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  • Les photons ont-il une masse?

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 #25095    par bongo
 dimanche 21 avril 2013 à 16:27
dave35 a écrit :Bongo et anowen, j'ai bien peur que vous vous éloignez du sujet qui est "les photons ont-ils une masse". J'ai démontré que : non ils n'avaient pas de masse, et oui ils avaient de l'énergie.
Je ne pense pas que cela puisse se démontrer en théorie. Je suis bien d'accord que dans le cadre de la théorie de la relativité des particules de masse nulle vont à la célérité c.
Cependant, il n'est absolument pas démontré expérimentalement que la masse du photon est strictement nulle.

Par contre je n'ai pas parlé de taille du photon, qui pour moi est une particule dans le cadre de la théorie quantique, donc ponctuelle.
 #25111    par Dunkee
 mardi 23 avril 2013 à 16:18
Alors pour être clair les photons n'ont pas de masse, du tout, car plus on s'approche de la vitesse c plus l'énergie à fournir est grande, et pour atteindre c avec un objet de masse non nulle il faudrait une énergie infinie, ce qui n'est pas possible.
E=mc² ne s'applique pas aux photons du fait justement qu'ils n'ont pas de masse il faut pour connaitre leur énergie utiliser la formule de Planck E=hν. Et pour la question de la particule au repos, la théorie de la relativité nous dit justement que tout objet, quelque soit sa vitesse (<c bien sûr) voit les distances se dilater et le temps ralentir dans son référentiel en fonction du rapport v/c, cela ne s'applique pas pour la lumière puisque le rapport c/c=1, on arriverait à une contradiction puisque le temps serait complètement arrêté et les distances infinies. Il n'y a pas de référentiel de repos pour une particule se déplaçant à la vitesse de la lumière car sa vitesse est toujours égale à c, quelque soit le référentiel choisit, contrairement à un train qui serait à l'arrêt dans le référentiel du voyageur par exemple.
Pour ce qui est des trous noirs, rien n'est sûr quand à l'arrêt des photons, la théorie de la relativité conduit à une singularité, ce qui en physique équivaut à un échec de la théorie pour expliquer le phénomène.
Et pour ce qui est des rayons gamma et autres, il faut savoir que toute onde électromagnétique (du rayon gamma aux ondes radios en passant par le visible) a pour vecteur les photons, seule leur longueur d'onde change et donc leur énergie (formule de Planck)

Voilà j'espère que j'ai été clair sur ce que j'ai dit :)
 #25120    par bongo
 mercredi 24 avril 2013 à 19:45
Quelques inexactitudes, mais globalement je suis d'accord.
Dunkee a écrit :Alors pour être clair les photons n'ont pas de masse
On ne peut pas être aussi affirmatif, le photon peut avoir une masse très petite, ainsi même avec une énergie minuscule, le photon doit se déplacer à une vitesse très proche de la vitesse de la lumière.
Je précise qu'il ne faut pas confondre 2 choses :
- une mesure expérimentale qui est forcément entâchée d'incertitude
- une supposition théorique qui est admise comme étant vraie jusqu'à preuve du contraire

Si un jour on mesure une masse non nulle au photon, cela ne remettrait pas en cause la relativité, il suffirait de remplacer "c" non pas par la vitesse de la lumière, mais par la vitesse maximale que peut atteindre un corps.
Dunkee a écrit :E=mc² ne s'applique pas aux photons du fait justement qu'ils n'ont pas de masse il faut pour connaitre leur énergie utiliser la formule de Planck E=hν.
C'est une relation qui vient de la mécanique quantique. En fait l'équation à utiliser est E=pc.
Cela ne dit pas comment calculer la quantité de mouvement du photon. Pour relier son énergie à sa fréquence ou à sa longueur d'onde, l'on est obligé de faire intervenir la constante de Planck.
Dunkee a écrit :Et pour la question de la particule au repos, la théorie de la relativité nous dit justement que tout objet, quelque soit sa vitesse (<c bien sûr) voit les distances se dilater
Les distances se contractent avec la vitesse.
Dunkee a écrit :et le temps ralentir dans son référentiel en fonction du rapport v/c, cela ne s'applique pas pour la lumière puisque le rapport c/c=1, on arriverait à une contradiction puisque le temps serait complètement arrêté et les distances infinies.
Non pas de contradiction, la distance deviendrait nulle et dans ce cas pour le photon, émission et absorption seraient simultanées.
Dunkee a écrit :Pour ce qui est des trous noirs, rien n'est sûr quand à l'arrêt des photons, la théorie de la relativité conduit à une singularité, ce qui en physique équivaut à un échec de la théorie pour expliquer le phénomène.
En fait la théorie de la relativité explique que la gravitation est une sorte de rivière. Plus la gravitation est intense, et plus la rivière coule rapidement.
Nous ressentons la gravitation parce que nous ne sommes pas en mouvement par rapport à la source de gravitation qui entraîne l'espace avec lui, ou en d'autres termes, nous sommes accélérés par rapport à l'espace (nous ne bougeons pas et l'espace est entraîné, ce qui revient au même).

Un photon peut se retrouver immobile par rapport à un observateur extérieur, tout en se déplaçant à la vitesse de la lumière par rapport à l'espace qui est entraîné vers le trou noir (on parle de vitesse comobile). C'est comme le nageur qui nage à contre courant, à l'approche d'une cascade, le courant est aussi rapide que lui, il faut du surplace. Par contre au delà d'un certain point, le nageur même s'il nage ne contre balance pas la vitesse du courant et est entraîné dans la chute (au coeur du trou noir).
 #25150    par dave35
 lundi 29 avril 2013 à 10:59
Je suis d'accord avec bongo. En ce qui concerne le trou noir, on ne dit pas que le photon est à l'arrêt, c'est juste que la vitesse de libération d'un trou noir est supérieure à c. Donc un photon ne peut s'en échapper. Il n'est pas à l'arrêt, simplement piégé. Tout comme sur Terre si on tire un boulet de canon du haut de l'everest, il faudra que la vitesse du boulet soit supérieur à 11,2 km.s-1.

j'avais eu le même exemple que toi bongo, mais avec un nageur luttant contre les vagues et la marée (j'suis en bretagne peut être pour ça que le prof avait utilisé cette explication).
 #25165    par bongo
 mercredi 1 mai 2013 à 10:48
Je trouve que l'analogie avec la vitesse de libération peut être trompeuse. En effet, l'accélération de la pesanteur est 9.81 m/s² au niveau du sol et la vitesse de libération est de 11.2 km/s. L'on peut penser (ce qui est parfaitement juste), qu'il faut seulement exercer une force engendrant une accélération supérieure à 9.81 m/s² pour quitter le sol. A mesure que l'on s'élève en hauteur, la vitesse de libération diminue (il est vrai que cette diminution est négligeable en orbite basse, cependant, en orbite géostationnaire elle n'est plus que de 4 km/s.

Cela pourrait laisser penser qu'il est possible de sortir d'un trou noir, ce qui n'est pas vrai. En fait dans la conception classique avec un moteur assez puissant c'est tout à fait possible (il suffit de laisser allumer le moteur pour atteindre une altitude où la vitesse de libération est plus faible).
Ou bien il suffit de laisser descendre un câble, et on se ferait tracter.

D'ailleurs, si on refait le calcul juste avec la physique classique, à partir de quelle taille pour une masse donnée, l'objet a une vitesse de libération égale à la vitesse de la lumière, l'on trouve exactement le rayon de Schwarzschild : R_s = 2GM/c², c'est une coïncidence de trouver le même résultat, mais il ne faut pas se tromper, ce n'est absolument pas pareil.

En Relativité Générale, on ne peut descendre une corde pour se faire tracter, il ne suffit pas d'allumer un moteur assez longtemps pour sortir d'un trou noir.
1) l'espace-temps est entraîné si vite qu'il est impossible de nager à contre-courant pour s'en sortir
2) si l'on descend un câble, celui-ci est détruit par les forces de marée
3) à partir du moment où l'on franchit l'horizon des événements, l'on finit au centre du trou noir, c'est à dire dans la compréhension actuelle, dans la singularité
 #42817    par Markus Bloch
 dimanche 23 juillet 2017 à 18:28
Il me semble que si on est à cheval sur un photon, le temps ne s'écoule pas ! (vrai?).
Cependant, le photon a une fréquence, qui fait intervenir la notion de temps. Pourquoi les deux résultats sont-ils compatibles?
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