Des Ondes dans le vide ??

[waskol]

Bon, histoire de m'enfoncer un peu plus (parce que je maitrise moyen) et de semer le doute chez Bruno :

les equations de Maxwell et la relativité d'Einstein ne sont pas 100% compatibles...

Il y a une différence fondamentale, c'est qu'il a été reproché aux équations de maxwell de dire que l’énergie d’une onde ne dépendait que de l’amplitude de l’onde, mais pas de sa fréquence. Le problême, c'est que trop d'expériences comme l'effet photoelectrique démontrent l'inverse : c'est-à-dire que l’énergie transférée de la lumière aux atomes ne dépend que de la fréquence et non de l’amplitude.

 

Un autre exemple, certains mécanismes réactionnel en chimie ne se déclenchent qu’en présence d’une onde lumineuse de fréquence suffisante : en dessous d’une fréquence seuil, quelle que soit l’intensité de l'onde lumineuse, la lumière ne peut amorcer la réaction.

 

Le mieux, c'est que c'est Einstein qui a suggéré que l'effet photoélectrique ne pouvait s'expliquer que par l'existence de quantas ponctuels (les photons !), et avec sa relativité, a prédit que l’énergie des électrons émis lors de l’effet photoélectrique dépendait linéairement de la fréquence de l’onde. Et cette prédiction à été démontrée expérimentalement par je ne sais plus qui, je ne sais plus quand (en 1915 je crois, ou dans ces eaux là).

 

Si on s'en était tenu à Maxwell, on aurait jamais vu apparaître la théorie de l'électrodynamique quantique de Dirac et encore moins l'invention du laser qui découle de cette contradiction avec Maxwell.

 

Et c'est pratique un Laser vert, il parait...

Je vais m'en faire offrir un pour Noël, tiens...

['Bruno]

Appelons c la vitesse maximale de propagation. C'est une donnée de la structure de l'espace-temps. Ainsi, c'est c qui intervient dans les transformations de Lorentz (et non la vitesse de la lumière).

 

Si la lumière se propage à la vitesse c, les photons n'ont pas de masse. Si les photons ont une masse, ils se propagent à une vitesse inférieure à c.

 

Toto est le passager d'un train qui se déplace à la vitesse uniforme v par rapport à un talus, sur laquel Riri est assis. Toto allume sa lampe-torche dans la même direction que le mouvement du train par rapport au talus.

 

Je rappelle la formule de composition des vitesses :

 

 

où c est la vitesse de propagation maximale (ce n'est pas la vitesse de la lumière).

 

Premier cas : la lumière se déplace à vitesse c.

 

Pour Toto, la lumière de la lampe-torche se déplace à la vitesse c par rapport à lui. Pour Riri, elle se déplace non pas à la vitesse v+c mais à la vitesse :

 

 

Bilan : la vitesse de la lumière est la même pour les deux observateurs.

 

Deuxième cas : la lumière se déplace moins vite que c.

 

Notons la vitesse de la lumière. On suppose que est strictement inférieur à c.

 

Pour Riri, la vitesse de la lumière de la lampe-torche se déplace à la vitesse

 

Or par hypothèse : , donc , par conséquent et donc . On en déduit que :

 

 

et donc que :

 

 

Bilan : l'observateur sur le talus voit une vitesse de la lumière plus grande que l'observateur dans le train.

 

En supposant que la lumière se déplace moins vite que la vitesse de propagation maximale, on perd son invariance par rapport aux référentiels galiléens. (C'est normal : c'est ce qui se déplace à la vitesse maximale de propagation dont la vitesse sera invariante.) Si on veut la conserver, il faut changer les transformations de Lorentz et les équations de Maxwell. Je trouve que ce n'est pas anodin. Et si on s'accomode d'une vitesse de la lumière pas invariante, est-ce que ça n'a pas des conséquences en physique ? Cela dit, le fait qu'on mesure toujours la même vitesse de la lumière (299.792,458 km/s) indique que celle-ci est invariante à neuf décimales près mais pourrait très bien, effectivement, ne plus l'être si on pouvait effectuer des mesures au-delà de la 12è ou de la 335è décimale...

[astrotophe]

L'ether existe, ça servait à endormir les gens et à décoller les pansements.

[Snark]

Il y a une différence fondamentale, c'est qu'il a été reproché aux équations de maxwell de dire que l’énergie d’une onde ne dépendait que de l’amplitude de l’onde, mais pas de sa fréquence. Le problême, c'est que trop d'expériences comme l'effet photoelectrique démontrent l'inverse : c'est-à-dire que l’énergie transférée de la lumière aux atomes ne dépend que de la fréquence et non de l’amplitude.

 

Là c'est surtour M.Planck qui a trouvé la solution, c'est bien lui qui a ouvert une voie royale aux autres.

http://physicsworld.com/cws/article/print/373

[lejon]

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[ArthurDent]

En supposant que la lumière se déplace moins vite que la vitesse de propagation maximale, on perd son invariance par rapport aux référentiels galiléens. (C'est normal : c'est ce qui se déplace à la vitesse maximale de propagation dont la vitesse sera invariante.)

Ben oui, forcément. On risque même de perdre la relativité restreinte tout court, va savoir ...

 

Si on veut la conserver, il faut changer les transformations de Lorentz et les équations de Maxwell. Je trouve que ce n'est pas anodin. Et si on s'accomode d'une vitesse de la lumière pas invariante, est-ce que ça n'a pas des conséquences en physique ?

 

Forcément, il y aura des conséquences en physique. L'une d' entre elles pouvant être que finalement, l' invariance de Lorentz n'est pas conforme à l' expérience, va savoir. Il me semble qu' il y a eu des papiers explorant ce genre d' idée (du moins la surface, parce que ça doit aller très très loin).

 

Mais la physique, ce n' est pas les maths ! Le fait qu' on doive retourner corriger les équations au fur et à mesure qu' on avance fait partie du processus normal. Relis l' histoire de l' intéraction faible : On a d' abord supposé que la symétrie miroir était une symétrie du modèle (après tout, c' est le cas de pratiquement tous les processus physiques), pour ensuite , l'expérience montrant que non, se résigner à bricoler pour introduire dans le modèle la rupture de symétrie.

Ben là ça serait pareil.

 

Cela dit, le fait qu'on mesure toujours la même vitesse de la lumière (299.792,458 km/s) indique que celle-ci est invariante à neuf décimales près mais pourrait très bien, effectivement, ne plus l'être si on pouvait effectuer des mesures au-delà de la 12è ou de la 335è décimale...

 

Exactement.

 

la « disparition » (que l'on peut effectivement prendre ainsi au sens premier) de l'éther tient à la découverte des propriétés qu'il a été nécessaire de lui attribuer avec la progression de la pensée scientifique à propos de la propagation de la lumière et qui étaient tellement tarabiscotées qu'elles en devenaient peu crédibles.

Oui, ça me semble être l' argument pertinent : L' éther n' apportait plus rien et devenait embarassant. D' où sa disparition du modèle: Au lieu de se propager dans l' éther, les photons (et toutes les autres particules) se propagent dans le vide, qui a moins de propriétés "mécaniques" que l' éther.

Mais ça ne veut pas dire qu' il n' a pas de propriétés du tout !

[lejon]

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[Snark]

ce qui ramène aussi la différence entre « vide » et « éther » au statut de la nuance.

 

C"est un peu ce que je pense, cet éther voué aux gémonies à été remplacé par le vide qui ne représentait absolument rien au début mais qui s'est étoffé au fil des découvertes pour devenir un milieu assez complexe qu'on pourrait même appeler éther si ça ne risquait pas de démentir ce qui avait été affirmé auparavant.

['Bruno]

(Finalement j'efface, tout ça est quand même compliqué... )

[lejon]

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[ArthurDent]

Oui, mais le "vide des physiciens de la mécanique quantique" (en fait "l' état du vide") est une notion locale : c' est l' état d' énergie minimum des différents champs quantiques qui constituent le modèle standard, en un point donné de l' espace-temps.

 

En fait quand on écrit "se propage dans le vide", il faudrait écrire "modifie, en différents points de l' espace-temps, l'etat quantique, qui était celui du vide".

 

Se propager, au sens de la mécanique quantique des champs, c' est une notion différente de "se déplacer" , dans le langage courant.

D' ailleurs, et ça m' avait étonné à l' époque, on peut établir l' équation de propagation en dimension 0 (autrement dit, quand tout l' espace est réduit à un point). J' ai toujours du mal à comprendre ce que ça veut dire d' un point de vue physique, mais bon, je suis pas un spécialiste. Peut-être que ça ne veut rien dire de particulier.

 

Et le formalisme de la mécanique quantique des champs intègre la relativité restreinte, donc la notion de vide quantique, ne peut pas entrer en contradiction avec, enfin il me semble.

[koikso]

On discute de physique ou de sémantique là????

[lejon]

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[Snark]

Les deux sans doute.

 

Edition : tiens, je viens de découvrir que ce fil

http://www.webastro.net/forum/showthread.php?t=32909&page=2

parle à peu près de la même chose...

 

Bande de farceurs (ou de lâcheurs ?) ...

 

Ni l'un ni l'autre, mais c'est un sujet sur lequel il est difficile d'avoir une opinion bien tranchée, aussi les nouvelles idées sont les bienvenues pour faire repartir la discussion.

[lejon]

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[ArthurDent]

il me semble que l'on fait soigneusement l'impasse d'une définition physique préalable dudit « vide » ou, plus exactement, que l'on considère pour acquise, justement, la définition du langage courant, dont on sort ensuite le « vide quantique »

Il me semble plutôt que dans ce contexte , le mot "vide" est un raccourci pour "état quantique du vide", autrement dit l' état de plus basse énergie. C' est d' ailleurs la seule définition que je connaisse du "vide" dans ce cadre, elle ne fait pas référence au concept métaphysique de "néant", ni à un genre de "milieu absolu" comme pouvait l' être l' éther pré-relativiste, et effectivement c' est un vide relatif (au sens de la relativité) , qui dépends de l' observateur, voir par exemple l' effet Unruh, ou la radiation de Hawking.

[lejon]

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[ArthurDent]

Difficile de préciser plus sans rentrer dans les détails de la théorie, ce qui me serait difficile (je ne maîtrise pas assez pour la vulgariser, et recopier du jargon incompréhensible n' apporterait rien).

Si quelqu' un veut essayer ...

Mais le "vide" au sens quantique a bien un sens très précis (c'est à dire qu'il est définit mathématiquement, et s' utilise pour calculer des probabilités d' intéraction, par exemple). Ce n' est pas juste un vague concept métaphysique.