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  • Les photons ont-il une masse?

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 #25059    par ANOwen
 jeudi 18 avril 2013 à 01:35
Je viens de me poser une question: pourquoi est-ce que le fait que la lumière se déplace permet d'affirmer qu'elle a une énergie cinétique?

Si on prend la formule Ec=0,5*mv² on voit que l'énergie cinétique est en gros une énergie qui provient du fait qu'un corps ait une masse et qu'il a été mis en mouvement. Cela veut dire, en gros, que pour un objet de masse fixée la variation d'énergie cinétique est égale à la variation de vitesse. Inversement pour un objet de vitesse fixée la variation d'énergie est une variation de masse. Dans les deux cas, cette variation est nulle pour le photon.
Quand on y pense une seconde, si le photon n'a pas de masse alors pour l'accélérer il ne faudrait rien comme énergie? C'est d'ailleurs logique, l'énergie de choc entre un photon et une surface est nulle (la pression de radiation c'est autre chose), donc l'énergie cinétique à priori aussi, puisque lorsque le photon est absorbé il ne repousse pas la dite surface.

A mon avis, le plus gros problème est qu'on ne peut pas dénombrer les photons et calculer leur énergie unitaire (pour voir justement si il y a conservation d'énergie lors de transfert et donc de masse).

Certes c'est très philosophique mais j'ai du mal à employer toutes vos formules lorsque dans ma tête il y a déjà "le photon a une masse nulle".

dave55 une chose me gêne dans ton raisonnement: à un moment tu dis que "on suppose que p = 0 donc..." et presque à la fin tu dis "or p n'est pas nul donc ça dégage une énergie". Mathématiquement parlant ce n'est pas rigoureux! 2-rtfm
De plus, tu divises par p à plusieurs moments, donc tu divise par 0, ce qui est faux aussi (tu ne peux le faire que si tu ne considères pas 0 comme un élément neutre de l'addition, or c'est ce que tu fais dès la première ligne).
Enfin bon, peut-être que c'est moi qui ne comprends pas (ce qui est fort probable, car je n'ai rien compris) mais ton raisonnement me gêne un peu.

Au passage, je sais que je fais beaucoup de philosophie, mais il y a deux énormes raisons:
1: je connais le danger de l'utilisation abusive des formules (on finit par ne plus savoir de quoi on parle parce qu'on a employé une formule là où on n'a pas le droit et du coup tout le calcul est faussé).
2: avec tout ce que j'ai bouffé sur les espaces vectoriels en maths je ne sais plus faire quelque chose de concret...

Au passage, si on se place dans le cadre de la théorie des cordes alors qu'est-ce que représenterait un photon? Si on considère que toute particule est une onde alors qu'est-ce qui différencie une particule massique d'une particule non massique?


Tant de questions pour tant de théories...
 #25060    par yoyo
 jeudi 18 avril 2013 à 02:32
Ce petit reportage explique mieux ce que je veux exprimer :
[youtube]yP1jpfZoRos[/youtube]
Alors, le photon a une masse ou non ?
La question reste ouverte.

Bien à vous. Y-20

yoyo
 #25069    par bongo
 vendredi 19 avril 2013 à 11:43
ANOwen a écrit :Si on prend la formule Ec=0,5*mv² on voit que l'énergie cinétique est en gros une énergie qui provient du fait qu'un corps ait une masse et qu'il a été mis en mouvement. Cela veut dire, en gros, que pour un objet de masse fixée la variation d'énergie cinétique est égale à la variation de vitesse. Inversement pour un objet de vitesse fixée la variation d'énergie est une variation de masse. Dans les deux cas, cette variation est nulle pour le photon.
Parce que la formule de l’énergie cinétique que tu utilises est une approximation, elle n’est pas valable pour des vitesses comparables à celle de la lumière.
ANOwen a écrit :Quand on y pense une seconde, si le photon n'a pas de masse alors pour l'accélérer il ne faudrait rien comme énergie? C'est d'ailleurs logique, l'énergie de choc entre un photon et une surface est nulle (la pression de radiation c'est autre chose), donc l'énergie cinétique à priori aussi, puisque lorsque le photon est absorbé il ne repousse pas la dite surface.
Qu’est-ce que la pression de radiation alors ? Le photon malgré une masse nulle a une quantité de mouvement non nulle, et une énergie non nulle.
ANOwen a écrit :A mon avis, le plus gros problème est qu'on ne peut pas dénombrer les photons et calculer leur énergie unitaire (pour voir justement si il y a conservation d'énergie lors de transfert et donc de masse).
Justement on peut le faire, c’est la relation de Planck Einstein :
E = h nu
En fait il faut comprendre qu’un photon est caractérisé par une couleur (fréquence) et cette couleur détermine son énergie (relation de proportionnalité).
Typiquement, une lumière de couleur verte a une fréquence autour de 1e14 Hz. La relation de Planck Einstein donne une énergie par photon de : 1e-20 Joule (environ 0.1 eV).

Pour ce qui est de la démonstration mathématique, j’avais écrit un poste un peu plus haut où l’on part des principes de la physique classique et l’on démontre l’expression de ces grandeurs en physique relativiste. La réponse des équations d’Einstein est que les équations classiques restent valables à petite vitesse, mais augmentent beaucoup plus vite que la formule classique à l’approche de c pour diverger vers l’infini.

La relativité permet de comprendre pourquoi une particule de masse nulle peut tout de même avoir une énergie et une quantité de mouvement non nulle (pour cela elle doit se déplacer à la vitesse de la lumière).
ANOwen a écrit :Au passage, si on se place dans le cadre de la théorie des cordes alors qu'est-ce que représenterait un photon? Si on considère que toute particule est une onde alors qu'est-ce qui différencie une particule massique d'une particule non massique?
Un photon pourrait être une corde vibrant avec une certaine énergie, dont les oscillations bosoniques et fermioniques s’annuleraient exactement, ce qui en résulte une masse nulle.

Je suis assez d’accord avec ce que dit yoyo, on n’est pas sûr que la masse du photon soit rigoureusement nulle, aujourd’hui, nous n’avons que des bornes supérieures. Tout comme le neutrino où l’on a supposé sa masse nulle, il est possible que dans le futur, on puisse montrer que sa masse est proche de 0, mais pas nulle.
 #25075    par ANOwen
 vendredi 19 avril 2013 à 20:39
Si je ne m'abuse, la pression de radiation s'applique à partir du moment où un corps EMET de la lumière et non pas la diffuse. Donc il n'est pas nécessaire qu'un photon tape l'objet avant qu'un autre soit émis pour subir ce phénomène, le simple fait d'en diffuser suffit. Enfin c'est ce que j'ai compris d'une définition trouvée sur wikipédia, corrigez-moi si j'ai faux.

Ce que je veux dire par "dénombrer les photons" c'est de dire, par exemple, que dans tel rayon il y a n photons.
Pour ce qui est de la relation, autant pour moi, je pensais qu'elle donnait l'énergie d'un rayon... Bon je replonge dans mes pensées alors :)
bongo a écrit :La relativité permet de comprendre pourquoi une particule de masse nulle peut tout de même avoir une énergie et une quantité de mouvement non nulle (pour cela elle doit se déplacer à la vitesse de la lumière).
Cela semble logique, une particule n'a pas forcément besoin de masse pour avoir de l'énergie. Mais je ne vois pas pourquoi elle doit nécessairement se déplacer à la vitesse de la lumière...

Les oscillations bosoniques et fermioniques seraient-elles sur la même corde ou seraient-ce des dimensions supplémentaires?
Cela me gêne un peu de dire qu'elles oscillent par interférences destructives car ça supposerait l'existence de la matière négative (masse négative) dont on ne sait pas grand chose pour le moment.

Par contre je n'ai jamais vu dire nulle part que le neutrino ait une masse nulle... puis-je avoir une source (si possible). Si le neutrino avait une masse nulle n'irait-il pas à la vitesse de la lumière ? (d'où le fait qu'il ne peut pas car il a une masse et qui, s'il y arrivait, donnerait naissance à un paradoxe)
 #25076    par bongo
 samedi 20 avril 2013 à 10:59
ANOwen a écrit :Si je ne m'abuse, la pression de radiation s'applique à partir du moment où un corps EMET de la lumière et non pas la diffuse. Donc il n'est pas nécessaire qu'un photon tape l'objet avant qu'un autre soit émis pour subir ce phénomène, le simple fait d'en diffuser suffit. Enfin c'est ce que j'ai compris d'une définition trouvée sur wikipédia, corrigez-moi si j'ai faux.
Je n'ai pas bien compris ce paragraphe, vous avez dit une chose et son contraire.
Il y a pression de radiation dès qu'il y a interaction avec de la lumière, que ce soit absorption, diffusion ou émission.
ANOwen a écrit :Ce que je veux dire par "dénombrer les photons" c'est de dire, par exemple, que dans tel rayon il y a n photons.
Pour ce qui est de la relation, autant pour moi, je pensais qu'elle donnait l'énergie d'un rayon... Bon je replonge dans mes pensées alors :)
Pour une source de lumière de 1 Watt, pour un photon du visible d'énergie d'environ 1 eV, il y a 1e19 photons par seconde.
ANOwen a écrit :Cela semble logique, une particule n'a pas forcément besoin de masse pour avoir de l'énergie. Mais je ne vois pas pourquoi elle doit nécessairement se déplacer à la vitesse de la lumière...
Prenons l'équation :
E = mc²/racine(1-v²/c²)
Vous voyez bien que si la masse est nulle et que v < c, alors E=0.
La seule solution pour avoir uen énergie non nulle est d'avoir v=c (dans ce cas l'on arrive à une indétermination 0/0 permettant à l'énergie d'être non nulle, dans ce cas, ce n'est pas la vitesse de la lumière qui détermine l'énergie d'une particule de masse nulle, il faut alors se baser sur d'autres attributs).
ANOwen a écrit :Les oscillations bosoniques et fermioniques seraient-elles sur la même corde ou seraient-ce des dimensions supplémentaires?
Cela me gêne un peu de dire qu'elles oscillent par interférences destructives car ça supposerait l'existence de la matière négative (masse négative) dont on ne sait pas grand chose pour le moment.
Je ne suis pas spécialiste de la théorie des cordes, mais de ce que j'ai compris, ces sortes d'oscillations contribuent à une masse positive ou négative, et dans le cas des particules de masses nulles, se compensent exactement. Pour ce faire, la théorie des cordes a besoin d'un ingrédient essentiel : la supersymétrie.
ANOwen a écrit :Par contre je n'ai jamais vu dire nulle part que le neutrino ait une masse nulle... puis-je avoir une source (si possible). Si le neutrino avait une masse nulle n'irait-il pas à la vitesse de la lumière ? (d'où le fait qu'il ne peut pas car il a une masse et qui, s'il y arrivait, donnerait naissance à un paradoxe)
Je n'ai pas dit que le neutrino avait une masse nulle. J'ai seulement dit que Wolfgang Pauli avait introduit un neutrino de masse nulle, ce qui n'a jamais été remis en cause pendant une cinquantaine d'années.
Ensuite certaines observations (notamment le déficit de neutrinos solaires) requièrent un neutrino de masse non nulle pour être comprises.
 #25079    par ANOwen
 samedi 20 avril 2013 à 14:29
En gros, d'après ce que j'ai compris de la pression de radiation, elle n'existe que lorsqu'on émet des photons (d'où d'ailleurs la force de YORP, merci wikipédia). Ce que je veux dire alors c'est que la pression de radiations n'est pas le principe d'action-réaction classique (où la matière se conserve) mais c'est uniquement la partie "j’émets donc je recule".
Pour les photons, merci, j'ai appris une chose bien utile!
Certes, pour la vitesse, cela semble logique. Mais alors que se passe-t-il pour les photons qui sont ralentis par de la matière? (dans l'eau par exemple ou même dans le soleil où ils avancent à 1mm/s) C'est surtout ça qui me gêne. D'autant plus que j'ai entendu parler de particules qui vont plus vite que la lumière dans l'eau, ce qui est très perturbant finalement!
D'accord, bon et bien on va s'arrêter là pour le moment avec la théorie des cordes...
C'est d'accord pour les neutrinos :) Etrange quand même que pendant 50 ans personne n'a remis ça en cause...

PS: tu peux me tutoyer.
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