la vitesse de la lumiere est-elle une constante

Victor · Message par **Victor** » 22/06/2006 - 23:33:19

Fred Peux tu me dire comment définis-tu la vitesse et l'information de la lumière? L'onde se déplace avec des paquet d'ondes... Peux-tu être plus précis, je n'ai pas fait assez d'optique pour apprécier ce que tu dis

sakharov · Message par **sakharov** » 23/06/2006 - 0:38:28

Sans me mettre à la place de Fffred, je vais essayer de répondre à ta question :

En physique quantique on ne parle plus trop de déplacement corpusculaire de la matière mais plus dans une optique (:P) ondulatoire.
De ce fait, lors de l'émission d'un photon, étant donné l'incertitude que nous avons à connaitre sa position nous représentons une sphère de volume croissant en fonction du temps et à la surface de laquelle, il y a une certaine probabilité de présence du photon émis (le paquet d'onde).
La raison pour laquelle, l'information (et donc le photon) va moins vite lors du passage d'une onde lumineuse dans un milieu différent du vide, c'est que lors de la traversée les photons vont être successivement réemis tout au long de leur trajet. Et les temps de latence s'accumulant en fonction de la densité électronique du matériaux (enfin il me semble que les protons aussi réemettent mais je n'en suis vraiment pas sûr), la lumière est dite "ralentie".

Fffred ?

Message par **fffred** » 23/06/2006 - 0:38:49

je ne connais pas bien la théorie de l'information, donc je ne peux pas te répondre complètement, mais en gros, il y a deux vitesses dans la lumière : la vitesse de groupe et la vitesse de phase. En gros la vitesse de groupe c'est la vitesse du centre du paquet d'ondes, et la vitesse de phase c'est celle de l'onde dans lequel il est constitué. Regarde cette animation pour mieux comprendre :
http://www.sciences.univ-nantes.fr/phys ... lse_j.html

Tu vois bien que l'information est véhiculée par le paquet d'onde (on envoie des 0 et des 1). Or dans la plupart des milieux, il s'avère que cette vitesse est <c, et que la vitesse de phase peut être >c, mais elle n'a pas vraiment de sens physique.

Mais pourquoi ? c'est pas facile à expliquer. Si tu veux une petite explication, prend par exemple une paire de ciseaux avec des lames trèès longues, et ferme très rapidement les ciseaux. Alors le point où les ciseaux se ferment va avancer très vite, et pourra même dépasser la vitesse de la lumière => mais ce n'est pas un point "réel". C'est un peu la même chose pour la vitesse de phase : cela correspond à l'endroit où toutes les ondes, de longueurs d'ondes différentes, coincident.

Mais attention !! Certains matériau (qui ont une dispersion "anormale") font tout le contraire : c'est la vitesse de phase qui devient réelle et la vitesse de groupe qui devient non-réelle. Heureusement, dans ce cas, la vitesse de phase est <c.

Message par **fffred** » 23/06/2006 - 0:43:25

sakharov a écrit :Sans me mettre à la place de Fffred, je vais essayer de répondre à ta question :

En physique quantique on ne parle plus trop de déplacement corpusculaire de la matière mais plus dans une optique (:P) ondulatoire.
De ce fait, lors de l'émission d'un photon, étant donné l'incertitude que nous avons à connaitre sa position nous représentons une sphère de volume croissant en fonction du temps et à la surface de laquelle, il y a une certaine probabilité de présence du photon émis (le paquet d'onde).
La raison pour laquelle, l'information (et donc le photon) va moins vite lors du passage d'une onde lumineuse dans un milieu différent du vide, c'est que lors de la traversée les photons vont être successivement réemis tout au long de leur trajet. Et les temps de latence s'accumulant en fonction de la densité électronique du matériaux (enfin il me semble que les protons aussi réemettent mais je n'en suis vraiment pas sûr), la lumière est dite "ralentie".

Fffred ?

oui oui^^
Ben en fait ton approche est plutôt quantique, et c'est pratiquement impossible d'évaluer quantitativement ces effets en parlant de photons et d'électrons, mais on peut comprendre l'idée de la chose. En effet, les électrons "absorbent" les photons, et en réémettent en se "désexcitant". Mon problème sur cette interprétation c'est que la physique quantique dit que l'émission se fait "instantanément", mais la physique ondulatoire dit que le paquet d'onde met un certain temps à sortir. La réponse à tout ca c'est qu'il y a un phénomène de probabilités, mais la ca devient trop compliqué, je préfère utiliser la vision ondulatoire, c'est plus simple ^^

sakharov · Message par **sakharov** » 23/06/2006 - 1:10:50

Pour ma part je ne l'ingurgite pas, sauf quand je parle clairement de probas

Pour ce qui est du délai j'ai peut être une explication. Ca m'est venu comme ça, tu me diras ce que t'en pense.

disons qu'un photon (le plus souvent des mais :P) entre en contact avec un électron, celui ci va gagner de l'énergie (en passant y'a un truc qui m'intrigue

) l'électron va donc mettre un certain temps à arriver à sa "position" de déséquilibre max. et il va par la suite réemettre un photon pour recouvrir sa "position" initiale ? Le temps de latence correspondrait au temps que mettrais l'electron à parcourir la distance (le rayon plus ou moins) avant de réemettre un photon. Enfin après on peut spéculer donc, je préfère pas m'avancer d'avantage.

Par contre quelquechose m'intrigue, si un photon rencontrait un électron de "face" (qu'il soit de sens contraire), ce dernier devrait "tomber" par perte d'énergie cinétique et ainsi ne pourrait regagner son état stable avec une réemission. Et la combinaison des probabilités qu'il se le prenne d'une direction ou d'une autre ou d'un sens ou d'un autre ferait que le seul mouvement possible crée par un rayonnement soit celui "porté" par le proton. Or je doute que ce ne soit réellement comme ça que ça marche. Ce qui ferait que le photon serait une particule pûrement énergétique (jusque la rien de nouveau) mais qui quelque soit la direction ou le sens dont elle serait absorbée ne modifierait pas le sens ou la direction du récepteur, juste son énergie cinétique. Bon c'est à la fois confu et un peu plus complexe dans ma tete mais j'ai envie de me coucher :P

Message par **fffred** » 23/06/2006 - 11:45:31

sakharov a écrit :disons qu'un photon (le plus souvent des mais :P) entre en contact avec un électron, celui ci va gagner de l'énergie (en passant y'a un truc qui m'intrigue ) l'électron va donc mettre un certain temps à arriver à sa "position" de déséquilibre max. et il va par la suite réemettre un photon pour recouvrir sa "position" initiale ? Le temps de latence correspondrait au temps que mettrais l'electron à parcourir la distance (le rayon plus ou moins) avant de réemettre un photon. Enfin après on peut spéculer donc, je préfère pas m'avancer d'avantage.

En fait ce qui se passe c'est que le photon fournit instantanément l'énergie à l'électron (ca a été observé il me semble), c'est à dire que cet électron va passer d'un niveau d'énergie à un autre plus élevé. Ensuite, il va y avoir un certain temps de "désexcitation" de l'électron vers son niveau initial. Et ca c'est probabiliste : suppose qu'une population d'électron soit dans l'état excité, alors a fur et à mesure, ils vont se désexciter de façon à ce que le nombre d'électrons excités décroisse de façon exponentielle. Mais chaque électron se désexcite aussi instantanément ! C'est juste que le moment où cela se produit est aléatoire.

sakharov a écrit :Par contre quelquechose m'intrigue, si un photon rencontrait un électron de "face" (qu'il soit de sens contraire), ce dernier devrait "tomber" par perte d'énergie cinétique et ainsi ne pourrait regagner son état stable avec une réemission.

"De face" ne veut rien dire, car un électron n'est pas une particule, c'est une entité bizarre (qu'on appelle parfois quanton) qui est caractérisée pas une "fonction d'onde" présente tout autour du noyau, et qui est parfois ondulatoire, parfois corpusculaire, ou plutot aucun des deux. Donc le photon peut arriver de n'importe quel côté, l'électron gagnera de l'énergie la plupart du temps. Mais parfois il peut en perdre : imagine qu'il soit déja sur un état excité et qu'il recoit un photon, alors il va se désexciter, et pour la peine, renvoyer deux photons : c'est l'émission stimulée (ca permet d'amplifier la lumière, et donc de faire des lasers).

sakharov a écrit :Et la combinaison des probabilités qu'il se le prenne d'une direction ou d'une autre ou d'un sens ou d'un autre ferait que le seul mouvement possible crée par un rayonnement soit celui "porté" par le proton. Or je doute que ce ne soit réellement comme ça que ça marche. Ce qui ferait que le photon serait une particule pûrement énergétique (jusque la rien de nouveau) mais qui quelque soit la direction ou le sens dont elle serait absorbée ne modifierait pas le sens ou la direction du récepteur, juste son énergie cinétique.

Voila c'est un peu ca

Mais un autre problème me semble plus intrigant : comment ca se fait que la lumière n'est pas complètement diffusée dans le verre ? je dis ca car on vient de dire que l'électron réémettait un photon, mais dans n'importe quelle direction ! Donc plus les photons rencontrent des noyaux, plus ils sont diffusés. Je pense que a réponse est dans le fait que les photons "interfèrent destructivement" mais je n'ai jamais vraiment compris ca.

sakharov · Message par **sakharov** » 23/06/2006 - 13:31:22

Mais cet électron, d'après une des formules de cinétique, gardant sa masse, c'est bien la vitesse qui changerait lors de son exitation par un photon. Or si sa vitesse doit augmenter, c'est aussi la distance qu'il parcourera qui augmentera (le nuage électronique de l'hydrogène par exemple, augmente de volume) et donc, s'il le réemet instantanément, le nuage restera ou il était au départ et on pourrait alors supposer que quelquesoit la fréquence de photon à laquelle il serait soumis, cela ne pourrait l'affecter. Or on voit bien qu'avec l'effet photoélectrique ce n'est pas le cas.

Un électron est une particule, même si certains physiciens quantique affirment qu'il serait plus approprié de parler de "nuage" de probabilité de présence. C'est d'ailleurs leur définition d'un quanton, une particule associé à une probabilité de présence dans un volume ou une surface. Quand tu fais marcher une lampe, il y a du courant qui passe par les fils électriques, et ce courant est mesuré en Ampère, or il se trouve bien que c'est le nombre de charge et donc d'électrons qui ont transités par un endroit donné et par un sens donné. Donc même si dans un atome on ne peut affirmer précisément la position d'un électron et sa vitesse (principe d'incertitude) on peut affirmer que dans un circuit, certains électrons ont bien un sens, une vitesse. Donc à part si on reste dans le quantique pûr et dur on admettra qu'il est plus "facile" pour les calculs de dire que les électrons sont des ondes, mais il n'en reste pas moins qu'il sont indéniablement des particules corpusculaires. Donc le fait de dire "de face" voudrait dire, que le choc se situerait précisément sur la trajectoire de l'électron.

fffred a écrit :Mais parfois il peut en perdre : imagine qu'il soit déja sur un état excité et qu'il recoit un photon, alors il va se désexciter, et pour la peine, renvoyer deux photons : c'est l'émission stimulée (ca permet d'amplifier la lumière, et donc de faire des lasers).

A ce moment la, il n'en perd pas vraiment comparé à sa position stable puisque ce sont deux photons qu'il a gagné à la base. Je parlais de perdre de l'énergie à partir de son point stable.

Pour la difraction, c'est vrai que c'est un mystère pour moi partisant du tout corpusculaire !

mais bon, je suis sûr qu'un jour après un triturage de neurones extrême on y arrivera :P he he

Victor · Message par **Victor** » 23/06/2006 - 23:53:54

On fait de très belles figures de diffraction avec des électrons, la preuve qu'ils peuvent être des ondes et c'est avec çà qu'on démontre physiquement l'aspect ondulatoire des particules... On fait aussi des figures de diffraction de neutrons dans des cristaux... Lambda = h/P (Formule de De Broglie P=M.V) et dans ce cas là lambda doit etre de l'orde de grandeur d'un motif critallin répétitif pour faire réseau optique

Message par **fffred** » 24/06/2006 - 0:38:50

sakharov a écrit :Mais cet électron, d'après une des formules de cinétique, gardant sa masse, c'est bien la vitesse qui changerait lors de son exitation par un photon. Or si sa vitesse doit augmenter, c'est aussi la distance qu'il parcourera qui augmentera (le nuage électronique de l'hydrogène par exemple, augmente de volume)

Cette vision est fausse ! C'est une explication qu'on donne souvent qui permet par exemple de calculer l'onde émise (et ca marche en plus !). Mais ca n'explique pas tout ...

sakharov a écrit :et donc, s'il le réemet instantanément, le nuage restera ou il était au départ et on pourrait alors supposer que quelquesoit la fréquence de photon à laquelle il serait soumis, cela ne pourrait l'affecter. Or on voit bien qu'avec l'effet photoélectrique ce n'est pas le cas.

Nan nan en fait ce que je voulais dire par "instantanément", ce n'est pas que le photon est réémis tout de suite après qu'il soit absorbé. Ce que je voulais dire c'est que lorsque le photon est absorbé, cela se fait de façon instantanée, alors qu'une onde n'est pas absorbée instantanément (elle est étendue spatialement). Ensuite il y a un temps de latence pendant lequel l'électron est sur un "niveau excité", puis, aléatoirement, il va retomber sur son niveau de départ en envoyant un photon : cela se fait une fois de plus de façon instantanée. Tu peux voir ca de la facon suivante : le nuage électronique (contenant un seul électron) change de forme brusquement.
Alors bien sur ca pose un problème : comme tu le dis, il y a l'effet photoélectrique : le photon doit être à la bonne "fréquence" pour pouvoir résonner avec l'électron. Mais encore une fois, cette vision n'est pas correcte car l'électron n'est pas une particule ! Il faut voir la vision énergétique : le photon apporte de l'énergie à l'électron qui peut alors aller vers son état excité.

sakharov a écrit :Un électron est une particule, même si certains physiciens quantique affirment qu'il serait plus approprié de parler de "nuage" de probabilité de présence. C'est d'ailleurs leur définition d'un quanton, une particule associé à une probabilité de présence dans un volume ou une surface. Quand tu fais marcher une lampe, il y a du courant qui passe par les fils électriques, et ce courant est mesuré en Ampère, or il se trouve bien que c'est le nombre de charge et donc d'électrons qui ont transités par un endroit donné et par un sens donné. Donc même si dans un atome on ne peut affirmer précisément la position d'un électron et sa vitesse (principe d'incertitude) on peut affirmer que dans un circuit, certains électrons ont bien un sens, une vitesse. Donc à part si on reste dans le quantique pûr et dur on admettra qu'il est plus "facile" pour les calculs de dire que les électrons sont des ondes, mais il n'en reste pas moins qu'il sont indéniablement des particules corpusculaires.

Non non non ! l'électron n'est pas une particule !! Il APPARAIT parfois comme ayant les particularités d'une particules, et parfois il apparait tout à fait comme une onde ! Comme le dit Victor, on a déja réussit à faire des interférences avec des électrons, des atomes, et même des grosses molécules.

sakharov a écrit :Donc le fait de dire "de face" voudrait dire, que le choc se situerait précisément sur la trajectoire de l'électron.

Non non ca n'a pas de sens à mon avis ... parfois on le dit quand ca nous arrange, mais ca mène à des erreurs, ou alors j'ai rien compris

sakharov a écrit :
fffred a écrit :Mais parfois il peut en perdre : imagine qu'il soit déja sur un état excité et qu'il recoit un photon, alors il va se désexciter, et pour la peine, renvoyer deux photons : c'est l'émission stimulée (ca permet d'amplifier la lumière, et donc de faire des lasers).

A ce moment la, il n'en perd pas vraiment comparé à sa position stable puisque ce sont deux photons qu'il a gagné à la base. Je parlais de perdre de l'énergie à partir de son point stable.

ben si on peut dire qu'il en perd, si on suppose qu'au départ il est déja dans son état excité (on n'étudie que l'émission stimulée sinon on s'y perd). Mais c'est un détail.

sakharov a écrit :Pour la difraction, c'est vrai que c'est un mystère pour moi partisant du tout corpusculaire ! mais bon, je suis sûr qu'un jour après un triturage de neurones extrême on y arrivera :P he he

Je suis plutôt du genre "tout ondulatoire"

Nan sérieusement on explique presque tout avec les ondes. Même la physique quantique est ondulatoire. Mais on explique pas tout pour l'instant ... Alors on triche un peu et on dit que les particules se répartissent aléatoirement dans l'onde calculée par la mécanique quantique.

sakharov · Message par **sakharov** » 25/06/2006 - 14:07:14

Chacun sa vision !

Pour ma part je préfère chercher en quoi une chose peut être expliquée de façon corpusculaire que de passer par une démonstration ondulatoire classique, c'est plus marrant et c'est bien possible que tu n'apprennes pas ça ailleurs puisque non utilisable en physique "classique".

Pour la difraction d'autres particules pour moi c'est presque le même problème, et j'espère pouvoir me l'expliquer, ou approcher une explication.

La physique quantique a ses fans, car elle est ondulatoirement "simple" mais ce n'est pour moi que la seule façon pour nous et avec nos moyens de nous expliquer et de nous aider à prédire des effets

Disons que mon interprétation demande plus d'imagination et moins de maths

Victor · Message par **Victor** » 25/06/2006 - 17:47:26

Tu peux traiter aussi les fonctions d'onde de la mécanique quantique comme des ondes stationaire de l'optique, avec l'enveloppe des stats comme un ventre d'ondes stationaires... Psi.Psi barre= e(a-jx).e(a+jx) çà ressemble à une onde stationnaire

sakharov · Message par **sakharov** » 25/06/2006 - 20:22:43

Lol je viens de finir ma première, donc pour ce genre de maths, je vais attendre un peu :P

Victor · Message par **Victor** » 25/06/2006 - 21:05:16

Te fous pas de moi ! J't'aurais cru plutôt niveau Maternelle Sup... Puis çà n'a rien d'idiot, les fonctions psi se composent vraiment comme des ondes et dans l'équation de schrodinguer le puits de potentiel n'a comme résultat que des ondes stationnaires, composition d'une onde qui se déplace du passé vers le futur et l'autre se déplaçant du futur vers le passé... Quand tu fais la somme dans l'intégrale de normalistion Sigma psi.psi*= 1 c'est bien ces bornes du temps t = - infini et t = +infini pour englober toutes les possibilités... Le temps présent t = zéro correspond au moment ou la compositon des deux ondes est détectée

sakharov · Message par **sakharov** » 25/06/2006 - 23:03:58

Tu cherches à faire quoi là ? Je t'ai dit que je n'y comprenais rien parce que c'était pas de mon niveau. On est sur un forum, des fois j'aide sur certaines choses des personnes, t'as tellement envie de me ridiculiser que tu n'essayes même pas de m'expliquer d'une manière plus "vulgarisée" ce dont tu parles ?

Victor · Message par **Victor** » 25/06/2006 - 23:23:37

Prends pas la mouche je te croyais vraiment niveau math sup puis t'a déjà vu la méca quantique ou quoi ?

Message par **fffred** » 25/06/2006 - 23:24:03

Apparement victor, tu proposes (si j'ai compris) que les particules soient représentées par des ondes (fonctions d'ondes) dépendantes du temps, telles que seul le temps t=0 donne une probabilité non-nulle de présence. Mais je trouve ca un peu farfelu, et surtout inutile.

Pour revenir au sujet sakharov, tu verras en faisant de la physique quantique, qu'on peut à peu près tout interpréter en termes d'ondes. Mais tout interpréter en terme de particules est vraiment très difficile, surtout au niveau des calculs.
Donc je ne suis pas d'accord avec toi

Les ondes sont beaucoup plus faciles à manipuler au niveau des calculs, mais demandent une réflexion plus poussée. Alors que la vision particulaire est ignoble à traiter en mathématiques (d'ailleurs personne ne le fait, sauf avec des gros ordis) mais plus facile à comprendre. Et en plus cette version n'explique pas tout !
Par exemple, prend deux fentes très fines parallèles entre elles, et envoie des photons dessus : on observe des interférences (des franges lumineuses séparées par des franges sombres). La tu me dis : mais en fait ce sont les photons qui, en se cognant bizarrement sur les rebords des fentes, se retrouvent comme ca (les photons n'interagissent pas entre eux). Mais attention : si je ferme une fente, ou l'autre, il n'y a plus de franges !! Comment expliquer ca ? Et même pire : si, derrière une des deux fentes, je place un détecteur qui va, sans changer la trajectoire du photon, faire un "tac" lorsqu'un passe devant. Eh bien dans ce cas, ca élimine aussi les interférences ... Ou même encore pire : on arrive à envoyer, à l'heure actuelle, les photons un par un. Si on essaye par un quelcquonque moyen de savoir par quel trou il passe, on a pas non plus d'interférences. Cela prouve que le photon ne passe ni d'un côté, ni de l'autre : il passe par les deux ! Et encore d'autres expériences sont encore plus bizarres ...

Victor · Message par **Victor** » 25/06/2006 - 23:30:46

Pour fred c'est ce qu'on m'a appris puis les bornes peuvent variées c'est juste une question de somme Psi.psi* = 1
Puis les interférence j'ai appris çà en premiere avec le retard des phases

Message par **Adrien** » 25/06/2006 - 23:38:54

sakharov a écrit :Tu cherches à faire quoi là ? Je t'ai dit que je n'y comprenais rien parce que c'était pas de mon niveau. On est sur un forum, des fois j'aide sur certaines choses des personnes, t'as tellement envie de me ridiculiser que tu n'essayes même pas de m'expliquer d'une manière plus "vulgarisée" ce dont tu parles ?

Petite dispute causée par une confusion de terme... Dans le jargon "Maternelle Sup" = "Math Sup", Victor te pensais à ce niveau, ce qui est plutot flateur non ?

Message par **fffred** » 26/06/2006 - 12:22:44

Victor a écrit :Pour fred c'est ce qu'on m'a appris puis les bornes peuvent variées c'est juste une question de somme Psi.psi* = 1
Puis les interférence j'ai appris çà en premiere avec le retard des phases

Essaie d'être plus clair, je ne comprend vraiment pas :/

Victor · Message par **Victor** » 26/06/2006 - 12:29:24

Dans une fonction de type en cloche ou asymptotique sur l'axe des ordonnées tu peux pas mettre des bornes d'intégrations trop proche car çà fait des probas à 99.9999% etc et c'est pour çà qu'on intégre sur +/- l'infini c'est ce que je voulait dire et c'est valables pour toutes les fonctions asymptotiques

Message par **fffred** » 26/06/2006 - 12:49:28

Je ne vois pas vraiment le rapport avec ce que tu dis plus haut (et que je n'ai pas compris je pense) :

Victor a écrit :ondes stationnaires, composition d'une onde qui se déplace du passé vers le futur et l'autre se déplaçant du futur vers le passé...

Tu veux dire quoi par la ?

Victor · Message par **Victor** » 26/06/2006 - 13:00:48

Dans la formulation des fonctions d'ondes, la proba Psi.psi* l'onde est le produit hernitien de deux nombres complexes avec jx et -jx... si je comprends bien la formultion dans le temps c'est une compositions d'onde symétriques sur l'axe du temps... Regarde la forme mathématique de psi e(a+jwt) et Psi* e(a-jwt) il ya une symétrie sur l'axe du temps

Message par **fffred** » 26/06/2006 - 13:13:10

mais non ! cela ne veut pas dire que l'onde se déplace sur la ligne du temps !

Sinon ca voudrait dire qu'à tout moment, il y a une probabilité que la particule soit déja présente dans le futur, alors qu'on y est pas encore, et pire ! il y a aussi une probabilité pour que cette particule soit encore dans le passé !

Nan vraiment c'est bizarre ce que tu racontes, ou alors je n'ai pas compris.

Victor · Message par **Victor** » 26/06/2006 - 13:16:56

Regarde les formule de bases des solutions de l'équation de schrodinguer...
Tu verras !

Message par **fffred** » 26/06/2006 - 13:22:11

les solutions harmoniques en cos(kx-wt) ?? ben oui elles n'ont pas d'extension dans le temps !! c'est une répartition SPATIALE qui évolue au cours du temps.

Essaie de représenter un paquet d'onde dans le plan (x,t), ce n'est pas ce que tu dis ...

la vitesse de la lumiere est-elle une constante

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