Masse Photon

[sydonahi]

Bonjour,

 

Par avance, merci de ne pas ma lapider sur la place publique pour mon ignorance.

Le photon a-t-il une masse. On m'a dit que non l'an dernier en termial, mais ça sens l'approximation à plein nez.

 

Voilà l'idée: la lumière ne pouvant s'échapper d'un trou noir, j'imagine que ce sont les photons qui sont attirés par la force de gravité de l'astre. Or qui dit gravitation dit masse. DU coup les photons ont une masse.

 

 

Merci à vous !

['Bruno]

Quand on dit que le photon a une masse nulle, ce n'est pas dû à une mesure mais à la théorie. La théorie dit que seules les particules de masses nulle peuvent avancer à la vitesse de la lumière (si la masse est non nulle, il faut pour ça une énergie infinie - ou quelque chose de ce genre). On en déduit que les photons, qui atteignent par définition la vitesse de la lumière, ont une masse nulle.

 

Par ailleurs il n'y a pas besoin d'avoir une masse pour être attiré par quelque chose (trou noir, étoile, galaxie, etc.) ; ce qu'il faut, c'est que ce quelque chose ait une masse. Ainsi, un photon peut être attiré par un objet massif, par contre rien ne peut être attiré par un photon.

[iksarfighter]

rien ne peut être attiré par un photon.

Miam j'aime cette phrase

 

Par contre sydonahi, pour les trous noirs, Hawking a démontré que des photons pouvaient s'en échapper, grâce à une démonstration quantique assez simple dont je ne me rappelle plus...

Ainsi donc les trous noirs "s'évaporent", mais à une vitesse extrêmement lente !

Ils ont des "fuites" en quelque sorte !

[sydonahi]

Merci à tous les deux !

 

Pour le coup de la gravitation je me sens conne, c'est évident, rien que quand on voit la formule --"

 

bonne journée ++

[rt42]

Bonjour,

 

Par avance, merci de ne pas ma lapider sur la place publique pour mon ignorance.

Le photon a-t-il une masse. On m'a dit que non l'an dernier en termial, mais ça sens l'approximation à plein nez.

 

Voilà l'idée: la lumière ne pouvant s'échapper d'un trou noir, j'imagine que ce sont les photons qui sont attirés par la force de gravité de l'astre. Or qui dit gravitation dit masse. DU coup les photons ont une masse.

 

 

Merci à vous !

 

On ne peut pas prouver qu'un objet est sans masse, par conter on peut avoir de bonnes raisons de l'affirmer. Pour résumer :

• Les lois de l'électromagnétisme telle que nous les connaissons prédissent que la masse du photon est nulle.
  
• Certaines propriétés des photons sont facilement explicables si celui-ci a une masse nulle, et difficiles à expliquer si ça n'est pas le cas. (par exemple la conservation de la charge électrique).
  
• D'un point de vue expérimental, on peut essayer de mesurer cette masse. La précision des mesures étant finie, on ne mesurera jamais la masse avec une précision absolue, mais le fait est que la masse s'avère être inférieure à la limite mesurable. Une méthode utilisée dans le temps avait trait je crois aux phénomènes électromagnétiques de très basse fréquence : du fait que les observations collaient avec la théorie pour des ondes de très basse fréquence, on en déduisait que la masse des photons était très inférieure à l'énergie associée à des phénomènes ondulatoires de cette fréquence. Concrètement, on vérifiait que les phénomènes d'induction dans la magnétosphère terrestre ou solaire du fait de la rotation d'un de ces deux corps terrestre concordait avec ce qui était attendu, ce dont on déduisait que la masse était inférieure à un truc du genre h nu / c^2, où h est la constante de Planck, c la vitesse de la lumière et nu la fréquence de rotation du corps. A la louche, cela vous dit que le photon a une masse au plus égale à 10^-21 fois celle de l'électron.
  

 

Pour le reste, souvenez vous de la formule E = m c^2. Cette formule vous suggère que la masse est une manifestation de l'énergie. Quand Newton vous dit que les masses s'attirent, il disait en fait (même s'il ne le savait pas !) que les énergie s'attirent. Le photon, même sans masse ayant une énergie, il subit donc le champ gravitationnel.

 

Cordialement,

[jgricourt]

Oui et en plus on le comprend peut être mieux sous l'angle de la déformation de la topologie de l'espace par les objets massifs. Le photon comme n'importe quelle particule est obligé de se mouvoir dans sur "quelque chose" dont la topologie est sous influence des masses qui le jalonne, un peu comme des trains sur leurs rails qui sont obligés de suivre la courbure de la voie pour contourner le relief.

[Smith]

Merci à tous les deux !

 

Pour le coup de la gravitation je me sens conne, c'est évident, rien que quand on voit la formule --"

 

bonne journée ++

 

On parle souvent de la gravité comme d'une attraction, c'est le plus évident, mais une autre manière de voir l'action de cette force fondamentale (peut-être plus juste), est de raisonner en terme de courbure de l'espace :

 

Un corp ayant une masse déforme la géométrie de l'espace-temps de son environnement : L'espace s'en trouve courbé. Si un photon passe par là, il va suivre l'espace et sa courbure ; il n'est pas "attiré", il ne fait que suivre le chemin le plus court, mais d'un espace courbé.

 

Si la courbure est trop forte, comme pour un TN qui est un véritable puit gravitationnel, le photon suit le chemin le plus court qui le mène tout droit au centre de la singularité qu'est le TN.

 

Pour essayer de visualiser cette courbure près de la terre :

 

 

 

Ou pour un trou noir :

Modifié 3 octobre 2011 par Smith

[iksarfighter]

Le photon est aussi sa propre antiparticule je crois bien aussi, peut-on en déduire quelque chose ?

[Smith]

 

Ainsi donc les trous noirs "s'évaporent", mais à une vitesse extrêmement lente !

 

Cela dépend de leur masse.

Les mini trous noirs qui pourraient être créés au LHC s'évaporeraient en une fraction de seconde, alors qu'un TN supermassif, comme celui du centre de la galaxie, s'évaporerait en plus de 10Exp92 années.

[Toutiet]

Quand on dit que le photon a une masse nulle' date=' ce n'est pas dû à une mesure mais à la théorie. La théorie dit que seules les particules de masses nulle peuvent avancer à la vitesse de la lumière (si la masse est non nulle, il faut pour ça une énergie infinie - ou quelque chose de ce genre). On en déduit que les photons, qui atteignent par définition la vitesse de la lumière, ont une masse nulle.

 

Par ailleurs il n'y a[b'] pas besoin d'avoir une masse pour être attiré par quelque chose [/b](trou noir, étoile, galaxie, etc.) ; ce qu'il faut, c'est que ce quelque chose ait une masse. Ainsi, un photon peut être attiré par un objet massif, par contre rien ne peut être attiré par un photon.

 

Ah bon...?! On m'aurait menti,... Et quid de kMM'/D^2 alors?

Modifié 3 octobre 2011 par Toutiet

[jgricourt]

On ne t'a pas menti, moi aussi j'ai été surpris par ce résultat surtout que la trajectoire prise ne dépend pas de la masse de l'objet, seules les condition initiale comptent, voir les débat sur ce post (lire les explications de noreply).

['Bruno]

Ah bon...?! On m'aurait menti,... Et quid de kMM'/D^2 alors?

C'est la formule newtonienne. Or le fait que les photons sont déviés par une masse s'explique plutôt avec la relativité.

 

Remarque, même avec Newton on peut se douter que les photons seront déviés. En effet :

 

- La gravitation se manifeste par une accélération a.

- On appelle force l'expression F = ma (en fait c'est un vecteur, mais passons).

- Dans le cas où deux particules de masses m et M se rencontrent, on écrit que la force de gravitation exercée l'une sur l'autre est F = GMm/D^2 (les forces sont opposées et de même intensité). C'est la formule que tu as rappelée.

 

Plaçons-nous du point de vue de la particule de masse m. On a :

(1) ma = GMm/D^2,

soit :

(2) a = GM/D^2.

 

La présence d'une masse M provoque sur toutes les particules une accélération a qui ne dépend pas de leur masse m. Donc si on fait tendre m vers 0, l'accélération existe toujours.

Modifié 3 octobre 2011 par 'Bruno

[noreply]

Ah bon...?! On m'aurait menti,... Et quid de kMM'/D^2 alors? [/Quote]

kMM'/d², c'est la force.

Modifié 18 février 2012 par noreply

[iksarfighter]

Donc une particule de masse supposée nulle, ne subit en présence d'un objet massique aucune force d'attraction mais reste toutefois soumise à l'accélération de la pesanteur créée par cet objet ? Et cela est très important même si en théorie cette accélération ne devrait avoir aucun effet sur la trajectoire de la particule ?

['Bruno]

Dans la théorie de Newton, elle ne subit aucune force d'attraction et n'est pas accélérée. C'est parce que la théorie de Newton n'est pas complète.

 

Dans la relativité, elle est accélérée. (Je ne sais pas la notion de force a été modifiée.)

 

Quoiqu'il en soit, tout le monde est accéléré de la même manière, indépendamment de sa propre masse, en présence d'un objet massif. En particulier, tout le monde sera dévié de la même manière. Si on laisse dans l'espace un poids en fonte et un bouchon en liège, tous deux suivront exatement la même trajectoire autour du Soleil.

Modifié 3 octobre 2011 par 'Bruno

[noreply]

Voir plus bas

Modifié 18 février 2012 par noreply

['Bruno]

Et si l'on prend la locution « théorie de Newton », telle qu'elle a été formulée par celui-ci, c'est à ces corps qu'elle s'applique.

Tu chipotes. Lorsque je disais « dans la théorie de Newton », c'était en réponse à Iksarfighter qui disait « une particule de masse supposée nulle, ne subit en présence d'un objet massique aucune force d'attraction mais reste toutefois soumise à l'accélération de la pesanteur créée par cet objet ? », phrase qui contient une idée newtonienne (force) et une idée relativiste (accélération d'une particule sans masse), et je répondais pour distinguer les deux cas. Disons que j'aurais dû dire : « dans la théorie de Newton si on osait l'appliquer telle quelle à une particule sans masse ».

 

Je suis en tout cas étonné de ton affirmation : «Dans la relativité, elle est accélérée », alors que, dans ton post précédent, tu expliques que, déjà dans le raisonnement newtonien, la masse ne joue aucun rôle.

Et alors ? Elle n'est pas accélérée dans la relativité ? Si ! Bon.

 

a) le concept de force est une chimère*; ce n'est rien de plus que le résultat d'un calcul*: F = m.a.

le concept fondamental qui préside au mouvement des corps, c'est a.

100 % d'accord ! Pour moi, s'il n'y avait qu'une chose à retenir de cette discussion, ce serait ça.

 

La physique newtonienne est encombrée de termes de jargon comme force, travail, moment, etc. et certains d'entre eux peuvent embrouiller lorsque le mot existe déjà en français courant. C'est le cas de la force. Or la force, c'est juste un calcul intermédiaire à qui on a donné ce nom. On pourrait d'ailleurs très bien faire de la physique newtonienne sans utiliser ce mot.

 

Par exemple au lieu de dire que la force exercée par la Terre sur le Soleil est de même intensité que la force exercée par le Soleil sur la Terre (ce qui n'est pas intuitif si on n'a pas la formule devant les yeux), on dira que le rapport entre l'accélération de la Terre due au Soleil et l'accélération du Soleil due à la Terre est égal au rapport inverse de leurs masses (ce qui me paraît plus intuitif) : a(T)/a(S) = m(S)/m(T).

[noreply]

J'ai retravaillé ma réponse, afin d'être plus précis.

J'en donne plus bas la nouvelle version.

Modifié 4 octobre 2011 par noreply

[jgricourt]

Puisqu'on est en plein dans les "vues de l'esprit" si on cherchait la masse newtonienne du photon ?

 

On part de la quantité de mouvement du photon: p = h'f où h'=la constante le Planck réduite (h'=h / 2.pi) et f=la fréquence du photon. Selon newton la quantité de mouvement s'écrit: p=mv où m=la masse et v=la vitesse.

 

Alors on peut très bien écrire: h'f = mc or la longueur d'onde L = c/f donc m = h'/L !

[iksarfighter]

Il doit certainement exister une définition relativiste de la quantité de mouvement, du moins pour les vitesse égales à c ou proches de c.

[noreply]

Erreur

Modifié 18 février 2012 par noreply

[jgricourt]

Merci noreply pour ce dernier point j'y vois plus clair ! Je rajouterai que le fondement de la mécanique de newton, le fameux principe fondamental de la dynamique, celui qui décrit tout mouvement (vitesses et accélérations) des objets dans un repère galiléen, reste inchangé en mécanique relativiste !

Modifié 4 octobre 2011 par jgricourt

[iksarfighter]

Pour en revenir à la masse du photon, ne pas oublier que dans sa "vie", un photon suffisamment énergétique peut très bien se transformer en une paire électron/positron qui eux ont une masse et éventuellement une énergie cinétique si il y a du "rab" d'énergie dans la fréquence du photon.

 

Ce que je veux dire, c'est qu'un photon = potentiellement aussi une paire de particules massiques.

['Bruno]

Le ton de ta réponse (comme l'allusion au "chipotage") indique que je t'ai énervé

Oui, un petit peu, du moins pour cette phrase là parce que je ne voyais pas où tu voulais en venir. Bon, là tu as pas mal détaillé et c'est plus clair !

[noreply]

Donc il n'y avait pas matière à s'énerver. Cela me rassure.

[jgricourt]

Ce que dit Einstein de la théorie de Newton dans son ouvrage de 1952 "Conceptions scientifiques, morales et sociales":

Ainsi la nouvelle théorie de la gravitation (celle de la relativité générale) s’écarte beaucoup de celle de Newton en ce qui concerne son principe fondamental. Mais dans l’application pratique les deux théories s’accordent si étroitement qu’il a été difficile de trouver des cas où les différences réelles aient pu être soumises à l’observation. Jusqu’à présent seules les suivantes ont été présentées :

 

1. La déviation des trajectoires elliptiques que les planètes décrivent autour du Soleil (confirmée dans le cas de la planète Mercure)

 

2. La déviation des rayons lumineux dans un champ de gravitation (confirmée par l’éclipse totale de 1919, observée par les deux expéditions anglaises).

 

3. Le déplacement des raies spectrales vers le rouge dans le cas où la lumière nous arrive d’étoiles de masse appréciable (confirmé)

 

Le grand attrait de la théorie est sa cohérence logique. Si une conséquence quelconque tirée d’elle se montrait insoutenable, la théorie devrait être abandonnée. Il parait impossible de lui faire subir une modification sans la détruire entièrement.

 

Donc les deux théories se suivent à la trace, il parle aussi de la fragilité de celle ci.