Comment un photon accélère-t-il si rapidement à la vitesse de la lumière?

Plus vite que la Lumière ? | ScienceClic (Avril 2019).

Anonim

Non seulement un photon apparaît-il littéralement dans le néant, mais dès sa naissance, il sort à 300 millions de mètres par seconde. Non, ça n'accélère pas, ça n'existe pas ou ça existe, et si c'est le cas, ça court toujours à la vitesse de la lumière, jusqu'à ce qu'il plonge dans le néant lorsqu'il est absorbé.

Les photons n'accélèrent pas mais voyagent déjà à 300 millions de mètres par seconde lorsqu'ils sont émis. (Crédit photo: Pexels)

La naissance d'un photon

Les électrons résident à l'intérieur d'atomes à différents niveaux d'énergie. Lorsque nous excitons des électrons, par exemple dans le cas d’une ampoule chauffant les atomes de tungstène, nous les élevons à des niveaux d’énergie plus élevés. Cependant, la nature cherche la stabilité; les électrons détestent monter aux niveaux supérieurs. Pour parvenir à la stabilité, les électrons redescendent à leurs niveaux initiaux ou même inférieurs. Lorsqu'un électron fait ce saut en avant, l'atome émet un photon. Alors que des millions et des milliards d’électrons descendent simultanément vers les niveaux les plus bas, le tungstène libère un torrent massif de photons.

Donc, fondamentalement, la lumière ou un photon est né lorsqu'un électron passe d'un niveau d'énergie supérieur à un niveau d'énergie inférieur. Cependant, l'auteur demande alors:

Si vous deviez jeter un coup d'œil à l'intérieur d'un atome, trouveriez-vous une armée cachée d'innombrables photons, prête à tendre une embuscade à la commande de l'électron?

Et bien non. L'électron saute à un niveau d'énergie plus faible parce qu'il aspire à la stabilité et pour y parvenir, il doit perdre l'énergie qui l'a forcé à monter. Comme l'explique l'article:

L’univers, contrairement à l’énergie thermique, ne peut pas gaspiller cette énergie organisée; il doit mettre l'énergie supplémentaire à profit. Le résultat est la création instantanée d'un photon; il apparaît littéralement dans l'existence à partir de rien, quoi qu'il en soit.

Comment les photons sont créés. (Crédit photo: Brighterorange / Wikimedia Commons)

Le photon émis voyage ou arrive déjà à 300 millions de mètres par seconde. Il n'accélère pas instantanément de 0 m / s à 300 millions de m / s. Certains pourraient attribuer cette excentricité au manque total de masse d'un photon, mais ce n'est pas vrai. Lorsqu'un neutron libre se désintègre finalement en un proton, créant ainsi un électron et un anti-neutrino, également par pure néant, on observe systématiquement que l'électron émis se déplace déjà à une vitesse fixe. Il n'accélère pas, malgré sa masse. Alors, que se passe-t-il dans le monde?

Une meilleure compréhension est atteinte lorsque nous examinons un photon - et un électron, d'ailleurs - non comme une orbe rigide, ni comme une particule, mais comme une onde, comme une ondulation dans un étang.

Le photon comme une onde

Les électrons se comportant comme des ondes, après avoir été lancés à travers deux fentes, dessinent un motif d'interférence, l'empreinte digitale même des ondes, sur un écran situé devant eux.

Une particule élémentaire peut être considérée comme une perturbation ou une excitation dans son champ d'ondes correspondant. Ainsi, alors qu'un électron est une perturbation ou une excitation du champ d'électrons, un photon est une perturbation ou une excitation du champ électromagnétique. C'est une ondulation dans l'étang électromagnétique. N'oubliez pas que les ondulations provoquées par une pierre jetée dans un étang n'accélèrent pas; ils ne commencent pas comme immobiles et ne gagnent pas en vitesse progressivement. Au lieu de cela, ils rayonnent vers l’instant même où la pierre touche l’eau. Le photon ou l'onde électromagnétique se déplace déjà à 300 millions de mètres par seconde, car c'est ainsi que se comportent les ondes!

(Crédit photo: Pixabay)

Si vous trouvez cela absurde, ne vous inquiétez pas, vous n'êtes pas seul. L'absurdité provient du fait que nous avons tendance à confondre les particules de la mécanique quantique avec des objets quotidiens de masse m, qui , soumis à une force F, sont accélérés d' un m / s² . Les particules de la mécanique quantique, cependant, sont tout sauf des objets du quotidien; ils ne ressemblent à rien de ce que nous avons encore rencontré. Même le lauréat du prix Nobel et l'un des esprits les plus brillants du siècle dernier, Richard Feynman, bien qu'il ait été un pionnier de l'électrodynamique quantique (QED), a déclaré: «Si vous pensez comprendre la mécanique quantique, vous ne comprenez pas la mécanique quantique. . "