À la limite de l'univers

[ketheriel]

Dernier message de la page précédente :

On contredirait le principe de causalité si on dépassait la vitesse de la lumière dans un milieu dit de vide donc avec c pour constante. Avec d'autres milieux, dépasser la vitesse de la lumière peut se faire sans contredire le principe de causalité.
Ainsi, les physiciens devrait selon moi chercher le tachyon (et il est bien dit qu'il ne s'agit que d'une hypothèse mais qui ne contredit pas Enstein) dans des milieux diverses mais autres que le vide.

Alors d'un je ne vois pas le rapport entre le tachyon est le fait que le photon dans un milieu autre que le vide "puisse etre depassé"

De deux, dire que le tachyon ne contredit pas la relativité est une aberration alors que l'un des postulats de base est que le principe de causalité est la base de celle ci....
Hors le tachyon passe outre le principe de causalité, comment une particule qui peut etre absorbé avant d'etre emise puisse ne pas contredire la relativité ?
il y a de nombreux demonstrations/exemples montrant le paradoxe, dans ce forum j'avais fait la demo du message tachyonique arrivant avant d'etre parti mais sur le net vous trouverez surement la demonstration de "l'objet tachyonique"
un gars le lancerait contre une cible, un observateur à coté de la cible verra la cible percutée avant de voir le mec lancer l'objet . (et il y a d'autre demo similaire existante) je te conseille de chercher sur le net ces demos car celle que j'avais fait ici meme montrant cet etat a ete plus que critiqué par des personnes ne maitrisant meme pas les bases relativistes.... (demo qui pourtant etait similaire a peu de chose pret de ce que j'ai dans un de mes bouquins et dont plein d'autres demo arrivent a la meme conclusion serions nous nombreux a etre mauvais en maths )

Et donc quand l'effet precede la cause, désolé mais ça ne peut etre en adequation avec la relativité...

Ps : il y a un topic sur le tachyon (il date en revanche)

[Fenris]

Plus vite que la lumière?

Dans cette partie, nous allons expliquer quelques situations dans lesquelles on peut "aller plus vite que la lumière", dans un sens qui reste à préciser.
Il nous faudra répondre à plusieurs questions : qu'est-ce qui va "plus vite que la lumière"? Les objets réels ou la perception que nous en avons? Dans quel milieu l'objet qui "va plus vite que la lumière" se déplace-t'il? Est-ce dans le vide? Est-ce dans un milieu matériel? Ces phénomènes particuliers contredisent-ils la théorie de la relativité? A quoi servent-ils?

1. Effet Cherenkov

1.1. Introduction

Nous allons commencer par l'effet Cherenkov, découvert et interprété par le physicien russe Pavel Cherenkov, et qui lui a valu le prix Nobel en 1958.
L'effet Cherenkov se produit lorsqu'une particule se déplace plus vite que la vitesse de la lumière dans le milieu considéré. Elle ne va toutefois pas plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide, il n'y a donc rien de contradictoire avec la théorie de la relativité.
Si v est la vitesse de la particule, et n l'indice du milieu, on a :


c/n (vitesse de la lumière dans ce milieu) ≤ v < c

Aller "plus vite que la lumière" est, tout comme "aller plus vite que le son", accompagné de phénomènes particuliers, c'est à ces phénomènes qu'on a donné le nom d'"effet Cherenkov". Lorsqu'un avion atteint puis dépasse la vitesse du son : il se produit un "bang" sonore caractéristique, on dit que l'avion "passe le mur du son". Lorsqu'il s'agit de dépasser la vitesse de la lumière, il y a là aussi des phénomènes singuliers, lumineux et non plus sonores cette fois.
Une particule qui atteint la vitesse de la lumière dans le milieu dans lequel elle se déplace émet une lumière intense, de couleur bleue. Au-delà de la vitesse de la lumière, cette particule constitue la pointe d'un cône lumineux de couleur bleue dont l'angle au sommet dépend de la vitesse de la particule.

Où observe-t'on l'effet Cherenkov?



"Piscine" de centrale nucléaire, dont la couleur bleue est due à l'effet Cherenkov
(Photo CEA)

La couleur bleue dans la piscine des centrales nucléaires est due à l'effet Cherenkov, des particules sont en effet émises à très grandes vitesses lors des désintégrations radioactives qui se produisent dans le réacteur avant d'être ralenties par l'eau.
Les astronautes ont pu eux aussi observer des éclairs bleus dans leurs yeux, dus à l'effet Cherenkov : dans l'humeur aqueuse de l'oeil, il est possible à des particules cosmiques extrêmement rapides d'aller plus vite que la vitesse de la lumière dans ce milieu, créant ainsi un effet Cherenkov. On n'observe pas cet effet à la surface du globe car les particules cosmiques sont ralenties ou absorbées par l'atmosphère avant d'arriver au sol.
L'effet Cherenkov est très utilisé pour déterminer la vitesse de particules très rapides en mesurant l'angle du cône lumineux émis par les particules. Le détecteur super-Kamiokande au Japon, en particulier, utilise l'effet Cherenkov.
Enfin, l'effet Cherenkov est même utilisé en médecine!...

1.2. L'effet Cherenkov expliqué

a. Cas d'une particule immobile :

Lorsqu'une particule immobile émet de la lumière (on suppose qu'elle rayonne de façon isotrope) de longueur d'onde λ0 dans un milieu d'indice n, les surfaces d'onde à un instant donné (surfaces sur lesquelles, à cet instant, l'amplitude de l'onde est maximale) sont des sphères concentriques, centrées sur la particule émettrice, et séparées par la distance λ0.
L'onde se déplaçant à la vitesse de la lumière vl = c/n, le rayon de ces sphères s'accroît de la longueur vl t pendant la durée t. En outre, l'onde a une période temporelle T donc tout se passe comme si les surfaces d'onde, ces sphères concentriques, étaient "émises" toutes les périodes T = λ0 / vl. Cette période est de l'ordre de 10-15s.





b. Particule se déplaçant à une vitesse v inférieure à celle de la lumière dans ce milieu (cas où on retrouve l'explication de l'effet Doppler)

Lorsque la particule est en mouvement à la vitesse v, les surfaces d'ondes sont là encore des sphères, qui s'élargissent de façon isotrope, centrées sur le point en lequel elles ont été "émises". Toutefois, cette fois-ci, comme la particule se déplace, les centres des diverses surfaces d'onde sont décalés.



Particule en mouvement à une vitesse inférieure à celle de la lumière. On voit que la longueur d'onde de l'onde dépend de la direction suivant laquelle on l'observe. On a ici représenté seulement deux directions d'observations, correspondant aux valeurs extrêmes de la longueur d'onde, mais il est évident que l'on peut observer l'onde lumineuse émise dans toutes les directions de l'espace.

La distance entre deux surfaces d'onde dépend de la direction suivant laquelle on regarde la particule. La différence de rayon entre deux surfaces d'onde successives est λ0 = vl T et leurs centres sont décalés de v T = λ0 v/vl (v est la vitesse de la particule émettrice). La distance entre deux surfaces d'ondes successives est alors :


λ = λ0 (1 - v/vl)

pour les ondes émises vers l'avant de la particule. Les ondes lumineuses émises par une particule se rapprochant de nous sont décalées vers le bleu (longueurs d'ondes plus courtes)

et

λ = λ0 (1 + v/vl)

pour les ondes émises vers l'arrière de la particule. Les ondes lumineuses émises par une particule s'éloignant de nous sont décalées vers le rouge (longueurs d'ondes plus grandes)

Ce phénomène, appelé "effet Doppler", est l'analogue de ce qui se passe lorsqu'un véhicule se déplace à grande vitesse vers un observateur : le son émis est tout d'abord aigu (longueurs d'ondes plus courtes), puis, lorsque le véhicule a dépassé l'observateur et s'éloigne de lui, le son est grave (longueurs d'ondes plus grandes). L'effet Doppler peut être observé sur la lumière qui nous arrive de galaxies lointaines. Cette lumière, du fait de la fuite des galaxies (à cause de l'expansion de l'univers, les galaxies s'éloignent de nous à une vitesse d'autant plus grandes qu'elles sont plus éloignées de la Voie Lactée), est décalée vers le rouge (longueurs d'onde plus grandes). En mesurant ce décalage, on peut déterminer la vitesse de fuite des galaxies.

c. Particule se déplaçant à une vitesse v égale à celle de la lumière dans ce milieu

Que se passe-t'il lorsqu'on atteint la vitesse de la lumière dans le milieu? On voit qu'alors, vers l'avant, la longueur d'onde calculée précédemment : λ = λ0 (1 - v/vl), qui est aussi la distance entre deux surfaces d'ondes successives, vaut 0 (v = vl). La particule "rattrape" l'onde qu'elle émet : ainsi, toutes les sphères sont concourantes au même point (ce point est la position de la particule à cet instant). L'énergie lumineuse émise vers l'avant est donc concentrée sur le plan perpendiculaire à la trajectoire de la particule et passant par sa position à cet instant et on a un "flash" lumineux.




Lorsqu'il s'agit d'onde sonore, on entend un "bang" : le véhicule dépasse le "mur du son", toute l'énergie sonore émise vers l'avant est concentrée sur un seul plan. L'analogie dans le cas de la lumière est ce "flash" lumineux obtenu lorsqu'on dépasse la vitesse de la lumière.

d. Particule se déplaçant à une vitesse v supérieure à celle de la lumière dans ce milieu (mais toujours inférieure à c)

Lorsque la particule dépasse la vitesse de la lumière dans le milieu dans lequel elle se déplace, elle va plus vite que les surfaces d'onde qu'elle "émet" et ces-dernières se retrouvent "derrière" la particule. Elles sont toutes incluses dans un cône dont le sommet est la particule en mouvement. Le demi-angle au sommet de ce cône sera noté α (voir dessin ci-dessous).
On peut calculer α en écrivant, dans le triangle rectangle dont un des sommets est la position de la particule à l'instant considéré et les côtés une des génératrices du cône (en bleu sur le dessin), la trajectoire de la particule (en noir sur le dessin, c'est l'axe du cône), et le rayon d'une des surfaces d'onde :


sin α = rayon de la surface d'onde/distance entre le centre de cette sphère et la particule

soit, si la surface d'onde considérée a été émise t secondes plus tôt,


sin α = (vl t) / (v t) = vl / v = c / (n v)

(le rayon des sphères croît à la vitesse vl)
On constate que, plus l'indice ou la vitesse sont grands, et plus α est petit, sans toutefois atteindre 0 : la valeur minimale de l'angle α correspond en effet, pour un indice donné, à v = c soit sin α = 1/n. La valeur maximale de α vaut 90°, quel que soit n, et est atteinte lorsque la particule se déplace à la vitesse de la lumière dans le milieu.




On s'intéresse généralement plutôt à l'angle θc, complémentaire de α et qui vérifie l'équation

cos θc = c / (nv)

Cet angle θc représente l'angle sous lequel un observateur immobile voit l'onde lumineuse lui arriver. On peut voir sur la figure qu'en même temps que la particule se déplace (on a dessiné plusieurs positions de la particule), le cône lumineux se translate. L'observateur voit la génératrice du cône arriver sur lui suivant la direction donnée par la flèche en pointillés dirigée vers l'observateur, qui fait l'angle θc avec la direction du mouvement de la particule.

Applications numériques :
pour un indice n donné, θc est compris entre 0 et une valeur maximale vérifiant cos θc = 1/n, correspondant à une particule se déplaçant à la vitesse de la lumière. Pour l'air, n = 1,0003, la valeur maximale de θc est donc 1,4°, pour l'eau n = 1,33 donc θc vaut au maximum 41°, pour un verre d'indice n = 1,5 et θc vaut au maximum 48°.

On peut montrer que l'onde lumineuse émise par effet Cherenkov pour v > vl est émise essentiellement dans l'ultraviolet, les radiations visibles émises sont donc majoritairement situées dans le bleu.

2. Les astronomes semblent voir des objets (jets de plasma, etc...) se déplacer plus vite que la lumière!

En mesurant la vitesse apparente de déplacement d'objets très rapides dans le ciel (jets de plasma, etc...), les astronomes ont obtenu des vitesses apparentes de déplacement supérieures à la vitesse de la lumière dans le vide!
Il s'agit d'une illusion qui peut se produire si la vitesse de l'objet est très proche de celle de la lumière qu'il émet, donc très proche de c.




L'objet émet de la lumière à l'instant 0, celle-ci ne nous atteint pas instantanément mais doit parcourir la distance d pour arriver à nous. On reçoit donc la lumière à l'instant

t1 = d/c (la lumière se déplace dans le vide à la vitesse c)

L'objet se déplace à la vitesse v suivant un angle noté θ avec la direction d'observation (voir schéma), donc à l'instant t, l'objet s'est déplacé d'une distance v t. La lumière émise par l'objet à l'instant t doit parcourir la distance


((d - v t cos θ)2 + (v t sin θ)2)1/2

pour nous arriver (l'objet s'est avancé de v t cos θ dans la direction d'observation mais s'est éloigné de l'axe d'observation de la distance v t sin θ), on reçoit donc la lumière qui a été émise par l'objet à l'instant t à l'instant t2 :


t2 = t + ((d - v t cos θ)2 + (v t sin θ)2)1/2/c

Entre les deux positions de l'objet, il s'est écoulé la durée t mais, vu de l'observateur, l'intervalle de temps entre la réception des images de ces deux positions est :

t2 - t1 = t + ((d - v t cos θ)2 + (v t sin θ)2)1/2/c - d/c
différent de t.
Pour un intervalle de temps t petit, on a, au premier ordre en t,


t2 - t1 = t - v/c cos θ t = t (1 - v/c cos θ)

Pendant cet intervalle de temps, toujours vu de l'observateur, l'objet semble s'être déplacé sur le plan du ciel de v t sin θ.
Ainsi, la vitesse apparente de l'objet est


vapp = (v t sin θ)/(t2 - t1) = v sin θ / (1 - v/c cos θ)

On montre que cette fonction admet un maximum pour cos θ = v/c, la vitesse apparente est alors vapp max = v (1 - v2/c2)-1/2 qui est supérieure à c si v > c/√‾2.
On voit ainsi qu'il est possible d'observer des mouvements apparents plus rapides que la lumière, alors même que l'objet est très rapide, certes, mais plus lent que c. Comme il ne s'agit que d'une illusion, il n'y a pas de contradiction avec la théorie de la relativité. On peut, moyennant d'autres observations (décalage spectral, etc...) retrouver le déplacement réel d'un objet dans le ciel et vérifier ainsi que sa vitesse véritable était bien inférieure à celle de la lumière dans le vide.

Pour plus de précisions, vous pouvez trouver des photos d'observations et des explications complémentaires sur le site du CEA.

3. Conclusion

En fin de compte, lorsqu'un objet matériel, ou de l'information, va "plus vite que la lumière", il s'agit toujours, soit d'une simple illusion (due par exemple au décalage temporel induit par le temps que met la lumière pour arriver jusqu'à nous), soit d'un dépassement de la vitesse de la lumière dans un milieu particulier, mais pas de la vitesse de la lumière dans le vide.

Dépasser réellement la vitesse de la lumière dans le vide fait pourtant rêver... et pas seulement les écrivains de science-fiction! Ainsi, le mot de "tachyon" est né et désigne une hypothétique particule superluminique... les tachyons ont donné lieu à un certain nombre d'articles scientifiques : de masse imaginaire, ou éventuellement négative, afin de faire "coller" leur existence avec les théories et les résultats actuels, ils auraient des propriétés assez "exotiques", comme celle de ne pouvoir aller moins vite que la lumière, ou celle d'accélérer lorsqu'ils perdent de l'énergie.
Leur existence ne serait pas forcément contradictoire avec les résulats des expériences actuelles, toutefois, ils n'ont jusqu'à présent jamais été observés... Aller "vraiment" plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide reste donc jusqu'à présent du domaine du rêve, mais nul doute que si jamais un tachyon était réellement observé, il s'agirait d'une véritable révolution dans le monde de la science.

[Fenris]

Ce n'est pas parce que tu n'est pas fichu de savoir comment faire que personne ne le saura un jour.
Cesse de te prendre pour la science infuse. Un jour, nos descendants sauront peut-être comment s'y prendre. Comment? Je t'ai déjà dit que je n'en savais rien. Mais il est sur que si personne ne cherche, préférant admettre que c'est impossible, on ne trouvera rien.
On ne dit pas que le tachyon existe mais qu'il pourrait exister. On est loin de connaître toute la physique, peut-être qu'un jour on saura comment violer la loi de la relativité. Pour nous ça semble improbable aujourd'hui, et pourtant l'Être humain repousse toujours les limites au fil des ans.

[ketheriel]

non mais là tu copies colles un site sur l'effet cherenkov, tu peux me dire le rapport qu'il y a

entre le tachyon est le fait que le photon dans un milieu autre que le vide "puisse etre depassé"

là tu me sors l'effet cherenkov comme ça (d'ailleurs c'est un phenomene connu par beaucoup sur ce forum) mais pour montrer quoi ? je vois pas ou tu veux en venir....
"Aller plus vite" qu'un photon dans un milieu autre que le vide est un phenomene connu je vois pas le rapport avec le tachyon....
D'ailleurs tu fais l'impasse sur tout mon post en fait ou je te contredis clairement en disant que le tachyon est contradictoire avec la relativité....
Le fait qu'une particule aille "plus vite" qu'un photon dans un milieu autre que le vide n'a rien a voir avec le tachyon et en effet ça ne contredit pas la relativité et pour cause la relativité utilise C c'est a dire la vitesse de la lumiere DANS LE VIDE donc il n'y a aucun rapport

Ps :

Ce n'est pas parce que tu n'est pas fichu de savoir comment faire que personne ne le saura un jour.
Cesse de te prendre pour la science infuse. Un jour, nos descendants sauront peut-être comment s'y prendre. Comment? Je t'ai déjà dit que je n'en savais rien. Mais il est sur que si personne ne cherche, préférant admettre que c'est impossible, on ne trouvera rien.
On ne dit pas que le tachyon existe mais qu'il pourrait exister. On est loin de connaître toute la physique, peut-être qu'un jour on saura comment violer la loi de la relativité. Pour nous ça semble improbable aujourd'hui, et pourtant l'Être humain repousse toujours les limites au fil des ans

en gros tu extrapoles donc.... alors premierement la vitesse lumiere dans le vide comme limite n'est pas issu de la relativité mais est bien anterieur a celle ci, et il a ete prouvé par A+B que celle-ci etait inatteignable pour un corps massique (une simpel question de masse et d'energie.
Il n'y a pas de doute ou autre probable là c'est comme ça ce fait a ete verifié pendant plus d'un siecle.
tu parles de tachyon, super son utilité physique ? personne ne le sait, sa nature intrinseque, personne ne le sait, sa réelle existence aucune trace, ses previsions theoriques aucunes.

Donc on a l'invention d'une particule par feinberg dans les années 60 qui ne sert a rien , dont on ne connait pas la nature et dont la theorie ne fait aucune prediction...
c'est exactement pareil que de dire que dieu existe ou pas et encore lui on peut en extrapolant mystiquement trouver des predictions....

Au fait dire que quelque chose (information) puisse aller plus vite que la lumiere c'est d'un briser la causalité (effet qui precede la cause de celui ci) mais c'est aussi dire etre plus immobile que l'immobilisme (cf contraction de lorentz)
cela a autant de sens que dire qu'il puisse exister un temperature inferieure au zero absolu...

[Fenris]

1)C'est bien ce que je te dis depuis le début. En dehors du vide, cela ne contredit pas la relativité.
2)Comme je l'ai dis plus haut, je copie à partir d'un site. Je ne cherche pas à m'approprier les travaux des autres.
Mais après tout si certaines personne font des recherches là-dessus, c'est que ça doit bien être possible.

[Nayrolff]

De toute façon, comme le disait mon prof de physique en Math SPE, "la physique est une science experimental", on progresse en faisant des erreurs: on considère les hypothèses précédentes comme bonnes jusqu'au jour ou l'on prouve quelle sont fausses. C'est comme ça que la science avance... Alors pourquoi etes vous aussi categorique ?...

[ketheriel]

1)C'est bien ce que je te dis depuis le début. En dehors du vide, cela ne contredit pas la relativité

donc rien a voir avec le tachyon donc

2)Comme je l'ai dis plus haut, je copie à partir d'un site. Je ne cherche pas à m'approprier les travaux des autres.
Mais après tout si certaines personne font des recherches là-dessus, c'est que ça doit bien être possible.

donc si quelqu'un fait des recherches sur n'importe quoi c'est qu'au bout ça doit deboucher sur quelque chose...
Et bien non je sais pas si tu connais le monde de la recherche mais les 3/4 des travaux en physiques theoriques aboutissent la plupart du temps a un flop, il en ressort AU MIEUX quelques indices pour d'autres pistes de recherches.
D'ailleurs la preuve 90% des theories explicités il y a 1 siecle sont passés a la poubelle (seul parfois quelques morceaux ont ete conservés mais pour tout autre chose)

Alors pourquoi etes vous aussi categorique ?...

parce que certains ne font pas la difference entre postulats et theories, les postulats de newton sont toujours valides alors que sa theorie est fausse (inexacte si on chippote)

Idem la vitesse lumiere dans le vide comme limite est un postulat de la relativité et pas une deduction de la theorie.

[Fenris]

De toute façon, comme le disait mon prof de physique en Math SPE, "la physique est une science experimental", on progresse en faisant des erreurs: on considère les hypothèses précédentes comme bonnes jusqu'au jour ou l'on prouve quelle sont fausses. C'est comme ça que la science avance... Alors pourquoi etes vous aussi categorique ?...

Je pense comme toi. Je dis que peutêtre un jour nos descendant ariveront à contredire ce que nous pensons être vrai. Je ne cherche pas à être catégorique. Je ne suis pas un scientifique, j'émets simplement toutes les hypothèses, c'est tout.
En aucun cas je dis n'avoir raison.

[Fenris]

1)C'est bien ce que je te dis depuis le début. En dehors du vide, cela ne contredit pas la relativité

donc rien a voir avec le tachyon donc

2)Comme je l'ai dis plus haut, je copie à partir d'un site. Je ne cherche pas à m'approprier les travaux des autres.
Mais après tout si certaines personne font des recherches là-dessus, c'est que ça doit bien être possible.

donc si quelqu'un fait des recherches sur n'importe quoi c'est qu'au bout ça doit deboucher sur quelque chose...
Et bien non je sais pas si tu connais le monde de la recherche mais les 3/4 des travaux en physiques theoriques aboutissent la plupart du temps a un flop, il en ressort AU MIEUX quelques indices pour d'autres pistes de recherches.
D'ailleurs la preuve 90% des theories explicités il y a 1 siecle sont passés a la poubelle (seul parfois quelques morceaux ont ete conservés mais pour tout autre chose)

Mais qui c'est? Peutpetre en tireront nous quelque chose.

[ketheriel]

Mais qui c'est? Peutpetre en tireront nous quelque chose.

oui surement comme d'habitude (et heureusement) mais en aucun cas on ne contredira un postulat, on contredira surement les theories, meca quantique et relativité etc
mais en aucun cas leurs postulats...comme on ne contredira pas les postulats de la physique newtonienne (pourtant depassée)

[Fenris]

En tout cas, on me contredira pas quand je dis que depuis quelques temps on s'est éloigné du sujet.
Certes c'était très intéressant de parler de la vitesse lumière, mais le sujet est quand même la limite de l'univers.

[R.D.A]

Pour moi l'univers n'a aucune limites, c'est tout. Donc il ne se passe rien vu qu'on ne peut pas en sortir.