La vitesse de la lumière

['Bruno]

OK, donc on continuait à parler d'éther, mais apparemment ce n'était plus le même objet qu'au 19è siècle.

[lejon4]

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Modifié 14 janvier 2011 par lejon4

[Jeff Hawke]

Mais, comme tu l'indiques, le c limite de la démonstration peut avoir n'importe quelle valeur et peut tout aussi bien être l'infini.

 

Euh non, pas "l'infini"...Elle peut être grande, très grande, mais infinie, non...

 

Absolument rien ne le relie a priori à la vitesse de la lumière.

 

C'est ça qui est intéressant.

 

Mais je persiste à penser qu'il est tout à fait abusif de dire, comme JH, que cette constante a été choisie de manière arbitraire

 

Je n'ai pas tout à fait dit ça, j'ai dit que ce postulat pouvait apparaitre comme arbitraire...Je sais bien qu'Einstein ne l'a pas sorti du chapeau.

 

ou, comme Bruno, qu'elle serait même déductible du seul principe de relativité

 

Si je ne m'abuse, Bruno n'a pas dit ça, non plus. Il a parlé de l'éther, comme référentiel absolu incompatible avec Galilée.

 

Enfin, comme tu le précises aussi, tout cela resterait valide si la vitesse de la lumière était extrêmement proche de c, mais sans y être rigoureusement identique. Et c'est là que je fais l'hypothèse que j'ai indiquée plus haut, parce qu'elle me plait assez et parce que mon opinion est que la lumière (décrite au moyen du concept de photon généralement utilisé, à mon sens, de manière malencontreuse) n'a pas le choix : elle ne peut « se déplacer » qu'à la vitesse c.

 

Là-dessus, nous sommes d'accord.

[lejon4]

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Modifié 14 janvier 2011 par lejon4

[Jeff Hawke]

Edition

Pourquoi "non" ? D'après moi, si (je ne suis pas tout seul à l'écrire) : comme je l'indiquais plus haut, c'est la relativité galiléenne, où la vitesse de la lumière est infinie (note 1).

Mais peut-être préciseras-tu ton argumentation ?

 

Mais justement, si c'est infini, on retombe sur la relativité galiléenne (comme tu le précises), invalidée par l'électromagnétisme...

 

Le but, entre autres, c'est bien d'éviter ça, non ?

 

(voir la seule page 10 du document dont le lien est donné au post 89).

[lejon4]

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Modifié 14 janvier 2011 par lejon4

[Tiger]

Bonjour,

 

tu sembles écrire cela comme si Einstein avait inventé le postulat comme cela, rien que pour voir... Mais c'est justement la volonté d'obtenir des équations covariantes qui l'a guidé dans ce choix, comme il l'explique d'ailleurs (sommairement) dans l'introduction de son texte de 1905.

 

L'approche d'Einstein est la seule qu'il pouvait avoir à son époque. La valeur historique de ce postulat est indéniable, mais il n'est plus nécessaire de nos jours, et il rend confus le rôle de la vitesse de la lumière dans la théorie. Beaucoup de physiciens approchent et enseignent encore la RR sur la base de ces deux postulats, tout comme tu le fais, et c'est bien dommage car les étudiants font rarement les recherches bibliographiques nécessaires pour comprendre l'évolution des savoirs qu'on leur enseigne.

 

Si tu trouve l'approche de Lévy Leblond bizarre, alors c'est que tu es resté accroché aux deux postulats d'Einstein et à la conception de la théorie tournant uniquement autour des transformations de Lorentz : théorie des changements de référentiels, destinée à réconcilier mécanique et électromagnétisme. Historiquement c'est la conception des pères fondateurs, mais les choses ont évolué depuis...

 

Lorsque j'ai présenté mon travail de M2 sur ce sujet, les physiciens de mon jury étaient content de voir que je ne parlais pas de la RR en tant que théorie de ce qui est relatif, comme au début du siècle, mais bien au contraire comme la théorie de ce qui est invariant, qui ne change pas sous les transformations inertielles, et la lumière n'a aucun rôle là-dedans ! Il se trouve qu'elle est un exemple de "corps" se déplaçant à la vitesse limite (à la précision de nos mesures près), donc dont la vitesse est un invariant, mais ce rôle est secondaire en RR !

Il est beaucoup plus important en électromagnétisme, mais ce n'est pas l'objet central de la relativité ! Toutes les lois sont soumises à la RR, l'électromagnétisme n'en est qu'un exemple, et non un fondement comme le croyaient les pères fondateurs. Dois-je rappeler qu'ils pensaient (je résume) que toutes les forces, y compris l'inertie et la gravitation, étaient d'origine électromagnétique ? On sait maintenant que ce n'est pas le cas, alors cessons de fonder la théorie sur l'invariance de la vitesse de la lumière !

 

Je suis d'accord que cette invariance est fondamentale pour l'expérimentateur puisque tout ou presque repose sur elle dans nos mesures physiques. En revanche, la "démonstration simplifiée originale d'Einstein" comme tu l'appelle n'est pas une simplification ! C'est la démonstration adaptée au début du siècle, quand presque tout était pensé électromagnétique. Elle n'est plus adaptée maintenant que l'on sait d'où vient cette invariance (de sa masse nulle).

 

Johann

[Dodgson]

Bonjour,

 

 

 

L'approche d'Einstein est la seule qu'il pouvait avoir à son époque. La valeur historique de ce postulat est indéniable, mais il n'est plus nécessaire de nos jours, et il rend confus le rôle de la vitesse de la lumière dans la théorie. Beaucoup de physiciens approchent et enseignent encore la RR sur la base de ces deux postulats, tout comme tu le fais, et c'est bien dommage car les étudiants font rarement les recherches bibliographiques nécessaires pour comprendre l'évolution des savoirs qu'on leur enseigne.

 

Si tu trouve l'approche de Lévy Leblond bizarre, alors c'est que tu es resté accroché aux deux postulats d'Einstein et à la conception de la théorie tournant uniquement autour des transformations de Lorentz : théorie des changements de référentiels, destinée à réconcilier mécanique et électromagnétisme. Historiquement c'est la conception des pères fondateurs, mais les choses ont évolué depuis...

 

Lorsque j'ai présenté mon travail de M2 sur ce sujet, les physiciens de mon jury étaient content de voir que je ne parlais pas de la RR en tant que théorie de ce qui est relatif, comme au début du siècle, mais bien au contraire comme la théorie de ce qui est invariant, qui ne change pas sous les transformations inertielles, et la lumière n'a aucun rôle là-dedans ! Il se trouve qu'elle est un exemple de "corps" se déplaçant à la vitesse limite (à la précision de nos mesures près), donc dont la vitesse est un invariant, mais ce rôle est secondaire en RR !

Il est beaucoup plus important en électromagnétisme, mais ce n'est pas l'objet central de la relativité ! Toutes les lois sont soumises à la RR, l'électromagnétisme n'en est qu'un exemple, et non un fondement comme le croyaient les pères fondateurs. Dois-je rappeler qu'ils pensaient (je résume) que toutes les forces, y compris l'inertie et la gravitation, étaient d'origine électromagnétique ? On sait maintenant que ce n'est pas le cas, alors cessons de fonder la théorie sur l'invariance de la vitesse de la lumière !

 

Je suis d'accord que cette invariance est fondamentale pour l'expérimentateur puisque tout ou presque repose sur elle dans nos mesures physiques. En revanche, la "démonstration simplifiée originale d'Einstein" comme tu l'appelle n'est pas une simplification ! C'est la démonstration adaptée au début du siècle, quand presque tout était pensé électromagnétique. Elle n'est plus adaptée maintenant que l'on sait d'où vient cette invariance (de sa masse nulle).

 

Johann

 

Je profite du niveau élevé de cette discussion pour poser cette question :

 

Quelqu'un a-t-il de la documentation sur la possibilité d'arriver à la transformation de Lorentz à partir d'une formule proposée par Fresnel, en 1818 ou un peu après, à la suite d'une première expérience destinée à détecter le "vent d'éther" ? C'est le mathématicien français Jacques Hadamard qui aurait indiqué cette possibilité en 1930, et Ramakrishnan aurait montré en 1973 qu'il n'y avait pas d'autre possibilité (je veux bien sûr dire à partir de cette formule). En gros, cela reviendrait à établir la loi de composition des vitesses (de la R.R.) à partir de la formule de Fresnel, puis la transformation de Lorentz à partir de cette loi.

Modifié 22 novembre 2010 par Dodgson
précision de langage

[lejon4]

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Modifié 14 janvier 2011 par lejon4

[Dodgson]

 

Par l'effet photoélectrique, Einstein a montré la granulosité des échanges électromagnétiques. C'est-à-dire que ces échanges se font par quantités déterminées d'énergie.

Plus tard, ces quanta ont été baptisés « photons ». Et l'on constate a posteriori que c'est là que se trouve une « catastrophe » : de concept décrivant un phénomène (des échanges ne se produisant que par quantités déterminées), le photon est devenu dans le langage descriptif un quasi-objet, voire un objet tout court.

Or, la seule chose que peuvent exprimer les théories et les expériences, y compris la MQ (même si nos violons sont souvent mal accordés, je doute que Jeff Hawke me contredise), c'est ladite granulosité. Personne n'a jamais pu isoler un photon, le suivre à la trace. C'est un fantôme.

Et pour cause : ce que l'on finit par perdre de vue, c'est que le photon-objet n'existe pas ! C'est une vue de l'esprit. Une vue de l'esprit sans doute amusante pour ceux qui la manipulent en pleine conscience, mais un leurre dans le langage de la vulgarisation (j'ai fait antérieurement un commentaire du même genre à propos du concept de « Big Bang » en cosmologie).

 

 

On fait pourtant maintenant des expériences avec un seul photon, par exemple au LKB de l'ENS. Voir la petite vidéo de Jean-Michel Raimond, essentiellement minutes 10 à 13 :

 

 

Cela dit, je doute fort que Jean-Michel Raimond considère le photon comme un objet ordinaire.

[lejon4]

.

Modifié 4 juin 2011 par lejon4

[Tiger]

En fait, c'est l' "identité du c électromagnétique et du c relativiste" qui est pour toi un postulat fondamental ? C'est seulement une hypothèse, mais elle est largement préférable, car plus claire, au postulat de constance de la vitesse de la lumière.

 

elle est incomplète, car, d'elle-même, elle est incapable de fixer une valeur à son paramètre principal ©.

 

Tu donne trop d'importance à la valeur de ce "paramètre". Elle n'a aucune importance ! c'est quelque chose auquel on est familiarisé en mathématiques, mais que l'on saisis très mal en physique où tout doit avoir une valeur et une unité.

Que c soit de 1km/h ou 1 million de km/s ne fait pas la moindre différence dans la théorie... Les deux seules "valeurs" pertinentes que peut prendre cette constante sont une valeur infinie (cas galiléen) ou une valeur finie (cas relativiste), et le premier cas est exclu par le principe de relativité. La théorie nous donne donc toutes les informations dont on a besoin sur c...

Après que la lumière fasse 10m ou 300 000 km pendant le temps nécessaire à 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre des niveaux hyperfins de l’atome de césium 133 est complètement arbitraire ! C'est un choix que l'on fait par commodité, nous humains, de la même façon que l'on compte une année chaque fois que la terre à effectué une révolution autour du soleil ! Pourquoi par deux révolutions ? Ce serait bien on serait tous deux fois plus jeunes !

La seule chose qui n'est pas arbitraire est que cette constante n'est pas infinie.

 

@Dodgson : il me semble avoir lu un article pas trop vieux là-dessus, je vais tâcher de le retrouver et voir si je peux en dégoter d'autres. A suivre.

 

Johann

[Dodgson]

Tu veux dire "portant sur un seul quantum..." ?

 

J'utilise la terminologie de Jean-Michel Raimond, qui a quand même été pendant plusieurs années (jusqu'en 2009 je crois) directeur du département de physique à l'ENS, et auteur principal avec Serge Haroche de la première expérience réussie de décohérence contrôlée (1996).

[Jeff Hawke]

On fait pourtant maintenant des expériences avec un seul photon, par exemple au LKB de l'ENS.

 

Attention, le langage nous piège..."Un seul photon" ne veut pas dire que ce truc existe... On en a une perception, à l'unité quantique ici, c'est tout...

 

Cela dit, je doute fort que Jean-Michel Raimond considère le photon comme un objet ordinaire.

 

Ni ordinaires, ni extraordinaires, les photons ne sont assurément pas des "objets"...

 

(Mais il faut bien faire avec nos concepts, notre entendement, pour parler de ce que l'on apprend sur le monde dans lequel nous sommes immergés).

[lejon4]

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Modifié 14 janvier 2011 par lejon4

[lejon4]

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Modifié 14 janvier 2011 par lejon4
Remaniement de la dernière phrase

[Dodgson]

La terminologie qu'il utilise ne nous éclaire pas sur le sens exact du mot dans l'esprit de l'auteur.

Par exemple, quand on parle d' « isoler » un photon, cela peut avoir deux significations :

- déterminer les phénomènes qui sont associés à l'émission/réception d'un quantum d'énergie (la "bonne")

- cerner un hypothétique objet photon dans le temps et l'espace (la "mauvaise", selon moi)

 

D'après la vidéo, il le "cerne" dans une cavité. Si on prend tout ça au pied de la lettre...

[lejon4]

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Modifié 14 janvier 2011 par lejon4

[Tiger]

@lejon4 : Ce n'était pas mon intention... je ne suis pas très neutre dans cette affirmation je le reconnais, c'est dû au fait que j'ai toujours galéré avec les unités en physique au collège et au lycée ! Avec les maths j'ai appris à dire : on s'en fout des unités, on s'en fout du résultat, ce qui compte c'est les relations formelles... Bien sûr c'est un pur jugement de valeur qui n'engage que moi

Et en fait les valeurs et les unités sont importantes dans bien des cas, mais pour le coup c'est pas ce qui compte pour le rôle de c dans la RR.

 

@Dodgson : j'ai retrouvé l'article dans lequel j'avais vu ce dont tu parles, mais il est court et donc peu informatif (et en anglais) :

[ATTACH]14482[/ATTACH]

 

En tous cas il semblerait que cette approche soit simplement lié à la formulation hyperbolique de la théorie, où on utilise la rapidité qui est un paramètre additif. Très pratique, les transformations devient alors "simplement" des rotations d'angle imaginaire, ou plus visuellement des rotations hyperboliques...

 

J'ai regardé rapidement si je pouvais trouver d'autres références, mais les articles sur ce sujet sont assez rares ou... payant .

(cf bibliographie de l'article ci-joint)

 

Johann

Modifié 22 novembre 2010 par Tiger

[Tiger]

Un article de Lévy Leblond, commenté et détaillé par O.Castera, décrit bien cette approche hyperbolique, très mathématique même si d'un niveau abordable. Il aborde aussi des questions qui concernent notre débat je crois.

[ATTACH]14483[/ATTACH]

[Dodgson]

[quote name=Tiger;1004307

 

@Dodgson : j'ai retrouvé l'article dans lequel j'avais vu ce dont tu parles' date=' mais il est court et donc peu informatif (et en anglais) :

[ATTACH]14482[/ATTACH]

 

En tous cas il semblerait que cette approche soit simplement lié à la formulation hyperbolique de la théorie, où on utilise la rapidité qui est un paramètre additif. Très pratique, les transformations devient alors "simplement" des rotations d'angle imaginaire, ou plus visuellement des rotations hyperboliques...

 

J'ai regardé rapidement si je pouvais trouver d'autres références, mais les articles sur ce sujet sont assez rares ou... payant .

(cf bibliographie de l'article ci-joint)

 

Johann

 

Merci, c'est exactement ce que je cherchais (en incluant la référence de ton message suivant). On peut comprendre "physiquement ou "avec les mains" cette approche à partir du célèbre (?) "miroir d'Einstein".

[Tiger]

C'est intéressant, comment vois tu ce lien avec le miroir d'Einstein ?

Tu veux dire pour l'additivité des vitesses je suppose... on peut comprendre l'anecdote du miroir grâce à la rapidité mais tu parles d'une interprétation dans l'autre sens ?

Modifié 22 novembre 2010 par Tiger

[ArthurDent]

C'est amusant comme d'astucieux changements de variables simplifient les choses.

Un autre exemple de reformulation fructueuse c'est la rotation de Wick.

[Dodgson]

C'est intéressant, comment vois tu ce lien avec le miroir d'Einstein ?

Tu veux dire pour l'additivité des vitesses je suppose... on peut comprendre l'anecdote du miroir grâce à la rapidité mais tu parles d'une interprétation dans l'autre sens ?

 

Telle que je l'ai lue dans dans le livre-BD «Einstein pour débutants», l'anecdote est la suivante. Le jeune Einstein, faisant l'hypothèse d'un espace et d'un temps absolus, se demandait ce qui se passerait si un voyageur, se regardant de temps en temps dans un miroir placé devant lui, augmentait progressivement sa vitesse jusqu'à atteindre celle de la lumière. Eh bien, il ne se verrait plus dans le miroir, que les rayons lumineux issus de son visage ne pourraient plus atteindre. L'hypothèse d'un espace et d'un temps absolus conduit donc à la possibilité de mondes absurdes, en translation uniforme par rapport au nôtre, où on ne peut pas se voir dans son miroir. En fait, un univers «normal» serait plutôt celui où la vitesse de la lumière est constante pour tous les observateurs, même si cela oblige à abandonner l'espace et le temps absolus.

Mais alors, si un observateur B s'éloigne d'un observateur A dans une certaine direction à une vitesse v, et s'il émet vers l'avant des rayons lumineux à la vitesse c, la vitesse de ces rayons doit aussi être c pour l'obervateur A, et non pas v + c comme lorsque l'on compose «normalement» les vitesses. On peut trouver dans «Le Rêve des physiciens», de J.-P. Pharabod et B. Pire, éditions Odile Jacob, ce que j'appelle un petit «raisonnement avec les mains» :

«Nous savons que l'addition des vitesses marche bien quand celles-ci sont petites par rapport à la vitesse de la lumière. La véritable formule donnant la vitesse, par rapport à nous-mêmes d'un voyageur allant à la vitesse w dans un engin qui se déplace à la vitesse v par rapport à nous doit être de la forme (v+w)/(1+p), p signifiant un «petit quelque chose». Du moins, petit tant que v et w sont petits par rapport à la vitesse de la lumière, que l'on désigne habituellement par c. Mais si w = c, il faut alors que (v+c)/(1+p) soit égal à c (puisqu'on ne peut rien ajouter à la vitesse de la lumière), donc que p = v/c. De même si v = c, alors il faut que p = w/c. Quelle est la quantité la plus simple, fonction de v, w et c, qui vaut v/c quand w vaut c, et w/c quand v vaut c ? C'est v.w/c^2. Et ça marche : la véritable formule relativiste de composition des vitesses est V = (v + w) / (1 + v.w/c^2).»

A partir de cette formule, Jacques Hadamard a retrouvé les transformations de Lorentz en 1923 ou en 1930 (selon les sources), ce que je n'aurais pas su faire. Mais je sais retrouver la formule de composition des vitesses à partir des transformations de Lorentz, et je suis alors convaincu. C'est comme ça que je comprends le mieux (physiquement) la relativité restreinte. Mais on doit avoir chacun sa façon de comprendre.

[lejon4]

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Modifié 14 janvier 2011 par lejon4
Ajout des liens

[jarnicoton]

J'aime l'historiette d'Eddington assistant à une conférence populaire sur la physique moderne donnée par une sorte de journaliste sensationnaliste qui s'exclame : "Et la théorie de la relativité générale, mesdames et messieurs, est si impénétrable que trois personnes sur toute la Terre la comprennent !"

Eddington d'un air rêveur sort sa pipe de ses dents pour murmurer : "Je me demande qui est la troisième..."

[Tiger]

Je reviens sur un ancien point du fil.

A propos de la question de l'éther et de son abandon, j'avais précisé que l'éther dont Einstein parlait en 1920 n'était pas un éther luminifère, idée qu'il avait abandonné au cours des années 1905. En revanche, pour confirmer ce que disait lejon4, à savoir que beaucoup de physiciens et mathématiciens sont restés accrochés à l'éther même après 1905, voici un exemple sur lequel je viens de tomber :

En 1927, Albert Abraham Michelson alors agé de 75 ans, écrit dans son ouvrage "Studies in Optics" (p155 selon G.Holton "thematic origins of scientific thought") que les expérimentations du type de celles qu'il conduisit en 1881 et les années suivantes ne sont pas suffisantes pour prouver l'existence d'un vent d'éther et que donc il ne sait pas expliquer les résultats négatifs de ces expérimentations. Il est encore manifestement attaché au concept d'éther...

 

C'est un bon exemple que lorsque des conceptions sont "dans l'air" ou disons bien répandus dans la connaissance (sous entendu d'une certaine époque), il est très très difficile de s'en détacher et d'avoir du recul. C'est pour cela que c'est si difficile de comprendre comment pensais les anciens, car il faut faire abstraction du recul que nous avons nécessairement avec le travail du temps.

 

Comme disait Bachelard, la connaissance n'est pas cumulative dans les esprits, elle se développe en combattant les connaissances antérieures et ce processus est loin d'être aisé ou naturel.

 

Johann

[lejon4]

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Modifié 14 janvier 2011 par lejon4
Ajout de l'intitulé

[Tiger]

Il faut savoir en lisant Bachelard rapidement qu'il est un rationaliste dans le sens où pour lui il existe un critère de scientificité (même s'il est un peu flou à mon goût) qui est le sens du questionnement. On peu nuancer ses propos mais je suis personnellement assez d'accord avec ceci.

Ensuite c'est précisément une des particularités de sa pensée de voir le progrès scientifique de façon discontinu, il y voit seulement des ruptures :

«On connait contre une connaissance antérieure, en détruisant des connaissances mal faites» (La formation de l'esprit scientifique, p14).

Pour lui «l'esprit se forme en se réformant» (p23). Je suis d'accord avec la présence des ces "ruptures" et du "combat" (le terme n'est pas de lui)

[Oups j'ai envoyé le message avant de le terminer, attendez la deuxième version avant de répondre, message terminé (un peu en vitesse) ], mais je pense qu'il y a aussi des progrès de nature continus...

 

Lorsqu'il parle de l'obstacle de l'intuition, là je suis entièrement d'accord avec lui car les exemples de mauvaise utilisation de l'intuition abondent en mathématiques. Une fonction continue semble a priori forcément différentiable ? Et bien non Weierstrass à donné en 1886 un exemple de fonction continue nulle part dérivable ! et c'est encore pire dans les représentations géométriques telles que la vision imagée de la tangente à une courbe qui ne peut pas être exacte (dessinez-moi une tangente qui ne coupe une courbe qu'en un seul point...) et j'en passe...

L'intuition est source d'erreur, et elle ne doit qu'accompagner le raisonnement (là elle est utile et riche) et non le remplacer (genre ce passage de la démonstration est évident, pas besoin de le détailler ! grosse erreur dans bien des cas).

Les idées préconçues sont aussi des sources de notre intuition et là nous sommes tous les trois d'accord sur ce point .

 

Ensuite les termes "révolution" "surréalismes" etc. sont je pense issu de l'ambiance électrique et les mystifications philosophiques qui ont suivi l'élaboration de la théorie (le "tout est relatif" complètement aberrant par exemple). Le vocabulaire philosophique peut vite mener loin de la science, et j'avoue y être un peu imperméable. Je ne suis pas philosophe, donc j'essaye de ne pas utiliser les termes trops lourds philosophiquement, comme "temps absolu" ou "relatif", qui ont un sens précis en philosophie mais ne veulent pas dire grand chose en physique ou en maths...

 

Quoi qu'il en soit, il est normal de ne pas adhérer tous les points de vue de Bachelard mais c'est certainement une lecture intéressante. La formation de l'esprit scientifique contient des informations historiques et des anecdotes remarquables et intéressantes sur la transition entre ce qu'il appelle l'âge pré-scientifique et l'âge scientifique. J'en recommande la lecture à ceux qui s'intéressent à ces sujets, même si les physiciens grinceront un peu des dents sur certains passages.

Modifié 23 novembre 2010 par Tiger

[Jeff Hawke]

D'après la vidéo, il le "cerne" dans une cavité. Si on prend tout ça au pied de la lettre...

 

Il ne faudrait certainement pas prendre ces mots au pied de la lettre, ce serait supposer que Raimond en sait moins que ce que l'on savait déjà en 1927 :

 

"In the discussion of these questions, it must be kept in mind that, according to the view taken above, radiation in free space as well as isolated material particles are abstractions, their properties on the quantum theory being definable and observable only through their interactions with other systems." (Bohr, conférence de Côme)