222 – qu’est-ce qu’un photon ?

EXTRAITS DE WIKIPEDIA

Le photon est le quantum d'énergie associée aux ondes électromagnétiques  qui présente certaines caractéristiques de particule élémentaire. En théorie quantique des champs, le photon est la particule médiatrice de l’interaction électromagnétique.

Les photons sont des « paquets » d’énergie élémentaires, ou quantum de rayonnement électromagnétique, qui sont échangés lors de l’absorption ou de l’émission de lumière par la matière.

Le photon est également sans masse, mais possède une quantité de mouvement. Les expériences sont compatibles avec une masse inférieure à ×10^-54 kilogramme¹, soit 5×10^-19 eV/c² (des estimations antérieures plaçaient la limite supérieure à 6×10^-17 eV/c^240,41 et 1×10^-18 ev/c²²) ; on admet généralement que le photon a une masse nulle.

Pourtant, il semble exister un paradoxe concernant cette notion à l'égard du photon. Ainsi, selon l'équation  la constante de Planck et la fréquence du rayon électromagnétique qui permet de calculer l'énergie de toute particule élémentaire, et selon l'équivalence entre l'énergie et la masse donnée par une équation , on pourrait conclure a priori que le photon présente bien une masse non nulle.  Mais cette équation ne s'applique que dans un référentiel où la particule est au repos. Comme le photon a la vitesse C (la vitesse de la lumière dans le vide) dans tous les référentiels, il faut utiliser la forme plus générale de cette équation qui prend en compte la quantité de mouvement p. Cette équation admet une masse invariable nulle à condition que E et p soient reliées par E = c•p, ce qui est bien le cas du photon ou de toute particule sans masse.

On peut représenter au premier abord les photons par des paquets d’onde : l’onde électromagnétique n’est pas une sinusoïde d’extension infinie, il y a une enveloppe d’amplitude importante encadrée par d’autres enveloppes nettement moins significatives

COMMENTAIRES

On peut comparer l’avancée fulgurante de la science physique au XXème siècle  à celle d’un corps de troupes qui se trouve désormais loin de sa base arrière : l’intendance n’a pas suivi. Ces troupes de pointe sont équipées principalement de l’arme mathématique, l’intendance c’est l’ensemble des concepts de base nécessaires justement pour consolider la conquête de ces nouveaux territoires du savoir.

Tel est par exemple le concept de photon qui est défini selon trois critères : 1) Il s’agit d’un grain d’énergie 2) C’est un corpuscule sans masse 3) on peut le représenter comme un paquet d’ondes.

1) La notion de « grain d’énergie » utilisée à l’origine par Einstein est de tous les concepts physiques le plus suprenant. On s’étonne que celui qu’on instaura comme archétype de l’intelligence suprême ait pu en user. Car que peut bien être un « grain d’énergie » ? Nous avons très longuement démontré que l’énergie n’est pas une substance mais simplement le « principe du mouvement » et suppose donc toujours qu’elle soit mesurée sur un corps. L’énergie est une abstraction nécessaire aux calculs, elle n’a pas de réalité palpable, ce n’est pas un objet physique isolable ou qu’on puisse conserver dans une boite, voire dans une particule. Dès lors, la notion de grain d’énergie pour définir le photon est un absolu non-sens, un vide de signification.

2) Ce grain d’énergie est alors évidemment sans masse puisque a priori sans réalité. La déduction d’Einstein pour démontrer cette absence de masse et tout aussi surprenante. Puisque les particules massives ne peuvent atteindre la vitesse de la lumière sans augmenter indéfiniment leur masse, ALORS, il faut que le photon soit sans masse pour pouvoir circuler à C. C’est l’absence d’une des propriétés de la matière qui définit le photon, un peu comme si on définissait le sexe masculin comme une femme sans seins. Aussi, des générations d’étudiants et de quidams n’ont cessé de poser cette question : comment un «  être » sans masse et sans réalité peut-il agir et réagir comme un objet physique réel ?

(On remarquera les contorsions mathématiques nécessaires pour faire admettre la non masse du photon afin d'échapper à l'équivalence masse/énergie qui lui en attribue une derechef)

3) Le photon est représentable comme un « paquet d’ondes » constituant une enveloppe  ayant des dimensions spatiales. Cependant, une onde n’est pas un corpuscule et la complémentarité onde/corpuscule nous signifie bien que nous avons affaire à deux objets dont le mode de détection est différent. Mais il faut surtout retenir que le photon occupe un volume dans l’espace, qu’il a donc bien une réalité physique et qu’il ne ressemble en rien à un « grain d’énergie ».

Que pouvons-nous conclure de cette critique de la représentation actuelle du photon ? C’est que la science physique, en cette étape de son histoire, devrait faire un retour aux sources, délaisser un peu son obsession mathématique et repenser ses concepts de base. Nous avons pour notre part envisager la nature du photon d’une toute autre manière en le reliant au lieu de sa genèse à savoir l’espace plein de prématière.