Lentille gravitationnelle et lumière.

[pachanga]

Salut à tous,

 

Je voudrais savoir s'il y a un effet de ralentissement de la lumière au passage près d'une étoile car la distance de ce que l'oeil humain voit est différente de la vrai position de l'étoile.

 

Merci.

 

[jgricourt]

Non la lumière ne ralentie comme au passage dans l'eau par exemple car dans ce cas elle ne change pas de milieu.

[jim]

4 questions :

- Est-ce que la lumière peut rebondir sur une lentille gravitationnelle ?

- Dans les faits, la position de chaque étoiles devrait être faussée car son front d'onde est dévié sitôt qu'il est passe près d'une étoile ? Et de proche en proche c'est à dire d'étoile en étoile, le front d'onde est dévié et ce que nous percevons en final serait une lumière qui aurait subit de nombreuses déviations, déformations... Bien sûr ceci ne concernerait que les étoiles très éloignées et non les étoiles très proches, bien que !...

- Selon ces rebonds, une même étoile pourrait être vue à différentes époques de son existence ?

- Est ce qu'il est possible pour un amateur de repérer ces phénomènes ?

[Dodgson]

Non la lumière ne ralentie comme au passage dans l'eau par exemple car dans ce cas elle ne change pas de milieu.

 

En fait c'est plus compliqué :

 

Richard Feyman, Lumière et matière : Une étrange histoire, InterÉditions, 1987

 

Chapitre 2 Les photons : des particules de lumière

 

Page 76 :

« Il se trouve que la lumière se propage moins vite dans l’eau que dans l’air (je vous expliquerai pourquoi dans ma prochaine conférence) »

 

Mais page 108 (noter le « semble) :

« La prochaine fois j’entamerai l’explication simplifiée des propriétés de la matière ; cela me conduira à vous expliquer, entre autres, […] pourquoi la lumière semble aller moins vite dans le verre et dans l’eau que dans l’air »

 

Chapitre 3 Les électrons et leurs interactions

 

Pages 147-148 :

« Et maintenant, qu’en est-il de la lumière qui passe à travers le verre ? »

Suit un assez long paragraphe où Feynman utilise sa méthode de calcul à base d’addition probabiliste des trajectoires possibles (présentée de façon détaillée dans les pages précédentes). Puis il conclut :

« On obtiendrait un effet identique si les photons allaient plus lentement dans le verre que dans l’air : il y aurait une rotation supplémentaire de la flèche résultante. C’est pourquoi j’ai dit précédemment que la lumière semble aller plus lentement dans le verre (ou dans l’eau) que dans l’air. Ce ‘ralentissement’ de la lumière n’est rien d’autre que la rotation supplémentaire causée par les atomes du verre (ou de l’eau) qui diffusent la lumière. On appelle ‘indice de réfraction’ la valeur de cette rotation supplémentaire de la flèche résultante lorsque la lumière traverse le matériau considéré ».

À cet endroit, Feynman indique dans une note de bas de page les petites modifications à apporter pour tenir compte de diffusions plus compliquées, « de sorte que la probabilité totale que la lumière soit réfléchie ou transmise par la lame de verre reste toujours de 100% ».

['Bruno]

Salut à tous,

 

Je voudrais savoir s'il y a un effet de ralentissement de la lumière au passage près d'une étoile car la distance de ce que l'oeil humain voit est différente de la vrai position de l'étoile.

La masse de l'étoile courbe le trajet de la lumière, c'est-à-dire lui impose un autre chemin (par rapport à s'il n'y avait pas d'étoile). Ce chemin est un peu plus long, c'est pourquoi la lumière met un peu plus longtemps à le parcourir. Si l'œil humain voit une distance différente, c'est parce que réellement la distance est différente. Mais il n'y a pas de ralentissement de la lumière.

 

-----------

4 questions :

- Est-ce que la lumière peut rebondir sur une lentille gravitationnelle ?

Une lentille gravitationnelle n'est pas un objet mais un phénomène : la présence d'une masse (par exemple une galaxie) dévie les rayons lumineux venus de plus loin en les re-focalisant dans notre direction, comme s'il y avait une lentille optique.

 

Donc tu demandes si la lumière peut rebondir sur une galaxie ? Gravitationnellement, non, je ne crois pas. Maintenant, s'il y a un gigantesque miroir devant la galaxie, pourquoi pas, mais c'est un rebond optique, pas gravitationnel.

 

- Dans les faits, la position de chaque étoiles devrait être faussée car son front d'onde est dévié sitôt qu'il est passe près d'une étoile ?

Dans les faits, tous les rayons lumineux sont déviés par toutes les masses de la région où ils passent. (Je ne comprends pas la suite de la question.)

 

- Selon ces rebonds, une même étoile pourrait être vue à différentes époques de son existence ?

Quels rebonds ? Ce que tu décris existe au niveau des galaxies : le Quasar Double est un unique quasar qui, par effet de lentille gravitationnelle (il y a une galaxie entre le quasar et nous) est vu double. L'une des deux images est un peu plus ancienne que l'autre (voir une discussion récente sur ce forum).

 

Pour avoir ce genre d'effet sur les étoiles, j'imagine qu'il faudrait un effet très compact (à défaut d'être très massif), genre un trou noir. À mon avis c'est possible, mais peut-être indétectable (genre les deux images sont trop proches en angle apparent).

 

- Est ce qu'il est possible pour un amateur de repérer ces phénomènes ?

Le Quasar Double est de magnitude ~16½ donc accessible à la photo et même au visuel avec un gros diamètre (je l'ai vu à travers un télescope de 495 mm, la deuxième composante était à la limite). Je sais que des astrophotographes amateurs ont réussi, en imagerie CCD, à détecter des arcs gravitationnels (connus) dans des amas de galaxie. Mais là il faut du gros matériel.

Modifié 4 juin 2017 par 'Bruno

[orion066]

- Est-ce que la lumière peut rebondir sur une lentille gravitationnelle ?

 

On peut trouver cette image (pas du tout à l'échelle) sur plusieurs pages liées aux trous noirs :

 

 

En partant du haut, on voit :

- 2 rayons déviés par effet de lentille tel qu'on l'entend d'habitude

- Un rayon tellement dévié qu'il rebrousse chemin, peut-être celui dont parle jim

- Un rayon avec des photons qui gravitent éternellement autour du trou noir

- Un rayon qui tombe complètement dans le trou noir

 

Je ne sais pas si cette image est dans le vrai, moi-même je cherchais à savoir ce qui se passe quand une lentille gravitationnelle augmente en masse (jusqu'où les rayons peuvent être déviés). Quelqu'un pourrait élaborer ?

[jim]

Merci Orion066, effectivement une image est nettement plus explicite. C'est exactement ça que je pensais

 

Bruno, quand je parlais de rebonds c'est ce que je voulais dire, la lumière d'une l'étoile rebondit (se tord) de proche en proche... En conséquence, la position des étoiles que nous voyons en final n'existerait pas en réel, mais ne serait que la conséquence de ces rebonds....

 

En poussant le raisonnement, on pourrait imaginer recevoir une lumière d'une étoile en direct, mais aussi voir une autre lumière de la même étoile qui serait plus vieille car elle aurait voyagé et par un heureux hasard (merci les trous noirs) reviendrait vers nous... mais affaiblit. Pour nous ça serait une autre étoile, d'un autre âge, alors qu'il s'agit de la même étoile. En extrapolant, la même étoile pourrait nous apparaitre plusieurs fois mais à des ages différents...une vraie galère pour les repérer

[Batou]

Je me demandais, étant donné que le photon a une masse nulle, comment se fait il qu'il soit influencé par la gravitation ?

[Daniel Rosier]

Je me demandais, étant donné que le photon a une masse nulle, comment se fait il qu'il soit influencé par la gravitation ?

 

Bonsoir,

 

Le photon n'ayant vraisemblablement pas de masse, il ne peut pas être "attiré" gravitationnellement selon les lois de Newton.

 

Par contre, la relativité générale dit qu'une masse déforme l'espace-temps. La trajectoire du photon est simplement modifiée de par cette courbure, ce qui pourrait faire penser, à tort, que le photon est attiré et donc possède une masse.

 

On peut illustrer le cas du photon par une bille qu'on lance sur un drap tendu et déformé par un objet placé au centre. La bille sera comme attirée par l'objet alors qu'en réalité elle ne fait que subir la déformation causée par l'objet sur le drap.

 

Bon, si ce n'est pas clair, tapez pas!

[Poussin38]

Un photon c'est de l'énergie et toute énergie est déviée quand elle croise un champ gravitationnel (en relativité générale la masse c'est aussi de l'énergie mais il en existe d'autre forme que "massive" et à la base on parle d'énergie, comme dans la formule E=mc²) : étoile (ou trou noir c'est pareil), galaxie, amas de galaxie.

 

Les mirages gravitationnels sont essentiellement visibles par déviation derrière de grosses masse d'amas galactiques (et lointains pour augmenter la déviation angulaire) mais l'effet existe aussi pour les étoiles (comme dans les schémas de ce fil) , c'est ainsi qu'Arthur Eddington a "prouvé " (avec marge d'erreur à l'époque mais c'est u ne autre histoire ) la déviation de la lumière d'une étoile derrière le soleil en 1919, amenant le grand Albert au Panthéon des physiciens.

[jim]

Existe-t-il un logiciel qui permet de visualiser le ciel en fonction de la distance des étoiles, de leur couleur, leur masse etc...

[Batou]

Bonsoir,

 

Le photon n'ayant vraisemblablement pas de masse, il ne peut pas être "attiré" gravitationnellement selon les lois de Newton.

 

Par contre, la relativité générale dit qu'une masse déforme l'espace-temps. La trajectoire du photon est simplement modifiée de par cette courbure, ce qui pourrait faire penser, à tort, que le photon est attiré et donc possède une masse.

 

On peut illustrer le cas du photon par une bille qu'on lance sur un drap tendu et déformé par un objet placé au centre. La bille sera comme attirée par l'objet alors qu'en réalité elle ne fait que subir la déformation causée par l'objet sur le drap.

 

Bon, si ce n'est pas clair, tapez pas!

 

Ah d'accord!

Si si t'inquiète, c'est compréhensible

[bongibong]

Je me demandais, étant donné que le photon a une masse nulle, comment se fait il qu'il soit influencé par la gravitation ?

Disons que... quand tu appliques une force sur un objet... celui-ci réagit avec une accélération, ou dit autrement, moins un objet a de masse et plus c'est facile de lui faire changer sa trajectoire.

 

Bon... ceci étant dit, quand on regarde les lois de la gravitation, si le corps central est assez massif, le mouvement du second corps ne dépend pas de la masse du second corps... donc en passant à la limite d'une masse nulle, la trajectoire reste identique selon Newton.

 

Si on extrapole les lois de Newton à des rayons rasant la surface du soleil, l'angle de déflexion devrait être de 2GM/rc² et non 4GM/rc².

Donc la loi de Newton prédit 0.87'' de déviation, contre 1.74'' pour la RG.

Modifié 8 juin 2017 par bongibong

['Bruno]

À la question de Batou, je répondrais de la façon suivante :

 

La gravitation est une manifestation de la courbure de l'espace-temps. Si un photon se balade dans un champ gravitationnel, c'est-à-dire dans un coin où l'espace-temps est courbe, eh bien il est dévié, ça n'a rien à voir avec le fait d'avoir une masse ou non : l'espace-temps est courbé → tout le monde est dévié.

[Batou]

À la question de Batou' date=' je répondrais de la façon suivante :

 

La gravitation est une manifestation de la courbure de l'espace-temps. Si un photon se balade dans un champ gravitationnel, c'est-à-dire dans un coin où l'espace-temps est courbe, eh bien il est dévié, ça n'a rien à voir avec le fait d'avoir une masse ou non : l'espace-temps est courbé → tout le monde est dévié.[/quote']

 

Oki d'accord, merci

[jgricourt]

Il faut d'abord rappeler que tous objets tombent sur Terre avec la même accélération de 9 m/sec^2 que l'objet ai une masse ou pas.

 

On peut mieux l’appréhender dans l'expérience de pensée de l'ascenseur dans l'espace qui accélère, l'observateur à l’intérieur lui voit la trajectoire de la lumière émise par un laser dans la direction perpendiculaire se courber et à la limite si on ne lui à pas ce qui se passe vu depuis l’extérieur il peut aussi bien penser qu'il est soumis à la gravitation du point de vue de ses sensations (le pèse personne affiche une valeur non nulle).

 

Sinon cet effet a été mesuré lors de l’éclipse solaire 1919 en observant la déviation des rayon d'une étoile à proximité du soleil.

 

Pour comprendre pourquoi l'angle effectif est double de celui "attendu" lire le papier qui se base sur la loi bien connue de Snell Descartes pour le démontrer.

 

http://www.colutron.com/download_files/Bend.pdf

[bongibong]

Il faut d'abord rappeler que tous objets tombent sur Terre avec la même accélération de 9 m/sec^2 que l'objet ai une masse ou pas.[/Quote]9.78 m/s² à l'équateur, 9.809 m/s² au niveau de Paris et 9.83 m/s² aux pôles. Cela est dû principalement à la forme aplati de la terre aux pôles (on est plus près du centre aux pôles que sur l'équateur), et dans une bien moindre mesure à la vitesse de rotation de la terre (force centrifuge).

On peut mieux l’appréhender dans l'expérience de pensée de l'ascenseur dans l'espace qui accélère, l'observateur à l’intérieur lui voit la trajectoire de la lumière émise par un laser dans la direction perpendiculaire se courber et à la limite si on ne lui à pas ce qui se passe vu depuis l’extérieur il peut aussi bien penser qu'il est soumis à la gravitation du point de vue de ses sensations (le pèse personne affiche une valeur non nulle). [/Quote]C'est une expérience de pensée, mais basée sur une hypothèse supposée vraie : le principe d'équivalence.

 

Bon je dis ça parce que des expériences sont actuellement en préparation, ou déjà lancées, pour vérifier le principe d'équivalence.

D'ailleurs MICROSCOPE va annoncer en juin les premiers résultats pour les 6 mois de mesure de 2017 ::

https://microscope.cnes.fr/fr/des-nouvelles-du-satellite-microscope

 

Sinon cet effet a été mesuré lors de l’éclipse solaire 1919 en observant la déviation des rayon d'une étoile à proximité du soleil.

 

Pour comprendre pourquoi l'angle effectif est double de celui "attendu" lire le papier qui se base sur la loi bien connue de Snell Descartes pour le démontrer.

 

http://www.colutron.com/download_files/Bend.pdf

En fait Einstein a fait un premier calcul en supposant le principe d'équivalence vraie, et a trouvé exactement la même valeur que Newton : 0.87'' (premier calcul dans les années 1911 je crois)

Avec la RG il trouve une valeur 2 fois plus importante (en 1915).

Modifié 9 juin 2017 par bongibong

[Jean-Baptiste_Paris]

Il faut d'abord rappeler que tous objets tombent sur Terre avec la même accélération de 9 m/sec^2 que l'objet ai une masse ou pas.

 

J'aurais plutôt dit "quelle que soit leur masse", car je ne connais pas beaucoup d'objets sans masse !

 

A part les photons, mais comme la vitesse de la lumière est constante, je ne pense pas qu'on puisse dire qu'ils sont accélérés de 9m.s-2.

 

jb

[jgricourt]

Effectivement car leur vitesse est constante dans le vide quelque soit le référentiel. Je voulais parler d'une particule hypothétique de masse nulle pour dire que l’accélération ne dépend pas de la masse mais bon comme le principe d'équivalence semble plutôt fiable ...

[orion066]

Je repose ma question sur la lentille gravitationnelle..

 

Un photon paraît dévié mais il suit le plus court chemin dans un espace courbe = la géodésique. C'est la même géodésique que suit un corps (avec masse) influencé par la gravité.

 

Bêtement, je me pose la question : est ce qu'il y a équivalence entre les deux ? Est ce qu'un photon peut prendre toutes les trajectoires possibles d'un corps massif ? Ca aiderait à se représenter le phénomène.

 

On sait que pour la gravitation, l'orbite stable est une ellipse dont on peut augmenter l'excentricité autant qu'on veut. Quid du photon ? Est ce que la courbure de l'espace peut lui donner une orbite stable mais très excentrique ?

 

Sur certains sites de vulgarisation, ils vous disent que la seule orbite stable d'un photon autour d'un trou noir est la sphère photonique... ce qui sous entend une orbite circulaire et pas elliptique.

 

Bref, si un photon dans un espace courbe peut avoir une trajectoire faiblement déviée partant à l'infini (lentille), et une trajectoire circulaire (orbite), comment se passe la transition entre les deux ?

Modifié 10 juin 2017 par orion066

[bongibong]

Un photon paraît dévié mais il suit le plus court chemin dans un espace courbe = la géodésique. C'est la même géodésique que suit un corps (avec masse) influencé par la gravité.[/Quote]Non, ce n’est pas la même, tout simplement parce qu’un objet de masse non nulle a une trajectoire du genre temps, alors que pour une particule sans masse, c’est une trajectoire du genre isotrope.

Il y a bien un traitement différent entre des objets avec masse et sans masse, et ce n’est pas juste un passage à la limite, comme ce que l’on pourrait faire dans le cas Newtonien, ce qui explique pourquoi l’angle de déflexion est 1.75’’ et non 0.87’’.

Bêtement, je me pose la question : est ce qu'il y a équivalence entre les deux ? Est ce qu'un photon peut prendre toutes les trajectoires possibles d'un corps massif ? Ca aiderait à se représenter le phénomène.[/Quote]Non, un photon ne peut pas prendre les trajectoires d’un corps massif.

On sait que pour la gravitation, l'orbite stable est une ellipse dont on peut augmenter l'excentricité autant qu'on veut. Quid du photon ? Est ce que la courbure de l'espace peut lui donner une orbite stable mais très excentrique ?[/Quote]Non en RG, il n’y a pas de trajectoire fermée pour une orbite stable, comme tu peux le voir avec Mercure, il y a avance du péri astre.

Pour le photon, il n’y a pas d’orbite stable… Il y a une seule orbite à 1.5 rayon de Schwazschild, mais c’est une orbite instable.

En deça, c’est une orbite qui tombe dans le trou noir, au-delà, c’est une trajectoire qui part à l’infini, quitte à s’enrouler plusieurs fois autour du trou noir avant.

Sur certains sites de vulgarisation, ils vous disent que la seule orbite stable d'un photon autour d'un trou noir est la sphère photonique... ce qui sous entend une orbite circulaire et pas elliptique. [/Quote]Sur la page que tu mentionnes, à aucun moment on ne parle d'orbite stable.

Bref, si un photon dans un espace courbe peut avoir une trajectoire faiblement déviée partant à l'infini (lentille), et une trajectoire circulaire (orbite), comment se passe la transition entre les deux ?

C'est une sorte de spirale qui part à l'infini en s'enroulant plusieurs fois autour du trou noir tout en s'éloignant.

Modifié 12 juin 2017 par bongibong

[orion066]

D'accord, merci pour toutes ces précisions !

[bongibong]

J'aurais plutôt dit "quelle que soit leur masse", car je ne connais pas beaucoup d'objets sans masse !

 

A part les photons, mais comme la vitesse de la lumière est constante, je ne pense pas qu'on puisse dire qu'ils sont accélérés de 9m.s-2.

 

jb

Par contre il y aurait d'autres effets, par exemple du blueshift si le photon descend un potentiel gravitationnel, ou redshift si le photon remonte.