Petition contre le bang

[gerard_wegan]

:whistling_notes: "J'ai la mémoire qui flanche
J'me souviens plus très bien..." :whistling_notes:

... bon, pas trop en fait puisque, vérification faite, l'article d'Einstein auquel je pensais n'est pas de 1905 mais de 1907 :

"Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen" - Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik, Vol.4, pp.411-462, 1907

Dans cet article, Einstein aborde entre autres la question de ce qu'il appelle "la masse inertielle de l'énergie" ; il y formule pour la première fois l'idée d'un décalage spectral d'origine gravitationnelle, après un paragraphe où il traite de l'application du principe de relativité ("c'est-à-dire l'hypothèse de l'indépendance des lois de la nature vis-à-vis de l'état de mouvement du système de référence", dixit Einstein) à des systèmes en translation uniformément accélérée l'un par rapport à l'autre (d'où l'équivalence avec un champ de gravitation uniforme). Il s'agit donc, dans un cas particulier traité de façon approchée, d'une extension de la relativité restreinte, laquelle découlait de l'application de ce principe à des systèmes non accélérés... mais on est encore bien loin de la relativité générale (1915).

Einstein revient sur le sujet dans un autre article, en 1911, toujours antérieur donc à la relativité générale, où il formule explicitement le principe d'équivalence... et en déduit la "pesanteur de l'énergie" et le décalage spectral gravitationnel :

"Über den Einfluss der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes" - Annalen der Physik, Vol.35, pp.898-908, 1911

[ces deux articles existent en traduction française partielle dans le volume 2 des OEuvres choisies de Einstein, publiées sous la direction de Françoise Balibar aux Editions du Seuil, en 1993]

Par la suite, c'est-à-dire après la relativité générale, le décalage gravitationnel vers le rouge sera effectivement longtemps considéré comme l'un des tests possibles de cette théorie... mais en fait, à tort ! En effet, dans la mesure où cet effet découle directement du principe d'équivalence, il s'accorde avec toutes les théories métriques de la gravitation, c'est-à-dire avec les théories qui associent la gravitation à une courbure de l'espace-temps. La relativité générale est l'une de ces théories, dans laquelle la relation entre courbure locale et densité de matière est donnée par les équations d'Einstein ; dans d'autres théories (comme celles de Brans & Dicke ou de Rosen) la métrique dépend autrement de la distribution de matière. Pour toute une série de phénomènes physiques, ces théories conduisent à des prédictions quantitatives différentes : il devrait donc être possible, en principe, de discriminer au moyen de tests expérimentaux extrêmement précis... mais aussi extrêmement difficiles à mettre en oeuvre de façon incontestable (la simple mise en évidence expérimentale du décalage gravitationnel vers le rouge, en 1960, a déjà représenté une sorte d'exploit de physique expérimentale !). Il y avait pas mal de travaux là-dessus il y a quelques années ; je ne sais pas où ça en est aujourd'hui...

[une référence déjà un peu ancienne sur le sujet : "La renaissance de la relativité générale" - Clifford Will in "La nouvelle physique" - collectif sous la direction de Paul Davies, Flammarion, 1993]

... j'espère ne pas déclencher les foudres de Caupo avec cette référence : Paul Davies est en effet un physicien théoricien, croyant, auteur entre autres choses de God and the new physics et Mind of God... dénoncé comme représentant d'un courant cherchant à "injecter du mystique et du religieux dans la science" par Woods & Grant dans Reason in revolt !

il n'y a aucune raison qu'une particule sans masse (photon) perde de l'énergie en s'arrachant d'un champ gravitationnel.

... si, justement en raison de l'équivalence masse-énergie, même si le photon n'a évidemment pas de masse au repos. Même chose dans le fond que pour la quantité de mouvement du photon, qu'on peut très simplement mettre en évidence expérimentalement (voir par exemple la mise en rotation d'un système à ailettes semi réfléchissantes sous l'effet de la lumière... si l'expérience existe toujours dans la salle d'optique du Palais de la découverte, à Paris).

Ceci dit, j'ai écrit en partie une bêtise plus haut : en 1905, Einstein ne parle évidemment pas de trous noirs ou de courbure de l'espace-temps... mais la déviation gravitationnelle des rayons lumineux figure, elle, dans l'article de 1907 -- donc, once more, avant la relativité générale... et en fait pour les mêmes raisons que le décalage spectral gravitationnel...

[shadoko]

"Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen" - Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik, Vol.4, pp.411-462, 1907

Tu n'as pas ça en version électronique par hasard? Contrairement aux articles à Annalen der Physik, je n'arrive pas à mettre la main sur celui-ci.

[othar]

D'ailleurs en Reason and Revolt il y a une critique d'Einstein que j'amerait voir discutée, et même qu'il dit un scientifique que, du fait de chais plus quoi, les corrections qui apporte la théorie d'Einstein à celle de Newton sont presque negligeables. Je ne sais pas ce que cela vaux, mais vu les difficultés que cette théorie présente (cela se reflete dans vos posts) et les multiples résultats qu'elle donne (et qui permettent toute sorte d'interpretations et aussi, ce qui est plus important, des "bequilles" pour toutes théories, même celles qui nous parlent des absurdités flagrantes)

Je crois que les "corrections de la théorie de la relativité" par rapport à la théorie newtonienne sont très nombreuses et pas du tout négligeables!

Elles sont vérifiées dans le domaine de l'astronomie (trajectoires de Mercure trop approximatives dans la théorie de Newton, par rapport à la réalité, lentilles gravitationelles, etc), de la physique des particules (par exemple, "durée de vie" (avant désintégration ou recombinaison) des particules relativistes).
Et probablement dans d'autres domaines scientifiques?

Admettons que le modèle d'Einstein ait atteint à notre époque ses limites (ce qui est le destin de tout modèle, je crois?).
Pourquoi reprocher aux "théoriciens de chercher d'autres voies (théories des cordes, etc) ?
Sous prétexte que c'est imbittable?
(pas plus que la théorie de Newton à son époque, pour la petite minorité d'amateurs du "grand public"?)

Quand on suppose un photon de "masse nulle", cela veut dire que c'est un ectoplasme ou que pour les besoins pratiques il n'a pas de masse? Et comment se demerde l'oeil pour voir des photons qui n'impressionnent pas ses capteurs ? Je comprend qu'un truc peut être une vibration (une onde) mais qu'il est à la fois un corpuscule...mais "pas de masse"?....On est où là, dans le mondes des idées de Platon?
(...)
Bon, cela m'intéresse, mais je trouve que le débat est parti vers l'estratosphere question niveau. Dommage que je n'aille pas le temps (ni les connaissances) de le suivre, bien qu'avec un peu d'application, mais on ne peut pas tout connaitre et/ou faire dans cette putain de vie.

Moi, ça ne me choque pas qu'il puisse y avoir des particules sans masse!
Sinon pour "faire dans le compliqué" :hinhin: , je crois avoir lu quelque part que c'est le "boson de Higgs" qui jouerait un rôle dans l'"attribution" éventuelle d'une masse aux particules..
Problème: le dit "boson" n'a pas encore été detecté lui non plus, les physiciens n'ont que des preuves indirectes de son existence....

othar

 

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[Harpo]

J'ai dit effectivement une bêtise : les photons subissent bien un décalage vers le bleu en s'approchant d'une masse.
Pour ce qui est du raisonnement d'Einstein, avant la relativité générale, concernant le décalage gravitationnel vers le rouge pour un photon émis à la surface d'une étoile, voici ce qu'en dit Rémi HAKIN dans son livre sur la gravitation relativiste :

Bien entendu ce raisonnement n'est nullement rigoureux et n'a d'autre valeur qu'heuristique : le photon est sans masse, bien que tout se passe effectivement comme si son énergie/c2 était susceptible d'interaction gravitationnelle -on voit apparaître le fameux paramètre gravitationnel GM/Rc2 comme on s'y attendait. Ce décalage spectral a effectivement été mesuré, sur Terre d'abord [R.V Pound et G.A. Rebka (1960)], puis sur le rayonnement émis au centre du disque solaire [R.V Pound et J.L. Snider (1964)], enfin dans les naines blanches [J.L. Greenstein, J.B. Oke et H.L. Shipman (1971)]. Toutes ces mesures confirment la relation précédente, relation que l'on peut également déduire de la Relativité Générale. Nous verrons que ce décalage spectral vers le rouge peut également être utilisé comme argument [A. Schild (1967)] en faveur d'un espace-temps courbe.

Le même raisonnement, utilisant une soit disant masse du photon permet aussi de prévoir une courbure des rayons lumineux au voisinage d'une étoile. Mais il conduit alors à une déviation angulaire qui n'est que la moitié de celle qui est effectivement observée expérimentalement. Seule la gravitation relativiste donne la bonne déviation.

Pour Caupo : ne t'inquiète pas trop du photon sans masse. Ce qui valide une théorie scientifique, c'est l'expérience. La théorie doit bien sûr être en accord avec tous les faits expérimentaux déjà connus. Elle permet de déduire d'autres faits que l'on tente alors de vérifier expérimentalement. Si on trouve des écarts avec la réalité, on essaie de construire une nouvelle théorie dont la précédente n'est plus qu'un cas particulier qui reste applicable dans certaines conditions...
La théorie de la dualité onde corpuscule et d'abord celle de la dualité de la lumière, à la fois onde et flux de corpuscules sans masse (les photons) semble toujours aussi solide. Rien ne la remet sérieusement en question actuellement.
Si cet "ectoplasme" qu'est le photon impressionne l'oeil et tout autre récepteur sensible aux vibrations d'un champ électrique dans le domaine de fréquence auquel appartient le photon en question, c'est parce que le photon est associé à une onde électromagnétique.
Le photon n'est d'ailleurs pas si ectoplasme que ça, il n'a pas de masse, mais il possède une "quantité de mouvement" quand même c'est-à-dire qu'il est capable de bousculer une autre particule, de faire tourner un moulinet, comme le vent fait tourner les ailes d'un moulin...
C'est d'ailleurs pour cette raison que les premières formulations de la relativité restreinte lui attribuaient une masse (sa quantité de mouvement divisée par sa vitesse, comme pour les "objets ordinaires"). Avec cette définition, la masse augmentait avec la vitesse, sans que la matière elle même voit sa quantité croître, ce qui est contraire à la notion commune de masse. Cette définition de la masse a été abandonnée et on appelle actuellement masse ce qu'on appelait alors masse au repos. Si tu veux, c'est par ce tour de passe-passe que le photon n'a plus de masse. Mais la formulation des lois de la physique en est devenue bien plus cohérente. En particulier, la relativité générale dont de nombreuses mesures ont moontré la validité a une formulation plus simple (mais pas tant que ça) qu'avec une masse fonction de la vitesse. Finalement c'est une question de définition.

[gerard_wegan]

pour Harpo :
Il est bien le bouquin que tu cites de Rémi Hakim ? J'ai conservé ses cours et je suppose que le livre doit être une version complétée de ses polys... mais il n'est apparemment plus disponible chez l'éditeur :(
En tout cas, j'ai toujours apprécié la rigueur des exposés de Hakim et son intérêt pour l'histoire des sciences -- ce n'est pas tous les jours qu'on trouve la perspective historique dans un cours de physique !

La citation que tu en donnes l'illustre :

ce décalage spectral vers le rouge peut également être utilisé comme argument [A. Schild (1967)] en faveur d'un espace-temps courbe.

... il parle bien d'espace-temps courbe, c'est-à-dire de théorie métrique de la gravitation associée au principe d'équivalence, pas seulement de relativité générale. D'ailleurs, pour être franc, c'est lui qui m'a appris tout ça, y compris Pound & Rebka, etc...

Le même raisonnement, utilisant une soit disant masse du photon permet aussi de prévoir une courbure des rayons lumineux au voisinage d'une étoile. Mais il conduit alors à une déviation angulaire qui n'est que la moitié de celle qui est effectivement observée expérimentalement. Seule la gravitation relativiste donne la bonne déviation.

... yes !

pour Shadoko :

"Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen" - Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik, Vol.4, pp.411-462, 1907

Tu n'as pas ça en version électronique par hasard? Contrairement aux articles à Annalen der Physik, je n'arrive pas à mettre la main sur celui-ci.

... ben non 8)

pour Caupo :
Je ne sais pas s'il y a eu des discussions de type philosophique sur l'existence ou non de particules sans masse (au repos). Cette idée concernant le photon, associée à l'invariance de la vitesse de la lumière, s'est imposée avec la relativité... ce qui ne signifie pas qu'elle soit forcément définitivement acceptée et établie (là non plus, il n'y a pas de dogme en la matière). En particulier, la masse non nulle (quoique forcément très faible) du photon faisait partie, avec la théorie de la "lumière fatiguée", du modèle non standard proposé par Jean-Pierre Vigier & Jean-Claude Pecker... mais dont on a déjà dit qu'il posait des tas de problèmes et qu'il n'est aujourd'hui pas largement admis comme alternative aux modèles avec "big bang".

[shadoko]

J'allais écrire, quand j'ai vu arriver le message d'Harpo. Je suis en gros arrivé aux mêmes conclusions en lisant d'ailleurs Eintein lui-même dans son petit livre "la relativité". Il y a plusieurs problèmes cachés dans la discussion précédente:

1. Où s'arrète la théorie de la relativité restreinte, et où commence celle de la relativité générale.
2. Le problème du décalage vers le rouge est-il compréhensible intégralement dans le cas de la relativité restreinte?
3. (notament comme conséquence de l'équivalence masse énergie)?


A la question 1, je répondrais naïvement: tant que la gravitation n'intervient pas (a des effets négligeables), il s'agit de relativité restreinte. L'espace temps de la relativité restreinte (espace de Minkowski) est plat (n'est pas courbé par la gravité).

Einstein dit au sujet de la relativité restreinte: "ses résultats ne sont valables que dans la mesure où l'on peut négliger les influences que les champs de gravitation exercent sur les phénomènes (par exemple de la lumière).

Evidement, c'est une question à moitié historique, à moitié de terminologie. Quand Einstein a écrit son article en 1905, il n'a pas appelé sa théorie "relativité restreinte". C'est seulement après la théorie de la relativité générale (1915), que pour distinguer la première mouture (1905) de la deuxième (1915), que le terme "relativité restreinte" est apparu.

Alors, que doit-on faire des articles parus à mi-chemin entre les deux (comme celui cité par Gérard Wégan, en 1911), où certaines extrapolation de la relativité restreinte sont tirées, avec gravitation, mais sans avoir encore de théorie vraiment cohérente contenant à la fois la relativité restreinte et la gravitation...

En tout cas, il y a une question à laquelle on peut répondre. C'est la question 3. La réponse est non, si je ne me trompe pas.

il n'y a aucune raison qu'une particule sans masse (photon) perde de l'énergie en s'arrachant d'un champ gravitationnel.

... si, justement en raison de l'équivalence masse-énergie, même si le photon n'a évidemment pas de masse au repos.

certes, il y a des raisons de supposer que l'équivalence masse énergie doit conduire à une théorie dans laquelle ce décalage existe. Mais comme le souligne Harpo, c'est plutôt heuristique qu'autre chose. Tant qu'on a pas inclu de manière cohérente la gravité dans la théorie (et Einstein devait évidement y réfléchir sérieusement à l'époque), cela ressemble plus à une prolongation arbitraire de la théorie dans un domaine où elle n'est pas valable et conduit en l'état à des incohérences, juste à des fins heuristiques.

D'ailleurs, Gérard, quand tu dis:

Par la suite, c'est-à-dire après la relativité générale, le décalage gravitationnel vers le rouge sera effectivement longtemps considéré comme l'un des tests possibles de cette théorie... mais en fait, à tort ! En effet, dans la mesure où cet effet découle directement du principe d'équivalence, il s'accorde avec toutes les théories métriques de la gravitation, c'est-à-dire avec les théories qui associent la gravitation à une courbure de l'espace-temps.

il me semble que cette formulation cache une sorte d'incohérence. Si l'effet découlait directement du principe d'équivalence, il n'aurait justement pas besoin de l'introduction de métrique gravitationnelle, on pourrait se contenter de l'explication d'Einstein 1911. Mais ce n'est pas le cas.

La relativité générale est l'une de ces théories, dans laquelle la relation entre courbure locale et densité de matière est donnée par les équations d'Einstein ; dans d'autres théories (comme celles de Brans & Dicke ou de Rosen) la métrique dépend autrement de la distribution de matière.

Ça, bien sûr. Mais en tout cas cela permet de départager entre un espace non courbé par la gravité et un qui l'est (comment est une question plus fine, en quelque sorte).

[shadoko]

Bon, j'ai croisé le dernier message de Gérard. Je crois que nous sommes au fond d'accord.

J'en suis d'ailleurs maintenant à me demander s'il y a même besoin du principe d'équivalence pour obtenir le décalage en relativité générale. Mais j'ai la flemme de vérifier...

[gerard_wegan]

il n'y a aucune raison qu'une particule sans masse (photon) perde de l'énergie en s'arrachant d'un champ gravitationnel.

... si, justement en raison de l'équivalence masse-énergie, même si le photon n'a évidemment pas de masse au repos.

certes, il y a des raisons de supposer que l'équivalence masse énergie doit conduire à une théorie dans laquelle ce décalage existe. Mais comme le souligne Harpo, c'est plutôt heuristique qu'autre chose. Tant qu'on a pas inclu de manière cohérente la gravité dans la théorie (et Einstein devait évidement y réfléchir sérieusement à l'époque), cela ressemble plus à une prolongation arbitraire de la théorie dans un domaine où elle n'est pas valable et conduit en l'état à des incohérences, juste à des fins heuristiques.

... il ne s'agit évidemment pas de faire tourner la roue de l'histoire à l'envers ! L'explication générale de la relativité générale (ou de toute autre théorie métrique de la gravitation) est bien sûr plus satisfaisante et plus générale que celle proposée par Einstein en 1907. Mais cette dernière n'est alors ni seulement heuristique ni complètement arbitraire : le problème c'est plutôt qu'elle ne pouvait être développée sous cette forme que dans un cas particulier, celui de deux référentiels en translation uniformément accélérée l'un par rapport à l'autre, ce qui équivaut à un champ de gravitation uniforme ; d'ailleurs, dans le cas du décalage spectral gravitationnel, le résultat est le même que celui de la relativité générale -- ce qui, comme rappelé plus haut, n'est pas le cas (facteur 2) pour la déviation des rayons lumineux.

Par la suite, c'est-à-dire après la relativité générale, le décalage gravitationnel vers le rouge sera effectivement longtemps considéré comme l'un des tests possibles de cette théorie... mais en fait, à tort ! En effet, dans la mesure où cet effet découle directement du principe d'équivalence, il s'accorde avec toutes les théories métriques de la gravitation, c'est-à-dire avec les théories qui associent la gravitation à une courbure de l'espace-temps.

il me semble que cette formulation cache une sorte d'incohérence. Si l'effet découlait directement du principe d'équivalence, il n'aurait justement pas besoin de l'introduction de métrique gravitationnelle, on pourrait se contenter de l'explication d'Einstein 1911.

... là, par contre, pas d'ac : le principe d'équivalence impose, d'une façon très générale, une théorie métrique de la gravitation (qui peut a priori être autre que la relativité générale... et c'est en ce sens que le décalage spectral gravitationnel n'est pas un test de la relativité générale ; c'est par contre un test du principe d'équivalence). Là où l'explication de 1911 ne suffisait pas, c'est que, tout en posant le principe d'équivalence, Einstein n'en tirait pas encore toutes les conséquences dans un modèle cohérent... d'où d'ailleurs le problème du facteur 2 mentionné plus haut, facteur qui manque dans le résultat publié par Einstein en 1911 !

[gerard_wegan]

Gloup... les messages se croisent dans tous les sens ! :smile:

... petit rajout, donc :

J'en suis d'ailleurs maintenant à me demander s'il y a même besoin du principe d'équivalence pour obtenir le décalage en relativité générale. Mais j'ai la flemme de vérifier...

... là, je ne comprends pas bien le problème : dès que tu as un espace-temps avec une métrique, tu obtiens un décalage spectral (à moins d'un espace partout uniformément plat !) Or le principe d'équivalence est à la base des théories métriques de la gravitation, et, par construction, la relativité générale "implique" (ou contient) le principe d'équivalence !