du coup je ne sais même pas si ma réponse précédente est correcte vu que je n'avais pas capté l'histoire de vert et rouge sur le schéma de droite...

EDIT, j'ai fini par comprendre je crois, ma réponse précédente doit être fausse, il me faut encore réfléchir, mais par pitié des énoncés clairs !

m@ch3

[zou]

C'est quoi vert et bleu ?

j'ai divisé en deux expériences, mais rouge est commun aux deux
il y a trois sources d'émission: une au sommet du mât mobile, tournée vers le bas, et deux au sommet du mât statique, l'une est orientée et l'autre tournée vers le bas
tu peux toujours imaginer que ce sont des lasers de chacune des couleurs

[mach3]

il y a trois sources d'émission: une au sommet du mât mobile, tournée vers le bas, et deux au sommet du mât statique, l'une est orientée et l'autre tournée vers le bas
tu peux toujours imaginer que ce sont des lasers de chacune des couleurs

c'est ce que j'avais fini par comprendre, mais ça va mieux en le disant. Ce serait bien de faire attention à l'avenir...

Donc, de façon évidente (maintenant que j'ai compris ce qu'était le vert), dans le référentiel du quai, le rayon vert atteint la base du mat du quai avant que le rayon rouge n'atteigne la base du mat du bateau.
Et dans le référentiel du bateau, c'est le contraire.

m@ch3

[mach3]

Appelons :

-A l'évènement de croisement des sommets des mats, où l'émission des rayons se produit
-B l'évènement de réception au pied du mat du quai
-C l'évènement de réception au pied du mat du bateau
-D l'évènement de croisement des pieds des mats

AB est donc le rayon vert et AC à la fois le rayon bleu et rouge (ils partent chacun d'un sommet de mat différent alors que ces sommets coïncident et arrivent tous deux au pied du mat du bateau), tous deux sont de genre nul, donc AB²=AC²=0
AD est orthogonal à DB et DC, donc AD²=-DB²=-DC². DB et DC sont donc de même durée, concrètement si on place un chrono au pied de chaque mat qui démarre quand les mats de croisent (D) et s'arrêtent quand les rayons respectifs arrivent (B ou C), ils mesurent la même durée h/c avec h la hauteur du mat.

Voyons voir maintenant quand est-ce que depuis le pied de chaque mat on voit l'autre rayon atteindre le pied de l'autre mat.

On construit B' sur (DC), tel que BB' est de genre nul et que [CB') n'est pas la même demi-droite que [CD). Lors de cet évènement, un observateur au pied du mat du bateau voit le rayon vert atteindre le pied du mat du quai. On a donc un triangle avec deux côtés de genre temps et un côté de genre nul et on peut montrer que le rapport des côtés de genre temps vaut avec l'angle hyperbolique entre ces deux côtés de genre temps ( étant alors la vitesse du bateau par rapport au quai)

DB valant , DB' vaut donc . Un observateur au pied du mat du quai compte donc entre le croisement des mats et la réception du rayon vert, et il compte entre le croisement des mats et l'observation de la réception du rayon bleu/rouge au pied du mat du bateau.

Il peut diviser cette dernière durée en deux parties avec (distance parcourue par le bateau entre le croisement et la réception au pied de son mat divisée par vitesse du bateau par rapport au quai) et , étant donc l'heure de réception de bleu/rouge par le pied du mat du bateau que va considérer l'observateur au pied du mat du quai, qui sera corrigé de , le temps nécessaire à la lumière pour aller d'un pied de mat à l'autre.
On trouve assez rapidement que et donc que , ce qui est plus long que .

Même chose en symétrique en construisant C' sur (DB), tel que CC' est de genre nul et que [BC') n'est pas la même demi-droite que [BD)...

Bref, si on met un observateur au pied de chaque mat, s'ils déclenchent leurs chronos quand les mats se croisent, ils reçoivent leur rayon à la date , voient l'autre recevoir son rayon a et, en déduisant le temps parcours de la lumière, considèrent que l'autre à reçu son rayon à , donc plus tard que lui-même.

Faudra que je fasse un schéma, ça sera plus clair, mais pas le temps là.

m@ch3

[zou]

le rayon vert atteint la base du mat du quai avant le rayon rouge
Et dans le référentiel du bateau, c'est le contraire

je me place uniquement dans le référentiel du quai, les détecteurs sont statiques et synchrones dans les deux expériences

si vert et bleu n'arrivent pas en même temps au sol, cela signifie que l'espace du bateau est contracté ou dilaté, et ce dans le sens vertical, c'est à dire orthogonalement au mouvement: mais, dans un tunnel, un photon émis verticalement mesurera à la fois la hauteur du train et celle du tunnel (si le plafond du train est transparent, par exemple), que le train soit en mouvement ou non
à priori vert et bleu arrivent donc en même temps

[gts2]

Si vous vous placez uniquement dans le référentiel du quai avec émission à partir du mat du quai, que vient faire l'espace du bateau ici (le bateau sert juste à définir l'angle d'inclinaison) ?

cela ressemble à cela :



Comment voulez-vous que bleu et vert arrive en même temps ?

Ou alors, je n'ai pas compris les expériences.

[zou]

Si vous vous placez uniquement dans le référentiel du quai avec émission à partir du mat du quai, que vient faire l'espace du bateau ici (le bateau sert juste à définir l'angle d'inclinaison) ?

parceque rouge est émis depuis le haut du mât mobile

Comment voulez-vous que bleu et vert arrive en même temps ?

pour l'instant, il faut d'abord s'entendre sur les deux premières expériences, et comme elles ont rouge en commun, on peut ensuite considérer les trois sources en même temps

[gts2]

pour l'instant, il faut d'abord s'entendre sur les deux premières expériences

Est-ce que le schéma #14 correspond à vos expériences ?
Si oui, on ajoutera rouge ensuite.

[zou]

Est-ce que le schéma #14 correspond à vos expériences ?

oui, on peut rajouter rouge, le long de bleu. Il faudrait rajouter une lampe verticale rouge (avec un symbole de mouvement), une lampe orientée bleue et une lampe verticale verte

[zou]

j'ai pris l'exemple du bateau parceque, historiquement, la relativité de Gallilée nous indique la notion de verticale en faisant tomber un truc du haut du mât, et on a rapidement collé la même notion de verticale au photon, ce qui, par mimétisme, lui donne une inertie transverse à sa direction de mouvement, ce qui peut rendre perplexe puisque l'inertie du photon est apparemment définie dans sa direction de mouvement. Du coup penchons-nous sur l'expérience des miroirs d'Einstein (deux miroirs parallèles entre lesquels rebondit un photon, I)

Elle est à priori à comparer avec l'expérience statique (deux miroirs immobiles entre lesquels rebondit un photon, II), et, en mettant le système en translation (miroirs+photon) on fait involontairement l'hypothèse de mettre la source lumineuse aussi en mouvement
Or, on peut aussi faire l'expérience tout en fixant la source: faire bouger les miroirs et orienter la source statique, comme pour bleu (V). Le cas vert indique que la mobilité du miroir importe peu (II&III; III&IV étant équivalents), on peut donc se contenter de faire réfléchir bleu entre la surface de l'eau et un grand miroir horizontal statique à hauteur des mâts

Conclusion: l'orthogonale est mal définie sur le bateau. Pour que rouge ait la même vitesse et parcourt la même distance que bleu, il faut incliner la source rouge, à priori parallèlement à la source bleu. Il faut considérer alors que nous sommes 'inclinés', comme l'indique vert (IV) puisqu'un photon est sensé rebondir à la verticale s'il arrive à la verticale (le cas V, miroirs mobiles ou non, correspond à la loi de réflexion/incidence des rayons lumineux dans le référentiel statique)

[gts2]

Je pense qu'il y a un lapsus : dans le cas IV, on a :

[zou]

désolé si je flood, mais je vois que j'ai fait une hypothèse: vert rebondit sur un miroir mobile à la verticale statique. N'étant pas sûr de ça, et si on veut retrouver la loi d'incidence/réflexion dans le référentiel du miroir en mouvement,
vert.jpg
on pourrait supposer que vert ne rebondit pas à la verticale du fait du déplacement du miroir. Et, en ce cas, le rebond de bleu sur le miroir mobile aurait une incidence différente de sa réflexion. Qu'en pensez-vous? Finalement, cela pose la question de comment rebondit un photon sur un miroir, comment les atomes de celui-ci lui présentent leurs 'faces', et comment il se comporte avec eux suivant qu'il est émis d'une source mobile (le photon se déplaçant 'en biais') ou d'une source statique orientée (le photon avançant 'tout droit')
Ca donne éventuellement des contraintes sur les symétries de la matière, et ce d'un point de vue géométrique, mais ça ne modifie pas la teneur du dernier message, à savoir que notre petit monde cosmique est 'orienté', qu'à priori, la vitesse a donc un potentiel modificateur de la courbure de l'espace-temps, visiblement à grande échelle (nos vitesses étant faibles par rapport à c, localement il ne se passera quasiment rien), à l'instar de l'accélération qui s'en occupe à plus petite échelle. Ne retrouverait-on pas là une caractéristique de la description MOND de la matière noire? (Rappelons que la matière noire est encore un bien grand mystère et que toute hypothèse la concernant doit être au moins suggérée, avec quelques motivations cela va sans dire)

[zou]

non, si tu passes devant II, tu verras IV. La question est toujours la même que dans le message précédent (nos messages se sont croisés), est-ce que le miroir emporte avec lui le photon 'vert' comme représenté en schéma?

[zou]

Je pense qu'il y a un lapsus : dans le cas IV, on a :

arf, je vois tout en biais en ce moment, mon schéma IV est faux. Que l'on passe devant ou que l'on oriente la source et que l'on fasse bouger le miroir, ça doit faire la même chose, à ceci près que la source reste statique
La question initiale n'est donc pas de remettre en question ce principe, mais de déterminer la vitesse des photons dans un cas par rapport à l'autre (rouge/bleu, vert/rouge, bleu/vert), ça n'apparait pas dans ton schéma. Alors je veux bien qu'on parle de la loi de la réflexion, mais paradoxalement ici, c'est un autre sujet qui fait appel aux propriétés géométriques des atomes des miroirs.
en tout cas, merci d'avoir souligné le "lapsus"

[gts2]

"j'ai déjà répondu à cette question: rouge va à c sur le bateau. Dans le monde statique, bleu atteint le pont du bateau après que vert n'ait atteint le sol, vert et rouge atteigne le sol/pont en même temps, donc bleu, qui va à c, va moins vite que rouge..."

Que voulez-vous dire par moins vite : j'ai calculé quatre vitesses, tout égales à c, donc il n'y en pas qui moins plus ou moins vite.
S'il s'agit de l'instant d'arrivée, c'est simplement que la distance parcourue est plus ou moins grande.

[zou]

Sur le bateau, rouge va à c. Mais si tu dis que rouge va aussi vite que bleu dans le monde statique, rouge arrive au sol après vert. Si rouge n'arrive pas en même temps que vert au sol, cela veut dire que l'espace du bateau est dilaté/contracté dans le sens orthogonal au mouvement, alors que la dilatation/compression ne concerne que les distances dans le bateau dans le sens du mouvement, la compression orthogonale du train dans le tunnel ne fait pas partie des résultats de la RR, à moins que tu veuilles aller dans cette direction... Irais-tu jusqu'à dire que la mesure de la hauteur du tunnel n'est pas la même que celle du train, si par exemple le plafond du train est transparent, si le train est en mouvement?

[gts2]

Sur le bateau, rouge va à c. Mais si tu dis que rouge va aussi vite que bleu dans le monde statique, rouge arrive au sol après vert. Si rouge n'arrive pas en même temps que vert au sol, cela veut dire que l'espace du bateau est dilaté/contracté dans le sens orthogonal au mouvement, alors que la dilatation/compression ne concerne que les distances dans le bateau dans le sens du mouvement, la compression orthogonale du train dans le tunnel ne fait pas partie des résultats de la RR, à moins que tu veuilles aller dans cette direction... Irais-tu jusqu'à dire que la mesure de la hauteur du tunnel n'est pas la même que celle du train, si par exemple le plafond du train est transparent, si le train est en mouvement?

Monde statique=quai. Si dans le référentiel du quai, rouge arrive après vert, c'est simplement que la distance à parcourir est plus grande, la distance à parcourir est l'hypoténuse du triangle avec h d'un côté (identique dans les deux référentiels) et Δx (qui lui dépend du référentiel), la relativité intervient ici par le fait que la vitesse sur les deux trajets est la même (c)

[zou]

Monde statique=quai. Si dans le référentiel du quai

le problème des référentiels, c'est qu'ils ne font pas de distinction entre rouge et bleu. Du coup je ne dis pas référentiel, même si j'en suis bien tenté. Dans le référentiel du bateau, la source (rouge) est emportée sur le bateau. Dans mon cas, soit le bateau reste à quai (cas des miroirs statiques), soit le bateau part mais la source (vert ou bleu) reste statique (et ensuite vient la question des miroirs mobiles ou de la surface de l'eau et d'un grand miroir statique horizontal au dessus de l'eau)

rouge arrive après vert

Si rouge n'arrive pas en même temps que vert au sol, cela veut dire que l'espace du bateau est dilaté/contracté dans le sens orthogonal au mouvement etc...
La distance 'ressentie' par rouge est la même que celle de vert, c'est à dire parcourue à c. Pour ressentir la compression/dilatation de son vaisseau, son occupant va mesurer des distances dans son vaisseau plus ou moins importantes dans le sens de mouvement de son vaisseau que dans le sens orthogonal (c'est ainsi que l'on peut mesurer les effets des ondes gravitationnelles, dans deux directions orthogonales. Ici, l'une des deux directions est celle du mouvement). Les directions orthogonales au mouvement font 'référence' et c'est la direction de mouvement qui est dilatée/compressée. Si la RR doit être contredite, yapuka faire sauter une condition, et la constante de la vitesse de la lumière est un bon candidat comme semble l'indiquer l'autre expérience de pensée d'où vient ta question

[gts2]

le problème des référentiels, c'est qu'ils ne font pas de distinction entre rouge et bleu.

C'est normal les deux photons partent du même point au même instant dans la même direction et arrive donc au même point même instant au pied du mat, donc rouge=bleu et si deux trajectoires coïncident dans un référentiel, elles coïncident dans l'autre.

Dans mon cas, soit le bateau reste à quai (cas des miroirs statiques), soit le bateau part mais la source (vert ou bleu) reste statique (et ensuite vient la question des miroirs mobiles ou de la surface de l'eau et d'un grand miroir statique horizontal au dessus de l'eau)

Il faut traiter les pb séparément, sinon on ne s'y retrouve plus, dans cette discussion, c'est le pb des mats.

La distance 'ressentie' par rouge est la même que celle de vert, c'est à dire parcourue à c.

Dans quel référentiel, la distance rouge dans le bateau est égale à la distance verte dans le quai. Mais dans le même référentiel, les distances sont différentes.
Et cela même en mécanique classique, un voyageur qui parcourt 10 m sur le quai pendant qu'un autre parcourt 10 m dans le train n'ont par parcouru la même distance si on les ramène au même référentiel.

Si la RR doit être contredite.

Tout le problème est pourquoi elle doit être contredite.

[zou]

nouveau flood, j'essaye d'anticiper les questions! Il n'y a pas beaucoup de participants...

Les directions orthogonales au mouvement font 'référence' et c'est la direction de mouvement qui est dilatée/compressée

il est intéressant de noter que si l'on ressentait une compression du fait de notre vitesse, cela reviendrait à les comparer aux effets de l'accélération qui nous colle à notre siège dans une seule direction, alors que la compression due à la vitesse serait dans les deux sens. Aux faibles accélérations, on pourrait donc ressentir un effet comprimant du à la vitesse propre, ce qui une foi de plus fait penser à MOND, puisque les galaxies ont, en apparence, 'besoin d'être comprimées' pour maintenir la cohésion de leurs étoiles trop rapides. On pourra rétorquer que les effets aux vitesses considérées (200km/s) seraient insignifiants d'après les calculs basés sur la RR, cela peut aussi signifier que même si la RR ne permet pas de nous faire saisir ce qu'est l'effet 'matière noire' dans toutes ses dimensions, elle en offrirait toutefois un reflet. Après tout, le modèle d'Einstein n'est pas mauvais, il déborderait même un peu de son domaine d'applicabilité, sous la forme d'un effet dont l'insignifiance n'est que la conséquence d'une hypothèse tronquée (c constant)

la constante de la vitesse de la lumière est un bon candidat

On peut garder l'idée que la vitesse de la lumière est toujours la même dans quelque soit la direction d'émission des photons, la source ne devant pas être mobile, parcequ'après tout, si la source est mobile, elle n'est plus dans le référentiel. Dans le modèle d'Einstein, quand la source est emportée, on peut encore parler de référentiel.
Bon maintenant que l'on dit ça, pour changer la vitesse de la lumière des autres référentiels, et valider encore les calculs type Lorentz, il faut parler d'espace dilaté/compressé autour du mobile: nous ne ressentirions pas les effets de compression/dilatation mais notre environnement, oui c'est le modèle de Lorentz pour expliquer l'expérience de Michelson&Morley: les photons traversent des espaces comprimés/dilatés (resp.) parcourus par des temps dilatés/comprimés (resp.), ce qui les obligent à être plus ou moins rapides, voire qu'une émission de photons deviendrait plus lente mais avec des photons plus rapides et/ou plus énergétiques

Le modèle de Lorentz n'a pas été très travaillé, à ce que j'ai compris, ou disons qu'on a pris le modèle de Lorentz et qu'on lui a fait l'hypothèse de la constance de la vitesse de la lumière, plus simple en apparence dans les calculs, le razoir d'Ockham quoi, mais cette hypothèse est lourde, car il semble désormais que la supposition de la constance de c signifie qu'il n'y a qu'un seul référentiel possible, avec un nécessaire ressenti de platitude de l'espace, plus plat qu'il ne l'est en réalité, donc

[zou]

rouge=bleu et si deux trajectoires coïncident dans un référentiel, elles coïncident dans l'autre

rouge n'est pas bleu, rouge est lâché par une source verticale en mouvement telle une bombe par un avion, tandis que bleu est émis tel un tir d'arme à feu. Je ne voulais pas en venir à la violence, moi! Si tu supposes que rouge=bleu, tu arrives à des absurdités comme précisées dans les messages précédents (notamment la compression/dilatation orthogonale au mouvement)

Dans quel référentiel, la distance rouge dans le bateau est égale à la distance verte dans le quai. Mais dans le même référentiel, les distances sont différentes.

et bien dans le monde statique, je fais atterrir rouge et vert sur des détecteurs fixes, synchrones ensemble

deux trajectoires coïncident dans un référentiel, elles coïncident dans l'autre.

la distance rouge dans le bateau est égale à la distance verte dans le quai. Mais dans le même référentiel, les distances sont différentes

un coup tu parles de trajectoire, un coup tu parles de distance.. c'est pas pareil, des trajectoires peuvent être identiques mais parcourues dans un laps de temps différent
A partir du moment que tu considères vert ou bleu, tu sors du référentiel en mouvement de rouge car la source de bleu ou de vert est statique, donc oui du coup les trajectoires sont différentes, mais les distances parcourues sont les mêmes. Si tu veux 'faire parler un photon', il faut se placer dans le référentiel de sa source (le bateau pour rouge, le quai pour bleu, et ils te diront qu'ils vont à c), mais si tu te sépares de la source de bleu (dans le référentiel de rouge) tu dois lui reposer la question parceque sa source est en mouvement dans le référentiel de rouge

[zou]

la relativité intervient ici par le fait que la vitesse sur les deux trajets est la même (c)

Qaund tu te places dans le référentiel de bleu, tu te places aussi dans le référentiel de vert, les deux sources étant statiques. Le trajet rouge est plus long que celui de vert alors qu'ils atteignent le sol en même temps, la situation est d'ailleurs symétrique en inversant les rôles: dans le référentiel de rouge, le trajet parcouru par vert est le même (à l'orientation près) que celui de rouge dans le référentiel de vert