Bonsoir à tous! déterrage du sujet qui me tien à coeur
Bon premièrement je tiens à préciser que je n'ai pas lu le sujet dans l'intégralité (il est tard, je suis fatigué, j'en suis désolé) mais je ne puis me taire face à ce débat. Donc si je me répète ou saute des détails, n'hésitez pas à me reprendre.
Avant toute chose, il faut cesser de penser en tant que physicien Newtonien. La révolution de la physique faite par Einstein n'est pas appelée "révolution" pour rien. La mécanique Newtonienne a su expliquer une quantité phénoménales (et le plus important: les démontrer) de phénomènes physiques dans la cinématique et tout ce qui est en rapport avec le mouvement (ou le repos) d'un ou plusieurs solides et leurs interactions.
Tout ça, c'est très bien. Mais seulement, vient justement cette révolution d'Einstein qui va dire que tout ce que nous a appris Newton c'est une approximation. C'est une approximation juste, puisqu'elle est plus que valable et elle est aujourd'hui même énormément utilisée et le sera dans les siècles (voir millénaires) à venir. Mais lorsque vous commencez à prendre des vitesses trop grandes, vous n'avez PLUS LE DROIT d'appliquer les principes Newtoniens. D'une part parce que vos calculs seront erronés (car ce qui était négligeable devient prépondérant) et d'autre part parce que cela n'aura pas de sens (cf: référentiels Galiléens à des vitesses proches de la vitesse de la lumière).
Bref maintenant pour ce qui est de la masse du photon. Il y a quelques jours j'ai pensé à un moyen de calculer sa masse d'un moyen très simple:
On suppose qu'un paquet de n photons a une énergie E (par exemple vous calculez l'énergie émise par le changement d'état d'un électron et la quantité approximative de photons libérés). On a alors l'énergie d'un seul photon qui va être égale à E/n (on note e cette énergie). En appliquant la loi de la relativité restreinte d'Einstein (E=mc²) on obtient que la masse d'un photon est m = e/c² (= E/nc²)
Bon, ce n'est qu'une idée très abstraite et probablement erronée, mais en attendant c'est quelque chose qui pourrait donner un ordre de grandeur de la masse d'un photon (1/c² c'est déjà 10^-12 kg, j'imagine que l'énergie doit être entre 10^-30 ou 10^-40 (si pas plus) donnant alors une masse... plusieurs centaines de milliards de fois plus petites qu'un proton).
J'ai lu sur internet des affirmations du genre "impossible, si la masse du photon n'est pas nulle alors il y aurait des perturbations ans les théorèmes d'aujourd'hui" etc. A cela je répond: si on pensait, avant Einstein, que la physique Newtionienne était absolue, pourquoi ne pas penser que, aussi précise et honorable soit-elle (Einstein je te bénis, tu es mon dieu, mais je dois le dire), la physique d'Einstein soit elle aussi une approximation de quelque chose d'encore plus... comment dire... abstrait et immensément compliqué?
Une chose qui m'a mise la puce à l'oreille: les champs électro-magnétiques seraient perturbés. C'est ce qui se passe, et ça permet de fixer (en calculant l'effet de dissipation) une borne supérieure à la masse du photon (ce qui est, à mon goût, inutile) mais c'est déjà une piste pour chercher une masse!
Au passage, petit détour du côté des mirages gravitationnels (le truc qui fait qu'un photon dévie à cause de la gravitation): ce n'est pas une question de gravitation, c'est un abus de langage, c'est dû à l'aspect énergétique de la gravitation. Comme vous le savez d'après le PFD (principe fondamental de la dynamique) de notre cher Newton, Force = masse * accélération. Or une force est toujours à l'origine d'une énergie appliquée à un point ou ensemble de points. Or la gravitation est une accélération (le fameux g de P = m*g). Donc en fait, les mirages gravitationnels sont à l'origine d'une diminution (ou augmentation, je ne sais pas vraiment, mais on verra pourquoi je propose diminution) d'énergie du photon qui fait qu'il subit, finalement, un aspect de la gravitation et se dévie. Mais bon, je ne saurai vous en dire plus, j'ai fait une approche purement intuitive.
Cela explique pourquoi les trous noirs sont... noirs: leur gravitation est tellement puissante que le photon voit son énergie diminuer jusqu'à... s'annuler! A partir de là, je ne saurai vous en dire plus, personne n'est allé dans un trou noir pour nous dire ce qui se passe. Il y a un autre phénomène qui explique cela: la vitesse de libération. C'est en fait la vitesse nécessaire pour quitter, à partir d'une altitude 0, l'orbite d'un astre (planète, étoile ou trou noir). Elle est donc proportionnelle à la masse et à la taille (forcément un astre qui sera léger et grand ne vous retiendra pas beaucoup donc sa vitesse de libération sera faible). Un des exos de physique sympas qu'on a fait il y a quelque jours: quelle doit être la taille de notre Soleil pour ne plus le voir? En supposant que la masse est constante et en ayant la formule de la vitesse de libération à une altitude z on trouve un diamètre de 2,9 km. Je rappelle que le Soleil est plus grand que toutes les planètes de notre système solaire réunies. Donc en fait, le trou noir est la réunion d'une masse extrêmement élevée (la galaxie, à peu près) et d'une taille très faible (plus petite que la Terre) ce qui nous donne une vitesse de libération supérieure à celle de la lumière (et la vitesse de libération de la Terre étant à 11km/s je pense qu'une planète en plomb pourrait facilement atteindre les 3000km/s, je ferai le calcul
)
Bref, ensuite pour ce qui est d'arrêter le photon: impossible. En étudiant la physique nucléaire les particules sont des "balles" (comme en chimie avec les atomes) mais si vous voulez étudier l'aspect énergétique de la physique quantique vous êtes obligés de passer par des ondes (même un électron ou un proton ce n'est plus qu'une onde). C'est un pur souci de modélisation puisqu'on ne sait pas ce qu'on manipule.
Si la vitesse du photon est constante dans tout référentiel (parce que vous ralentissez dans le temps en allant plus vite) alors vous ne pouvez pas aller à une vitesse assez grande pour l'observer (et vous ne pouvez pas atteindre sa vitesse: pas assez d'énergie, et même si oui, vous seriez figés dans le temps). A ma connaissance, aucune variation de la vitesse du photon n'a été enregistrée et toute expérience actuellement faite là-dessus n'est qu'échec et erreurs de calculs (cf le soit-disant neutrino qui allait plus vite que la lumière). Je sais, c'est mon avis, vous n'êtes pas obligés de me croire, mais voilà.
Pour moi, si vous voulez la masse d'un photon vous calculez son énergie et puis c'est tout. Tiens au passage, au LHC il est possible de déterminer l'énergie d'un photon car ceux-ci laissent des traces énormes dans le calorimètre. Si on fait une intégrale de cette trace d'énergie on pourrait avoir sa valeur et donc ça masse.
Enfin bon, le principal souci est d'une part un manque de modèles, d'un autre un manque de connaissances sur la matière (c'est pas qu'on est cons, mais allez calculer intuitivement la masse d'un photon...). Et je ne parle même pas de la superposition d'états (un électrons c'est à la fois positif et négatif!)
Sur ce, bonne soirée, j'espère avoir été utile.
PS: Pourquoi l'énergie varie mais pas la vitesse en fonction du référentiel? C'est simple:
Imagine tu est dans un TGV à 450km/h. Un mec, au sol, te tire dessus et sa balle fonce à 500km/h. D'après la loi des compositions des vitesses, la balle te touche à 50km/h. Donc à priori pour toi l'énergie (et donc les dégâts) de la balle est plus faible. Mais en fait c'est parce que c'est TON énergie qui compense celle de la balle. C'est pareil dans le sens inverse: si le gars fonce dans un TGV à 500km/h vers toi (au sol) alors tu va prendre une balle à 1000km/h. Pourquoi? Parce que le train a initialement communiqué de l'énergie à la balle puis c'est le pistolet.
Maintenant applique ça à une onde: le son. Par exemple quand une ambulance s'approche de toi tu entends un son aigu car les ondes sont plus énergétiques (fréquence plus grande). Idem quand il s'éloigne.
Il ne te reste plus qu'à généraliser pour la lumière
La seule nuance: la vitesse de la lumière ne change pas, alors que son énergie oui. Donc si tu fais gagner de l'énergie à un photon il n'ira pas plus vite, il se mettra juste à vibrer plus (passage aux couleurs bleues, UV etc.), idem en sens inverse (rouge, IR, radio etc.)
Du coup, ce n'est pas l'énergie du photon qui "change" en fonction du référentiel. Ce qui importe, c'est l'énergie du référentiel de départ et du référentiel d'arrivée qui compte. Le photon, lui, il a une énergie proportionnelle à sa fréquence et le reste... il peut pas deviner!