La lumière connait-elle une phase d'accélération en changeant de milieu ?

Bonjour !

Je reviens nostalgique de mes premières RAP. J'éditerai d'ailleurs des photos et un mini CROA sous peu Là-bas, j'ai suivi de nombreuses conférences très intéressantes, dont une sur la relativité.

Depuis, une chose me turlupine. On nous dit que la lumière voit sa vitesse réduire en fonction du milieu qu'elle traverse, mais qu'elle reprend sa vitesse originale une fois qu'elle revient dans le vide. Je me demande donc si elle reprend "d'un coup" sa vitesse "c" - ce qui me paraît bien contraire à la physique classique, seulement avec la lumière, la physique classique est souvent bouleversée ! - ou bien si elle accélère pour y revenir ?...

CROA... RAP... ça fait vocabulaire d'initiés. J'espère que le vocabulaire des réponses sera accessible à tous !

bonjour quand même !

Quelqu’un me corrigera si je me trompe, mais c'est comme rouler à 90 à l'heure sur une route sinueuse puis déboucher sur une section aménagé, toujours limité à 90 mais en ligne droite. Tu roules à la même vitesse, mais un observateur dira que tu avances plus vite.

Bien sûr, la voiture à une masse et occupe un volume. Mais si on enlève ses attributs, on ne sentirait pas si on était sur une route sinueuse ou pas.

Je ne sais pas si l'explication est la bonne mais elle a le mérite de réconcilier l "expérience" du photon (pour lequel le temps ne "passe" pas de toute façon, parce qu'il est à la vitesse de la lumière !) et l'expérience de l'observateur. Pour l'analogie, on considéré que les zigzags de la route sont trop petits pour lui être visibles sur une carte nationale.

On peut s'amuser à parler des routes des Alpes avec une plus forte indice réfractaire que celles des landes.

Non non, vraiment, je ne suis pas initié et je ne saisi pas du tout le rapport avec l'accélération (ou non) de la lumière. Je suis rapide, il faut juste m'expliquer longtemps

(Bon, alors pour ceux qui ne suivent pas les actualités des rencontres entre astronomes, RAP pour Rencontres Astronomiques du Printemps qui a lieu une fois par an dans le massif central et CROA pour les compte-rendus qui découlent de ces événements)

la lumière a une nature ondulatoire (qui révèle les couleurs) et corpusculaire (les photons ont une masse)

cette dernière particularité fait que la lumière va moins vite dans le verre que dans le vide

si on fait l'analogie avec le son qui se propage en utilisant un support physique (les molécules de la matière qu'il traverse), on sait par expérience que le son se propage plus vite dans l'acier (rails de chemin de fer dans Lucky Luke) que dans l'air;)

Chris

les photons ont une masse

non

les photons ont une masse

Comme déjà dit non.

cette dernière particularité fait que la lumière va moins vite dans le verre que dans le vide

Non plus.

Je me demande donc si elle reprend "d'un coup" sa vitesse "c" - ce qui me paraît bien contraire à la physique classique, seulement avec la lumière, la physique classique est souvent bouleversée ! - ou bien si elle accélère pour y revenir ?...

Bonne question. Je ne suis pas sur du tout de la réponse mais voici qques éléments :

- la mécanique classique ne s'oppose pas vraiment à un changement instantané de vitesse parce que les photons n'ont pas masse

- comment définir la frontière du milieu ? Ton raisonnement se fait en physique classique où tout est continu. Mais dès qu'on descend à une échelle plus petite, tu as des photons et des atomes, le tout étant discontinu. Si tu prends une vision plus ondulatoire, c'est peut-être l'indice du milieu qui change progressivement à cette échelle.

En traitement 'classique' l'onde électromagnétique va en effet moins vite dans le verre. En traitement quantique en utilisant des photons, par contre, ils traversent le verre moins rapidement en étant absorbés et émis de nouveau par les atomes du verre , avec en sortie (en combinant tous les chemins possibles) du point de vue 'classique' ce que la théorie de Maxwell prédit.

Donc la vitesse des photons est toujours 'c' (et dès qu'ils sortent du matériel il ne changent pas de vitesse) mais la vitesse de propagation de la lumière dans le matériel ne l'est pas.

Mdr ! Bon, à part les deux derniers pascal_meheut et Sixela, tous les autres je préfère ne pas perdre de temps à lire : soit vous lisez mal ma question et répondez à côté (je sais déjà qu'elle change de vitesse selon le milieu et de notre point de vue, puisque c'est formulé dans ma question), soit vous n'argumentez pas assez voir pas du tout, soit vous dites des trucs complètement erronés (les photons n'ont PAS de masse, c'est la base-même du problème).

Je vous serai donc reconnaissant d'être sûrs des réponses que vous mapportez, même si vous ne connaissez pas complètement la réponse à cette énigme qui me taraude.

Merci pascal_meheut.

Merci sixela... par contre j'ai du mal à appréhender cette distinction que tu fais entre la "vitesse des photons" et la "vitesse de propagation de la lumière".

Et même à l'échelle des particules, que la différence entre deux milieu ne soit pas nette mais progressive ne dit pas si la lumière peut se retrouver instantanément à 299 793km/s ou non si elle passe soudainement d'un milieu à un autre ?

Merci sixela... par contre j'ai du mal à appréhender cette distinction que tu fais entre la "vitesse des photons" et la "vitesse de propagation de la lumière".

Et même à l'échelle des particules, que la différence entre deux milieu ne soit pas nette mais progressive ne dit pas si la lumière peut se retrouver instantanément à 299 793km/s ou non si elle passe soudainement d'un milieu à un autre ?

Si tu modélises la lumière comme des photons, ils arrivent, sont absorbés par des atomes et réémis au bout d'un certain temps.

A leur échelon individuel, ils se déplacent donc tjs à C mais globalement, ils vont moins vite parce qu'ils ont été absorbé pendant un certain temps.

Et à l'échelle des particules, tu n'as pas "2 milieux". Tu as des particules et du vide, rien d'autre.

j'ai du mal à appréhender cette distinction que tu fais entre la "vitesse des photons" et la "vitesse de propagation de la lumière

"La lumière" c'est l'onde qui décrit où il est probable d'observer un photon (avec un front d'onde et une onde électromagnétique associée).

"Le photon", c'est une particule qui n'existe comme entité unique _que_ à l'endroit où on l'observe.

L'onde électromagnétique est bien évidemment une description classique causée par les évenements dans une description quantique.

Or, avec une description quantique on a plein de photons possibles qui entrent dans le matériel, qui interagissent avec le matériel, sont réémis, etc. et la fonction d'onde résultante est la superposition des fonctions d'ondes de toutes ces possibilités (et donc il y a interférence, comme dans l'expérience de Young). C'est ça qui fait que _la lumière_ ralentit, malgré le fait que si on prend un trajet possible on a un photon qui se balade avec une vitesse c, est absorbé, réémis un peu plus tard, est encore absorbé (peut-être en rebroussant un peu chemin), réémis, etc. Entre les événements qui l'"arrêtent", le photon se balade toujours dans le vide entre les atomes, à vitesse c.

À la fin du trajet, en regardant la fonction d'onde du photon "sortant" on s’aperçoit qu'il a pu ne pas passer le medium du tout (par réflexion sur les interfaces, et par diffusion) et que si il passe, on l'observera (très probablement) comme si il avait gentiment traversé avec une vitesse _inférieure_ à celle de la lumière dans le vide, vitesse qui dépend du médium.

Tout ça, c'est la faute au fait que le photon véhicule la force électromagnétique, et ne passe donc pas inaperçu dans un medium. En version "classique" en utilisant Maxwell, c'est décrit pas le fait que le champ électromagnétique secoue les atomes, qui eux-mêmes vont générer un autre champ électromagnétique, et "la lumière" dans le medium est la superposition de toutes ces ondes et l'onde rentrante qui se propage.

Mdr ! Bon, à part les deux derniers pascal_meheut et Sixela, tous les autres je préfère ne pas perdre de temps à lire : soit vous lisez mal ma question et répondez à côté (je sais déjà qu'elle change de vitesse selon le milieu et de notre point de vue, puisque c'est formulé dans ma question), soit vous n'argumentez pas assez voir pas du tout, soit vous dites des trucs complètement erronés (les photons n'ont PAS de masse, c'est la base-même du problème).

 

Je vous serai donc reconnaissant d'être sûrs des réponses que vous mapportez, même si vous ne connaissez pas complètement la réponse à cette énigme qui me taraude.

Ouille, j'avais préparé une chouette réponse à cette intéressante question mais là je n'ose plus!

Patte.

Ouille, j'avais préparé une chouette réponse à cette intéressante question mais là je n'ose plus!

Patte.

et moi donc !

pas sur la liste des reçus , même pas noté.

Pour mon analogie routière, j'ai fini par préférer une traversée d'une zone urbaine avec ses rond-points (on se fait absorber et ré-emmetre) suivi de la rase campagne. Mais vu comme nous sommes traités...

Ben commencé ainsi, j'eus largement préféré P_W (je peux ?). L'image des ronds-points répond parfaitement mieux à la question, non ? En tout cas moi je trouve, merci

syncopatte, pas de souci je te lirai avec plaisir tant que tu as bien saisi la question posée et que tu sais un minimum de quoi tu parles. D'ailleurs je précise que ceux qui ne savent pas ou ne sont pas sûrs sont tout de même invités à en débattre s'ils le souhaitent, seulement faut pas avoir peur de l'avouer au départ

Merci pascal_Meheut, tu as raison en effet : il n'y a pas "2 milieux" pardon.

Sixela : Ok je comprends bien mieux avec vos deux réponses. Les photons vont à "c", seulement on peut dire qu'ils "rebondissent" de particule en particule à l'image d'une boule de flipper (ou de rond-points ), si l'on vulgarise (j'aime la vulgarisation, mais il vrai que vos explications sont plus précises et j'apprécie beaucoup également). A plus grande echelle, les flux électromagnétiques paraissent donc avoir ralenti dans la matière alors qu'en fait la lumière n'a pas cessé de voyager à la vitesse "c" entre les particules (réflexions, absorptions et dispersions) avant sa sortie.

Je reprends seulement pour voir si vous pensez que c'est toujours valide avec mes propres mots, moins élaborés.

Pour faire simple, dans les milieu non homogènes tel que l'atmosphère l'indice de refraction n'est pas constant et varit selon la température et la pression du gaz (la loi de Glastone) donc dans ces conditions le trajet d'un rayon lumineux est courbe ! Sa vitesse varit tout au long du trajet et donne l'impression d'une "accélération" non nulle à notre echelle mais ce n'est qu'un impression car on ne parlera d’accélération que pour les particules ayant une masse.

En te lisant deux fois loderunner, je crois que oui.

jgricourt, j'étudierai cette loi. Je comprends ton histoire d'impression d'accélération en forçant un peu sur le cerveau '

Comme toute section de l'atmosphère est inégale d'un endroit à l'autre et que la lumière ne paraît pas traverser à la même vitesse de partout, on a donc un sentiment d'accélération non nulle (car "ralentissements" puis "accélérations"). Mais c'est seulement la sensation que l'on a à notre échelle non quantique, puisque les photons sont toujours à "c". Juste ?

Je reprends seulement pour voir si vous pensez que c'est toujours valide avec mes propres mots, moins élaborés.

Parfait (et très bien dit, d'ailleurs, et plus parlant que notre charabia).

La propagation d'un phénomène ondulatoire est caractérisée par deux vitesses :

• la vitesse de phase est la vitesse à laquelle les « crêtes » et les « creux » semblent se déplacer ;
  
• la vitesse de groupe est la vitesse à laquelle l'énergie se déplace.
  

Pour prendre une analogie, observez ce qui se passe quand un caillou tombe dans l'eau. Vous voyez des vaguelettes se former. Assez rapidement, la première vaguelette s'atténue tandis que d'autres apparaissent à l'arrière.

C'est un cas où la vitesse de phase (les crêtes des vaguelettes) est supérieure à la vitesse de groupe (le train de vaguelettes).

Lorsque la lumière pénètre dans un milieu réfringent (ex. verre, eau, cristal, huile), sa vitesse de groupe est toujours la célérité de la lumière, mais sa vitesse de phase est modifiée. Dans les matériaux transparents aux conditions de température et de pression habituelles sur Terre, la vitesse de phase diminue dans le milieu réfringent (n > 1). En aucun cas il n'est question d'accélération de la lumière.

En espérant vous aider à y voir plus clair

Et heureusement, à la vitesse où elle va, à ferai des dégâts

Imaginons la lumère à l'approche d'un trou noir,

La, on passe à la relativité générale ou quand on parle de "la vitesse" il faut faire gaffe à ce qu'on veut dire exactement.

De toute façon, la lumière qui s'engouffre dans un trou noir, on ne la voit pas. On ne voit que la lumière qui _nous_ parvient.

Allez je me risque à mon interpretation, en espérant ne pas tomber sous le coup de l'alinéa #8 des règles de cette discussion

La vitesse de la lumière est la vitesse de propagation de l'onde electromagnétique. Si rien ne vient la ralentir (donc pas de milieu particulier, autrement dit le vide), cette vitesse sera toujours identique puisqu'il s'agit d'une constante physique. Donc au sortir d'un milieu particulier, la vitesse "n'accelère" pas, elle reprend simplement et instantanément sa vitesse normale dans le vide.

Si ce n'était pas le cas, il y aurait des lumières qui nous arriveraient dessus à différentes vitesses. Hors ce n'est pas le cas, la vitesse de la lumière étant un invariant relativiste (valeur identique quel que soit le référenciel). Y'a qu'à prendre la lumière qui vient d'une galaxie lointaine, elle n'est pas ralentie bien qu'émise par une galaxie qui s'éloigne mais à bien la meme vitesse que n'importe quelle lumière émise à proximité.

Il me semble que c'est pas tout à fait faux et que ça répond simplement à la question (ou alors elle est effectivement plus complexe et j'y pige rien). Et par avance mes excuses pour n'avoir jamais étudié la physique.

@Camus : t'as pas idée du nombre de commentaires utiles et de pistes intéressantes dont tu te prives avec ce que t'as marqué plus haut . On raconte pas toujours des conneries meme quand on se trompe, et l'occasion de corriger quelqu'un qui se trompe (sans se moquer de lui si possible, cf la masse du photon) est une opportunité pour chacun de progresser

J'ai ressenti ça oui.

Disons simplement que j'ai lu déjà pas mal de discussions ici (relativité générale, big bang etc...) et que j'ai trouvé un niveau incroyable de la part des intervenants. J'ai moi-même un niveau très bas à mon goût comparé à vous tous et je sais que je ne me risquerais pas à avancer des idées sans pincettes telles que "il me semble que" ou "corrigez moi si je me trompe mais..."

Je pense également que dans un domaine aussi complexe il est necessaire de mettre le temps qu'il faut pour rédiger et être précis dans chaque terme. Du coup j'avoue que les premières interventions m'ont déçu.

Ceci dit je suis conscient d'en avoir froissé quelques-uns et je présente mes excuses pour l'affront public que j'ai pu leur faire.

Sinon je pense avoir eu les réponses que j'attendais donc pas de souci pour celles que j'ai pu louper.

Je ne change pas de fil et vous soumets cette autre question qui me taraude depuis que je suis adolescent (depuis environ 15 ans on va dire) :

Si je place un écran pile entre la Terre et le soleil (dont les rayons nous parviennent en 8mn15 environ je crois), assez grand pour éclipser ce dernier... allons-nous voir l'image du soleil pendant encore 4 minutes ou bien son image disparaîtra net, privée de sa source ?

On va encore voir son image pendant 4 min. Un photon qui vient juste de passer au moment où tu mets l'écran va continuer sa course et il va mettre ce temps pour arriver.

C'est le même principe qui fait qu'en regardant loin dans l'Univers, on remonte dans le passé ou que qqu'un peut arriver en voiture et te dire "la route a été fermée juste derrière moi donc celui qui suivait n'arrivera pas" alors que ça s'est passé il y a une heure (pour reprendre les métaphores automobiles )

Lorsque la lumière pénètre dans un milieu réfringent (ex. verre, eau, cristal, huile), sa vitesse de groupe est toujours la célérité de la lumière,

La vitesse de groupe n'est pas c non plus (elle peut d'ailleurs paradoxalement être plus grande que c, sans toutefois que la vitesse de signal dépasse c).

Merci de ta réponse Camus.

Mais que penses tu de mon explication pas super scientifique ?

Je ne change pas de fil et vous soumets cette autre question qui me taraude depuis que je suis adolescent (depuis environ 15 ans on va dire) :

Si je place un écran pile entre la Terre et le soleil (dont les rayons nous parviennent en 8mn15 environ je crois), assez grand pour éclipser ce dernier... allons-nous voir l'image du soleil pendant encore 4 minutes ou bien son image disparaîtra net, privée de sa source ?

On va encore le voir pendant 4 minutes. Mais on ne verra pas non plus ton écran avant que ces 4 minutes soit passées car sa lumière (s'il est un peu transparant, s'il y a des réflexion ou tout simplement du fait qu'il bloque ce qu'il y a derrière, la jolie eclipse donc) mettra elle aussi 4 minutes à arriver. Tout ceci bien sûr si on peut faire apparaitre cet écran "instantanement", comme par magie. Tiens dans la meme idée je vais te faire stresser pour les 15 prochaines années : si ça se trouve le soleil n'existe plus, il a explosé ou a été bouffé par un micro trou noir errant ! Et on le saura que dans 8 minutes, en tout cas 8 minutes après que cela se soit passé

Mdr popov !

Oui je t'ai pas parlé de ton intervention pardon !

Eh bien en fait je pense que les réponses de sixela sont à mon goût ET les plus justes ET celles qui me parlent le plus : tu dis que la lumière reprend instantanément sa vitesse au sortir d'un milieu différent du vide or nous avons bien discuté plus haut du fait que non, la lumière (sous sa forme corpusculaire, donc photonique) se propage toujours à sa vitesse "c" et n'est par conséquent jamais ralentie ni acceleree, tandis qu'elle PARAÎTRA ralentir à des échelles comme celle de l'homme, car nouspouvons voir le flux énergétique (ondulatoire) dans sa forme globale et non les photons qui sont réfléchis, absorbes et disperses en traversant la matière.

Pour ma seconde question, merci bien pour vos réponses. C'est bien ce que j'imaginais et je sais pour le fait que l'on regarde l'espace comme on regarde "vers le passé". Seulement je me demandais si les photons avaient besoin de leur source émettrice pour continuer à se propager. J'ai du mal à imaginer un faisceau continuer sans sa source, mais soit, c'est bien la réponse à laquelle je m'attendais : l'image du soleil perdure puis l'écran se dévoile au bout des 4 minutes, masquant le soleil.

La vitesse de groupe n'est pas c non plus (elle peut d'ailleurs paradoxalement être plus grande que c, sans toutefois que la vitesse de signal dépasse c).

Justement, c'est la vitesse de phase qui peut dépasser c, cela se produit dans les plasmas par exemple.