Effet doppler, lumière et électroscope

[vilveq]

Bonjour,

J'ai une petite question qui me taraude depuis hier et je ne trouve pas d'explication.
J'ai regardé une émission de vulgarisation scientique sur l'expension de l'univers.
On dit que la lumière venant d'étoiles les plus lointaines vrient vers le rouge. (effet Doppler).

Donc, un observateur qui file droit vers la source de lumière, verra la lumière devenir blue.
L'observateur qui s'éloigne de la source de lumière verra la lumière devenir rouge.

La vitesse de la lumière est une cosntante.

L'observateur qui se rapproche de la source de lumière transporte un électroscope et celui sera déchargé par le photon reçu (blue).
L'observateur qui s'éloigne de la source de lumière transporte le même électroscope mais celui-ci ne sera pas déchargé par le même photon reçu.

J'arrive pas à m'expliquer comment un même photon qui a été créée avec une certaine énergie et se déplaçant à la même vitesse ,va avoir, en fonction de l'observateur la capacité de déchargeur ou non le même électroscope.

Merci
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[Lansberg]

Bonjour,

J'ai une petite question qui me taraude depuis hier et je ne trouve pas d'explication.
J'ai regardé une émission de vulgarisation scientique sur l'expension de l'univers.
On dit que la lumière venant d'étoiles les plus lointaines vrient vers le rouge. (effet Doppler).

Il s'agit ici de l'effet Doppler cosmologique. L'expansion induit une augmentation de la longueur d'onde de la lumière au cours de son déplacement entre la source et l'observateur. D'où le décalage vers le rouge.

Donc, un observateur qui file droit vers la source de lumière, verra la lumière devenir blue.
L'observateur qui s'éloigne de la source de lumière verra la lumière devenir rouge.

Donc là, on serait sur un Doppler "classique" avec un observateur en mouvement par rapport à la source de lumière.

L'observateur qui se rapproche de la source de lumière transporte un électroscope et celui sera déchargé par le photon reçu (blue).
L'observateur qui s'éloigne de la source de lumière transporte le même électroscope mais celui-ci ne sera pas déchargé par le même photon reçu.

J'arrive pas à m'expliquer comment un même photon qui a été créée avec une certaine énergie et se déplaçant à la même vitesse ,va avoir, en fonction de l'observateur la capacité de déchargeur ou non le même électroscope.

Merci

Le rayonnement reçu quand on se rapproche de la source présente une énergie plus grande puisque sa fréquence augmente ( E= h.f) et c'est l'inverse quand on s'éloigne de la source.
On peut imaginer qu'en s'approchant suffisamment rapidement d'une étoile, la lumière reçue sera enrichie en rayonnement UV en mesure de décharger l'électroscope (si celui-ci est chargé -).

[vilveq]

Le rayonnement reçu quand on se rapproche de la source présente une énergie plus grande puisque sa fréquence augmente ( E= h.f) et c'est l'inverse quand on s'éloigne de la source.
On peut imaginer qu'en s'approchant suffisamment rapidement d'une étoile, la lumière reçue sera enrichie en rayonnement UV en mesure de décharger l'électroscope (si celui-ci est chargé -).

Merci pour votre réponse.
Là où mon cerveau a un peu de mal c'est ..

Imaginons UN photon émit par une source (une étoile ou une lampe de poche).
Donc, en fonction du déplacement de l'observateur, l'énergie du photon va changer. Il sera plus énergétique si l'observateur se déplace vers la source, et moins énergétique s'il s'éloigne.
Et là, je suis perdu, parce que pour moi, l'énergie du photon dépend de la température de la source .. pas du déplacement de l'observateur....

[Lansberg]

Imaginons UN photon émit par une source (une étoile ou une lampe de poche).
Donc, en fonction du déplacement de l'observateur, l'énergie du photon va changer. Il sera plus énergétique si l'observateur se déplace vers la source, et moins énergétique s'il s'éloigne.

Oui.

Et là, je suis perdu, parce que pour moi, l'énergie du photon dépend de la température de la source .. pas du déplacement de l'observateur....

L'énergie d'un photon dépend bien sûr des conditions physiques au niveau de la source. Si l'observateur distant est immobile par rapport à la source, il recevra ce photon avec la même énergie.
Mais si cet observateur est en mouvement par rapport à la source, il ne sont plus dans le même référentiel et l'énergie n'est pas conservée. L'effet Doppler est l'expression de cette propriété.

[A voir en vidéo sur Futura]

[JPL]

Je pense que la difficulté de compréhension invoquée provient du fait de se représenter implicitement le photon comme une petite bille qui garde toujours les mêmes propriétés. Dans le cas présent il ne faut pas raisonner sur les photons mais sur l’aspect ondulatoires de la lumière. Si on raisonne en fréquence il n’y a plus de problème.

Pour la vulgarisation certains phénomènes se représentent mieux en parlant de photons (l’effet photoélectrique, par exemple), et pour d’autres il vaut mieux parler de fréquence (les interférences, par exemple).

[vilveq]

Je pense que la difficulté de compréhension invoquée provient du fait de se représenter implicitement le photon comme une petite bille qui garde toujours les mêmes propriétés. Dans le cas présent il ne faut pas raisonner sur les photons mais sur l’aspect ondulatoires de la lumière. Si on raisonne en fréquence il n’y a plus de problème.

Pour la vulgarisation certains phénomènes se représentent mieux en parlant de photons (l’effet photoélectrique, par exemple), et pour d’autres il vaut mieux parler de fréquence (les interférences, par exemple).

Merci,
Donc oui, en effet, si on considère la lumière comme ondulatoire, il n'y a plus de problème (sauf pour mon électroscope qui comprendra pas pourquoi il se décharge ou pas )
J'avais vu ça à l'école, le caractère parfois ondulatoire , parfois corpusculaire de la lumière.
J'ai vu ça à l'école il y a plus de 30ans ... en sait on un peu plus sur la nature 'réelle' de la lumière. Depuis 30ans, en sait on plus ce que sont vraiment les particules ?

[Deedee81]

Salut,

Lumière ondulatoire ou corpusculaire, même combat L'explication "énergétique" de Lansberg est plus générale.

Tu as aussi ça avec un boulet par exemple. Suppose qu'un boulet soit animé de 100 km/h (par rapport à toi), quand tu vas le recevoir : AIE.
Si maintenant tu te déplaces (dans le même sens) à 99 km/h, le boulet tu pourras l'arrêter avec le doigt Il est donc clair que l'énergie cinétique par rapport à toi dépend non pas intrinsèquement de l'objet mais de la vitesse relative entre toi et le boulet (et cette vitesse dépend de la vitesse de l'émetteur, le canon, par rapport à toi et l'énergie qu'il a lui même dépensé pour éjecter son boulet).

C'est la même chose pour le photon, son énergie dépend de la vitesse relative entre toi et l'émetteur (l'invariance de c et la relativité entre en jeu mais pas de manière compliquée ici, l'énergie cinétique d'un photon ce n'est pas mv²/2 évidemment, c'est p*c dans la formule relativiste E²=m^²c^4+p²c², et donc dépend de son impulsion qui est aussi une grandeur relative).

Et là ondulatoire et corpusculaire se rejoignent : le photon est aussi une onde (pas classique j'en conviens, mais ici ça suffit), à son énergie une fréquence est associées et donc on a aussi une fréquence/longueur d'onde qui dépend de la vitesse relative. Et cela a le bon goût de varier comme pour l'effet Doppler purement ondulatoire (heureusement !)

Il n'est pas de très bon goût de se poser des questions sur la nature des choses, sur ce "que sont vraiment" les choses ou sur la "nature réelle" des choses : que signifie d'ailleurs réel ??? En physique, ce qui est réel est ce qui est mesure/observable directement ou indirectement (à travers ses effets). Et les effets/mesures sur le photon sont bien connues et bien décrites par la théorie. Au-delà c'est de la philo, de la métaphysique ou de l'ontologie (donc de l'interprétation qu'il faut éviter avant de bien maîtriser ce qu'on souhaite interpréter, sinon c'est casse gueule).

Notons que le photon ne diffère pas vraiment des autres particules quantiques : photon, électron, neutrino.... (en restant aux particules élémentaires, non composites) : rebelote, même combat. Ils ont tous la même "nature". Cette nature commune est bien décrite par la mécanique quantique et encore mieux par la théorie quantique des champs (les particules sont les états quantifiés des champs qui les décrivent : champ EM, champ de Dirac, etc... En fait une fois quantifié il ne reste que ça, le champ "de base" doit être vu comme un artifice de construction théorique, mais beaucoup d'aspects liés au champ restent comme la longueur d'onde par exemple, un état photon d'énergie précise est une onde monochromatique mais c'est une idéalisation évidemment). Et quelles sont leurs différences alors ? Hé bien : masse (propre ou couplage au champ de Higgs), charges (électriques et autres), spin .... et c'est à peu près tout (le photon est aussi un boson de jauge, ce qui est assez particulier).

[vilveq]

Merci beaucoup pour les explications.
ça doit quand même être chouette d'être phisicsien et de maintriser tout cela

[Deedee81]

ça doit quand même être chouette d'être phisicsien et de maintriser tout cela

je maitrise assez bien mais je ne suis que physicien de passion

(je suis ingénieur civil, informaticien et je travaille au Ministère de l'Agriculture)

[Pio2001]

Bonjour,
La vitesse du photon est invariante, en effet, mais pas sa fréquence.

Or, l'énergie et la fréquence d'un photon sont liés par la relation de De Broglie E = hn, où E est l'énergie du photon, h la constante de Planck, et n la fréquence du photon.

La fréquence du photon, c'est aussi sa couleur : rouge = basse fréquence = basse énergie. Bleu = haute fréquence = haute énergie.

Alors que les photons infrarouges de la lumière du jour ne sont pas dangereux pris individuellement, les photons ultraviolets, en raison de leur énergie plus élevée, provoquent des coups de soleil.

[Garion]

Notons que le photon ne diffère pas vraiment des autres particules quantiques : photon, électron, neutrino.... (en restant aux particules élémentaires, non composites) : rebelote, même combat. Ils ont tous la même "nature". Cette nature commune est bien décrite par la mécanique quantique et encore mieux par la théorie quantique des champs (les particules sont les états quantifiés des champs qui les décrivent : champ EM, champ de Dirac, etc... En fait une fois quantifié il ne reste que ça, le champ "de base" doit être vu comme un artifice de construction théorique, mais beaucoup d'aspects liés au champ restent comme la longueur d'onde par exemple, un état photon d'énergie précise est une onde monochromatique mais c'est une idéalisation évidemment). Et quelles sont leurs différences alors ? Hé bien : masse (propre ou couplage au champ de Higgs), charges (électriques et autres), spin .... et c'est à peu près tout (le photon est aussi un boson de jauge, ce qui est assez particulier).

Pour appuyer ce que tu dis pour et aider Vilveq dans sa compréhension, on est même arrivé à reproduire l'expérience des fentes de Young avec des molécules assez grosses comme le Fulrène. Ces molécules se comportent comme une onde aussi. Il est donc probable que cela marche même avec des objets macroscopique (à quand l'envoi d'humains dans des fentes de Young ? )

[Gilgamesh]

Le record ça doit être des molécules de porphyrine avec des chaîne de perfluoroalkyle greffé dessus
Formule : C284.H190.F320.N4.S12

https://medium.com/the-physics-arxiv...y-462c39db8e7b

[Garion]

Merci pour la précision, j'avais un temps de retard

[Deedee81]

Merci pour la précision, j'avais un temps de retard

Salut,

Idem, moi aussi j'en étais encore au fullerène. Merci Gilgamesh.