Conservation de la masse et explosions nucléaires dans une boîte

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 15:15

Expérience de pensée.
Une boîte totalement hermétique et indestructible contient une bombe nucléaire. Rien ne peut s'échapper de la boite (ni énergie ni matière, rien)
On pose la boîte sur une balance (la balance est posée sur terre), mettons que l'aiguille de la balance indique 10,000000000000000 kg.
Puis la bombe placée dans la boîte explose : une partie de la masse est convertie en rayonnement électromagnétique (photons) mais qui reste piégé dans la boîte.

Question : l'aiguille de la balance bouge-t-elle ? Autrement dit le poids de la boîte a-t-il changé ? Et sa masse ?
EDIT : la question est juste de savoir si l'aiguille va se stabiliser vers 9,99990000000 kg suite à la conversion d'une partie de la matière contenue dans la boîte en photons (qui comme chacun sait ont une masse nulle)

Moi je pense que l'aiguille ne bouge pas et la masse est conservée.
D'après hobb, l'aiguille bouge. Mais il a tort, n'est-ce pas ?

EDIT :
La question est juste de savoir si une partie de la masse (ou du poids) de la boîte a disparu suite à la conversion d'une partie de la matière contenue en photons (qui ont une masse nulle)
La logique de hobb est que comme les photons sont de masse nulle, ils ne contribuent pas à la masse de la boîte, d'où un défaut de masse après l'explosion.

par Stauk Sam 13 Aoû 2016 - 15:46

Le volume de la boite reste constant donc ?

La première question qu'on pourrait se poser, serait déjà de savoir si la masse est bien constante. Une fois qu'on aurait éventuellement établi cela,

je ne vois pas bien comment l'aiguille pourrait bouger, dans la mesure ou pour qu'elle bouge, il faudrait qu'une force s'applique. Bien sûr il y a bien la force d'Archimède, mais si le volume de la boite reste bien constant ...

En fait si la boite est parfaitement isolée, et avec un peu d'ingéniosité, on devrait logiquement pouvoir obtenir une superposition de la bombe explosée, et non explosée à l'intérieur. Auquel cas il semble difficile d'envisager que la boite puisse à la fois demander à l'aiguille de conserver sa position (bombe non explosée) et à la fois demander à l'aiguille de ne pas conserver sa position (bombe explosée).

Enfin ça me semble donc intuitivement assez évident, mais de là à fournir une démonstration qui tienne vraiment la route ...

par ortolan Sam 13 Aoû 2016 - 15:53

par Stauk Sam 13 Aoû 2016 - 15:59

Ortolan : ce que tu dis revient presque à mettre la boite parfaitement en équilibre sur une pointe, et se demander simplement si elle tombe au moment de l'explosion.

On pourrait donc construire une autre expérience, avec non plus une bombe, mais un petit automate à l'intérieur de la boîte. Un robot capable de se mouvoir dans cette boite immobile en équilibre sur une tête d'épingle (ou disons une pointe juste assez grosse pour que l'équilibre soit possible).

Maintenant l'automate équipé de roulettes, se met à rouler dans la boite ... est ce que la boite tombe ?

Si on pense qu'elle tombe, alors on peut sans doute espérer que l'aiguille de la balance va tout de même bouger.

Et du coup je me demande s'il est possible d'isoler totalement l'information qui est à l'intérieur de la boite, puisque si on suppose qu'on peut déterminer que "quelque chose s'est passé ou non", alors c'est que l'information est bien sortie de la boite, et donc qu'elle n'était pas parfaitement isolée.

Mhhh, j'y comprends rien ...

par **Darth Lord Tiger Kalthu** Sam 13 Aoû 2016 - 16:02

HS qui doit en démanger plus d'un:

par Stauk Sam 13 Aoû 2016 - 16:07

Kalthu a écrit:
HS qui doit en démanger plus d'un:

Donc oui, on mettrait un dispositif de Schrödinger dans une boîte, puis après un temps déterminé où le dispositif se désactive (explosé ou non), on pose la boite en équilibre instable ... si le chat est vivant, il devrait en bon chat secouer la boite ... et donc elle devrait tomber ... non ?

Donc il n'y a pas de paradoxe du coup. A moins que la boite isolée ne puisse pas tomber ... mais intuitivement, je suis complétement convaincu que mettre une boite en équilibre instable avec un chat vivant dedans relève de la science fiction !

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 16:58

Bon j'ai édité mon message car il y a avait ambiguïté sur la nature de ma question. Je me fous complètement de la dynamique qui survient suite à l'explosion (pour écarter ce problème, on peut supposer que la boite ce qui est à l'intérieur a une symétrie sphérique)
La question est juste de savoir si la boîte pèse moins lourd après l'explosion suite à la conversion de matière en photons de masse nulle.

Et j'en profite pour donner l'explication sérieuse du phénomène. Il est vrai que chaque photon pris isolément a une masse nulle, mais en relativité, la masse d'un système n'est pas égale à la somme des masses de ses constituants. Ainsi même si chaque photon a une masse nulle, le système composé de l'ensemble des photons émis dans la boite, qui ont une quantité de mouvement totale p=0, possède bien une masse non nulle.

Pour expliquer les choses de manière minimaliste : deux photons allant dans des directions opposées ont collectivement une masse non nulle, même si chacun des photons pris isolément a une masse nulle.

par Stauk Sam 13 Aoû 2016 - 17:08

Je sais pas si ta nouvelle question résous vraiment tous les problèmes, car en fin de compte la boite posée sur la balance n'est pas isolée de la balance. Si l'aiguille bouge, (suite à la dynamique de l'explosion), c'est qu'une force s'est exercée ... et donc je dirais en première approximation qu'on peut en déduire que la masse de la boite a varié.

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 17:15

Stauk a écrit:Je sais pas si ta nouvelle question résous vraiment tous les problèmes, car en fin de compte la boite posée sur la balance n'est pas isolée de la balance. Si l'aiguille bouge, (suite à la dynamique de l'explosion), c'est qu'une force s'est exercée ... et donc je dirais en première approximation qu'on peut en déduire que la masse de la boite a varié.

Heu non, si dans la boîte il y un petit bonhomme qui s'amuse à faire des sauts, l'aiguille va bouger à droite quand il va prendre appui sur ses jambes, puis à gauche quand il sera en l'air et puis à droite quand il va retoucher le sol. Mais à la fin l'aiguille va retrouver sa position initiale : ce n'est qu'un déséquilibre temporaire. Mais j'insiste, ce n'est pas cette question qui m'intéresse, même si c'est ça qui a l'air de vous amuser tous sur le forum !

par Stauk Sam 13 Aoû 2016 - 17:23

Bon donc ta question est : on prend la boite, on la pèse sur terre, on l'emmène dans l'espace, on attends que ça ait explosé à l'intérieur, on la ramène sur terre, on la repèse à nouveau, est ce que le résultat est le même ?

Ou en d'autres termes, est ce que deux boites de même masse totale ont le même poids ?

A moins que ce qui t'intéresse soit la question de savoir si la masse varie ... mais dans ce cas autant poser la question directement non ? "est ce que selon vous la masse varie" ?

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 17:31

Stauk a écrit:Bon donc ta question est : on prend la boite, on la pèse sur terre, on l'emmène dans l'espace, on attends que ça ait explosé à l'intérieur, on la ramène sur terre, on la repèse à nouveau, est ce que le résultat est le même ?

Oui voilà ! C'est exactement ça !

Stauk a écrit:
Ou en d'autres termes, est ce que deux boites de même masse totale ont le même poids ?

Voilà parce que au moment de la discussion avec hobb, il avait l'air vachement sur que la masse de la boîte variait. Alors à ce moment moi j'étais pas trop sur de quelle était exactement la définition de la masse et comment ça marchait, mais ce dont j'étais absolument à sur à 100%, c'est que la boîte serait toujours aussi difficile à accélérer (sinon il y aurait non conversation de la quantité de mouvement!)
J'ai réussi à faire entendre raison à hobb sur ce point, mais après il a insisté que même si la boîte était toujours aussi difficile à accélérer (masse inertielle non changée) et ben par contre, posée sur une balance, elle pèserait moins lourd.
Mais alors ça, c'est en contradiction avec le principe d'équivalence : égalité en masse inertielle et masse gravitationnelle, ce qui est impossible également.

par Stauk Sam 13 Aoû 2016 - 17:37

Donc en somme, tu nous apprends d'une part que deux photons de masse nulle n'ont pas forcément une masse nulle, et que par ailleurs tu es d'accord avec toi même pour nous dire que hobb avait tort ....

je ne vois pas quoi ajouter de plus !

C'est plus un témoignage qu'une question, presque. Enfin la question serait de savoir ce que pense un physicien de tout ce qu'on a dit (y compris l'affaire des deux photons donc)

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 17:43

Ben oui voilà, j'aurai voulu avoir confirmation de la part d'un (vrai) physicien que j'ai bien raison. Mais aussi j'ai cru voir qu'il y a des confusion sur certains forums de physique en anglais ou certains prétendent que la masse n'est pas conservée en relativité.
Donc si un gars à priori sérieux s'était ramené pour dire le contraire, j'aurais pu prendre un malin plaisir à l'humilier en lui montrant que je maîtrise mieux la question que lui, ce qui aurait quand même été super cool Smile

Ce qu'il faudrait peut-être ce serait demander à prince zeta ce qu'il en pense, ne serait ce que par curiosité.

par Stauk Sam 13 Aoû 2016 - 17:46

stupeflip666 a écrit:
Ce qu'il faudrait peut-être ce serait demander à prince zeta ce qu'il en pense, ne serait ce que par curiosité.

C'est une idée .. peut être par mp du coup ... vous nous raconterez !

par Sun Simiao Sam 13 Aoû 2016 - 20:36

Certain à 100% que la boîte serait nettement plus légère après l'explosion,
une partie de la masse initiale ayant été transformée en énergie cinétique. (Note qu'on ne pourrait pas arrêter totalement le rayonnement gamma, qui s'échapperait en partie de la boîte.)
C'est le principe même de la conversion masse/énergie !
"Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" : tu ne peux gagner une (énorme) activité énergétique sans perdre de la masse, lorsque tu utilises un procédé qui utilise l'énergie potentielle de l'instabilité de noyaux atomiques pour les détruire par réaction en chaîne.
La boîte perd en masse, donc en masse inertielle, elle est plus facile à accélérer. Par contre, elle a sacré paquet d'énergie enfermé en elle, et je te déconseille fortement de l'ouvrir car tu risques d'y passer -ce qui n'était pas le cas avant l'explosion ! Ca me rappelle la fin du film Kiss Me Deadly (En quatrième vitesse en VF) Smile

La photosynthèse c'est le miracle inverse : mets une jeune petite plante dans une boîte hermétique, avec l'eau qu'il lui faut, la terre... et tu verras qu'elle gagne énormément en masse en absorbant une partie de l'énergie des photons qui la frappent et qui elle, disparaît donc.
Je te conseille plutôt cette expérience, beaucoup plus écologique et que tu peux réaliser facilement ! Very Happy

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 20:59

Bon je suppose que TOUT reste dans la boîte (même si en pratique je sais bien que c'est impossible, mais il s'agit d'une expérience de pensée théorique)

Alors je vais répéter exactement ce que j'ai dit à hobb : si la boîte perd de la masse, cela signifierait qu'elle serait plus facile à accélérer n'est ce pas ?
Mais cela impliquerait une non conversation de la quantité de mouvement, par un raisonnement que je veux bien détailler. Donc c'est totalement impossible !

par Sun Simiao Sam 13 Aoû 2016 - 21:05

Oui, je veux bien que tu détailles, on verra où ça cloche Wink

A tous les coups c'est dans les prémisses, donc commence par là déjà.

(Prends mon exemple de plante dans une boîte hermétique. L'énergie est apportée par des photons de masse nulle, s'ils étaient tous présents dans la boîte au départ, ça reviendrait au même niveau masse. Et la boîte gagne en masse !
C'est tout simplement l'inverse dans la boîte théorique où se passe l'explosion nucléaire, à la différence que tous les rayonnements sont piégés dans la boîte.
Certains pensent d'ailleurs que ces réactions ayant lieu dans les trous noirs par effet gravitationnel limiteraient leur masse à un maximum. Meuh j'en sais rien, si ça tient la route comme hypothèse.

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 21:09

Sunsimiao a écrit:Certain à 100% que la boîte serait nettement plus légère après l'explosion,
une partie de la masse initiale ayant été transformée en énergie cinétique

Sunsimiao a écrit:tu ne peux gagner une (énorme) activité énergétique sans perdre de la masse

Sunsimiao a écrit:La boîte perd en masse, donc en masse inertielle, elle est plus facile à accélérer.

Et bah au moins, les choses sont claires. Donc nous sommes d'accord que nous ne sommes pas d'accord et c'est un bon début !

Alors je vais commencer par un argument d'autorité extrait de wikipédia :
"In special relativity, the conservation of mass does not apply if the system is open and energy escapes. However, it does continue to apply to totally closed (isolated) systems. If energy cannot escape a system, its mass cannot decrease. In relativity theory, so long as any type of energy is retained within a system, this energy exhibits mass."

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 21:13

Maintenant concernant la non conservation de la quantité de mouvement, voilà l'expérience de pensée que j'avais décrite à Hobb :

Au lieu d'une boite, il y a maintenant deux boite, qui sont sur une trajectoire de collision : la boite de gauche a la vitesse +v celle de droite la vitesse -v.
La seule différence, c'est que dans la boite de gauche, la bombe explose, dans celle de droite non. Sinon elles sont identiques.
Question : que ce passe-t-il quand les boites rentrent en collision ? Quelle est la quantité de mouvement du système total ?
Initialement, on a clairement q p = 0
Mais si la boite de gauche perd de la masse, ce n'est plus vrai !

par Sun Simiao Sam 13 Aoû 2016 - 21:47

Pour la question de la masse : C'est plus simple d'aller sur wiki français !
En tout cas pour moi.

"In relativity theory, so long as any type of energy is retained within a system, this energy exhibits mass."
Attention à ce exhibits ! Il signifie l'équivalence énergie/masse.
D'ailleurs "Du fait de l'équivalence masse-énergie révélée par la fameuse formule E=mc2, les physiciens spécialistes des particules utilisent la même unité de mesure pour la masse et l'énergie, en général un multiple d'électron-volt/c²"
La relativité générale est basée sur une interprétation différente de la masse, liée à une interprétation nouvelle (et géniale) de la force gravitationnelle. Comme tu dois savoir, dans ce nouveau modèle c'est l'espace-temps qui est courbé par les objets massifs, et non pas les objets qui s'attirent. Visiblement, et je n'étais pas allé aussi loin, Einstein avait dû aussi poser que la "masse" était dans ce système l'ensemble masse-énergie, et non plus la masse au sens habituel. Ce qui est la suite logique de sa fameuse équation qui pose l'équivalence des deux termes. Désormais, les deux notions forment un tout.
Et d'ailleurs, la chose anormale est que les photons de masse nulle subissent les effets gravitationnels. La théorie de la relativité générale "explique" donc le phénomène.

Pour en revenir à ce que je connais, les notions simples de la restreinte... "However, it does continue to apply to totally closed (isolated) systems. If energy cannot escape a system, its mass cannot decrease."
Oui, mais non !
Wiki français : "La relativité restreinte montre que la masse (inertielle) constitue une forme d'énergie du corps qui, dès lors, n'est pas strictement conservée : par exemple, la dissipation d'énergie sous forme lumineuse se traduit par une perte de masse qui n'est pas envisagée par la physique classique. La connaissance de la constitution de la matière offre d'autres exemples de pertes de masse par l'utilisation de l'énergie sous forme de liaisons atomiques."
La phrase anglaise doit supposer "En l'absence de réactions qui transforment la masse en énergie et vice-versa", je ne vois pas d'autre explication. C'est doit être simplement un moyen de définir un système. Ou alors, ils se sont mélangés les pinceaux entre relativité restreinte et générale et embrouillés dans les termes.
Après, dans la boîte, avec le temps, si cette boîte n'est pas idéale mais réelle, une partie de l'énergie va être retransformée petit à petit en masse, voire même la totalité.

Il n'en reste pas moins que la masse inertielle a bien changée suite à l'explosion de la bombe !

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 22:02

Sunsimiao a écrit:Pour en revenir à ce que je connais, les notions simples de la restreinte... "However, it does continue to apply to totally closed (isolated) systems. If energy cannot escape a system, its mass cannot decrease."
Oui, mais non !
Wiki français : "La relativité restreinte montre que la masse (inertielle) constitue une forme d'énergie du corps qui, dès lors, n'est pas strictement conservée : par exemple, la dissipation d'énergie sous forme lumineuse se traduit par une perte de masse qui n'est pas envisagée par la physique classique. La connaissance de la constitution de la matière offre d'autres exemples de pertes de masse par l'utilisation de l'énergie sous forme de liaisons atomiques."

En effet, et on trouve même sur wikipédia FR: "Dans les conditions « terrestres », et pour les réactions n'impliquant pas de transformation nucléaires, elle reste vraie (en très bonne approximation1). Pour les réactions impliquant une transformation nucléaire, la variation de masse correspond à une variation opposée d'une autre forme d'énergie (on parle ici de la masse au repos de la matière ; "

Donc wikipédia Français prétend effectivement que la masse n'est pas conservée. Mon interprétation, c'est que peut-être ils sont dans un cadre non relativiste, ou tout simplement ils ne maîtrisent pas le sujet ? En tout cas, wikipédia Anglais donne la réponse correcte, qu'il est possible de démontrer de mille et une manière : la masse est bien conservée en relativité restreinte. En tout cas, cela explique pourquoi hobb s'est trompé : il semble qu'il y ait effectivement beaucoup de confusion à ce sujet chez les français, j'ignore pour quelles raisons.

Sunsimiao a écrit:La phrase anglaise doit supposer "En l'absence de réactions qui transforment la masse en énergie et vice-versa", je ne vois pas d'autre explication. C'est doit être simplement un moyen de définir un système. Ou alors, ils se sont mélangés les pinceaux entre relativité restreinte et générale et embrouillés dans les termes.

Mon interprétation à moi, c'est tout simplement que wikipédia anglais est correct contrairement au français qui raconte des bêtises !

par Sun Simiao Sam 13 Aoû 2016 - 22:12

Je ne sais pas.
Ce qui est clair, c'est que la confusion provient des termes employés !
Et je ne vois pas pourquoi la masse serait conservée, alors que c'est le principe même d'équivalence masse-énergie qui est au coeur de la physique d'Einstein !
A moins, encore une fois, qu'on appelle "masse" non plus la masse inertielle seule mais l'ensemble masse-énergie.
Mais alors, la boîte où s'est produite l'explosion a bien perdu de la masse inertielle !
On revient toujours à Lavoisier !

par stupeflip666 Sam 13 Aoû 2016 - 22:22

Mais l'énergie compte comme de la masse inertielle, c'est la signification de la formule E=mc2. Il y a conservation de l'énergie ET de la masse inertielle.

Encore une fois, si la masse inertielle n'était pas conservée, cela serait en contradiction avec la conservation de la quantité de mouvement, c'est impossible.

Je pense que la confusion vient peut être du fait que en RR, la masse d'un système n'est pas égale à la somme des masses de ses constituants.
Ainsi un photon tout seul a une masse nulle, mais si tu prends deux photos allant dans des direction opposées, ils forment ensemble un système qui a une masse non nulle.
Et si tu mets ces photons dans une boîte, ils contribuent à la masse de la boîte et rendent plus difficile son accélération.

D'ailleurs il y a une vidéo sur youtube qui explique bien ce concept :
https://www.youtube.com/watch?v=gSKzgpt4HBU

par Stauk Sam 13 Aoû 2016 - 23:58

Sunsimiao a écrit: la dissipation d'énergie sous forme lumineuse se traduit par une perte de masse qui n'est pas envisagée par la physique classique. La connaissance de la constitution de la matière offre d'autres exemples de pertes de masse par l'utilisation de l'énergie sous forme de liaisons atomiques."

Excusez moi de m'incruster, mais je ne vois pas en quoi la phrase française contredit la phrase anglaise. La phrase anglaise parle de système fermé. La phrase française de conservation de la masse (pas de notion de système fermé).

Il est clair que si la boite est chauffée à blanc par l'explosion, alors elle perd de la masse (phrase française). De même que si magiquement on arrive à faire en sorte que la boite ne change pas de température,(par exemple en mesurant très très tôt après l'explosion) alors on peut aussi affirmer par le biais de la phrase anglaise qu'elle a bien conservé sa masse.

Bref je ne vois pas où vous voyez une contradiction entre les deux phrases (mais je n'ai pas vraiment lu le contexte, alors c'est peut être pour ça)

par Sun Simiao Dim 14 Aoû 2016 - 0:32

Ah OK, j'aurais appris quelque chose ! Merci ! Very Happy

J'étai parti de l'idée que, comme dans mon exemple de boîte avec une plante, les photons à l'intérieur de la boîte était comme ceux à l'extérieur de celle-ci car dans leur référentiel propre. Et c'est faux !
J'avais négligé les forces des impacts sur les bords.
C'était pourtant logique que le système soit fermé. J'ai imaginé un truc relativiste improbable qui supposait aucune interaction entre les photons et la boîte.

Conclusion : pour la boîte où l'explosion a lieu, il y a bien perte de masse, mais dans la boîte, pas "à l'extérieur" : la boîte conserve sa vitesse et son énergie totale puisque sa masse inertielle reste la même.
Dans la collision avec la boîte où l'explosion na pas eu lieu, les forces devraient bien s'annuler (sans chipoter sur la réalité physique des forces s'exerçant sur les bords etc...).
Subtile expérience de pensée ! Encore merci.

P.S. Cette question a encore semblé paradoxale et difficile à résoudre parce qu'on n'a pas précisé les référentiels dans lesquels se mesurent la masse.
Par exemple, si au centre d'une planète ont lieu des réactions nucléaires, la masse inertielle de la planète ne varie pas, alors que la masse du noyau varie ! C'est ouf, non ? Je viens de le découvrir ce soir !

par Sun Simiao Dim 14 Aoû 2016 - 12:37

La nuit portant conseil... je me suis levé les idées plus claires : rien n'est simple, tout se complique.

J'étais parti de l'idée de considérer nulles les interactions des photons avec les parois de la boîte, et donc de les désolidariser du système boîte : c'était faux.
Mais l'idée que la totalité de la masse inertielle de la boîte de départ se retrouve grâce à ces interactions est sans doute fausse elle aussi, et peut-être même largement. En effet, cette énergie ne s'exprime que lorsque les photons rebondissent contre les parois de la boîte. Si ça se trouve, c'est en effet quasi négligeable comme je le pensais au départ, si ça se trouve, non, et ça va dépendre car plus la boîte sera grande moins cette action sera importante, car plus les trajets des photons sera long d'un bord à l'autre.
Imaginons que la boîte fasse la taille d'une galaxie, que la majorité de la masse soit au centre, et qu'elle disparaisse dans sa plus grande part dans des réactions nucléaires cataclysmiques : il va falloir un temps loin d'être négligeable pour que les photons atteignent les bords de la boîte. Pendant ce temps là, quelle est la masse inertielle de la boîte ? Bon, elle va varier férocement lorsque les photons atteindront enfin les bords. Et encore : imaginons qu'on ne sait pas pourquoi, ces cons sont tous allés dans la même direction, et qu'on accélère entre-temps la boîte dans cette même direction. Lorsqu'il atteindront leur bord, ça va aider l'accélération... Va falloir attendre leur retour pour qu'ils exercent une force contraire.
Bref, le mouvement des particules à l'intérieur de la boîte crée forcément un phénomène relativiste dans la boîte qui va rejaillir sur ses interactions avec l'extérieur. Les particules, ayant une masse nulle, et en plus allant très vite -et même à la limite autorisée- ne sont plus solidaires du système boîte comme de la matière soumise au champ de gravitation. Elle sont à la fois comme dans (lorsqu'elles en heurtent les bords) et hors de la boîte (le reste du temps, à moins d'interaction faisant réapparaître de la masse !).
Keske vous en pensez ?
Pour les fanatiques de la conservation de la quantité de mouvement : : les photons étant essentiellement désolidarisés du système boîte (qui formait un tout par les forces gravitationnelles), la quantité de mouvement est conservée, mais il faut dorénavant considérer les photons à part et ajouter leur quantité de mouvement propres à l'énergie de la boîte.
La boîte est bien plus légère, parce que les photons sont vraiment des particules bizarres !

Faudrait vraiment demander l'avis d'un physicien très calé qui a du temps à perdre Razz

par stupeflip666 Dim 14 Aoû 2016 - 12:57

OK alors voilà ce que j'en pense à chaud sans avoir approfondi la question.

Déjà au lieu de photons tu pourrais faire exactement le même raisonnement avec des particules de matière : comme par exemple une boîte pleine d'air ?

Le moyen le plus simple de raisonner à mon avis est de considérer la quantité de mouvement totale boite+photons qui elle devrait rester constante.

Il est indispensable de considérer que la boîte toute seule a une masse non nulle, sinon elle est sensée se déplacer à la vitesse C (un truc de masse nulle va forcément a la vitesse C sinon incohérence logique)

Et avec un peu de chance, tout ça devrait aller vers le sens qu'il n'y a pas de paradoxe et que la masse de la boîte ne change pas après l'explosion Smile

par Sun Simiao Dim 14 Aoû 2016 - 13:04

Oui mais, Stupe, les photons ne sont pas des particules comme les autres justement !
Le système boîte a un sens lorsque toutes les particules sont liées par les forces gravitationnelles.
Mais les particules qui vont à l'intérieur de la boîte à la vitesse de la lumière n'ont d'interaction avec ce système que lorsqu'elle interagissent avec la matière de ce système. Le reste du temps, c'est comme si elles n'étaient pas là. Elles ne font plus partie du système boîte, elles sont juste piégées par celui-ci.

par Stauk Dim 14 Aoû 2016 - 13:30

Je comprends pas tout ce que vous racontez, mais je remarque tout de même que les photons se propagent à la même vitesse que l'information. Et la masse, c'est aussi de l'information. En clair si une masse disparaissait, l'influence de cette disparation sur le monde, ne pourrait au plus qu'aller aussi vite qu'un photon. C'est à dire que au moment où la paroi de la boîte apprend que la masse à l'intérieur à disparu, paf, un photon vient cogner (ou rebondir j'imagine)!

Enfin j'y comprends rien quoi, mais c'est quand même amusant, même quand on y comprend rien la relativité !

par stupeflip666 Dim 14 Aoû 2016 - 13:49

Sunsimiao a écrit:Oui mais, Stupe, les photons ne sont pas des particules comme les autres justement !
Le système boîte a un sens lorsque toutes les particules sont liées par les forces gravitationnelles.
Mais les particules qui vont à l'intérieur de la boîte à la vitesse de la lumière n'ont d'interaction avec ce système que lorsqu'elle interagissent avec la matière de ce système. Le reste du temps, c'est comme si elles n'étaient pas là. Elles ne font plus partie du système boîte, elles sont juste piégées par celui-ci.

Alors là, j'ai aucune idée de pourquoi tu parles de forces gravitationnelles. On peut imaginer que la boîte est toute seule dans l'espace non ? Qu'est ce que la gravité a à voir avec le truc ?
Sinon un système, c'est quelque chose de conceptuel, j'ai le droit de mettre ce que je veux dedans. Le concept important c'est de savoir si ce système est isolé ou pas, et là ça va dépendre de ce que j'ai choisi de considérer comme faisant partie de ce système ou pas.
Ainsi quand je considère le système boîte+photons et bien ce système est isolé, c'est ce qui le rend pertinent.
Mais si je considère le système boîte toute seule, ben j'ai tout à fait le droit, mais par contre ce n'est plus un système isolé (à cause des photons qui vont interagir/ricocher avec la boîte)

par Stauk Dim 14 Aoû 2016 - 14:00

Y a quand même un lien entre masse et gravitation. Si la masse change, alors on peut présumer qu'un graviton ou un autre soit émis. Enfin j'imagine. A moins que le graviton ne corresponde pas à une variation de la masse, mais à tout à fait autre chose. Je sais même pas en fait ...

En tout cas il y a bien un rapport entre masse de la boîte, gravitation, et gravitons (potentiellement émis), ça je suis prêt à le parier ! (pari d'ami, j'ai plus un rond).

D'ailleurs je me demandais : comment on s'isole de la gravitation, pour faire une expérience de physique sans perturbation (genre isoler une boîte)?

par stupeflip666 Dim 14 Aoû 2016 - 14:07

Stauk a écrit:Y a quand même un lien entre masse et gravitation. Si la masse change, alors on peut présumer qu'un graviton ou un autre soit émis. Enfin j'imagine. A moins que le graviton ne corresponde pas à une variation de la masse, mais à tout à fait autre chose. Je sais même pas en fait ...

En tout cas il y a bien un rapport entre masse de la boîte, gravitation, et gravitons (potentiellement émis), ça je suis prêt à le parier ! (pari d'ami, j'ai plus un rond).

D'ailleurs je me demandais : comment on s'isole de la gravitation, pour faire une expérience de physique sans perturbation (genre isoler une boîte)?

On "s'isole" de la gravitation en se plaçant dans un référentiel en chute libre. D'après le principe d'équivalence, c'est équivalent à l'absence de gravitation et c'est ce concept qui est à la base de la relativité générale. Par exemple scest facile d'en déduire la courbure des rayons lumineux par la gravitation : dans un référentiel en chute libre, les rayons lumineux doivent avoir une trajectoire rectiligne (comme si il n'y avait pas de gravité) et ça implique que dans un référentiel qui n'est pas en chute libre, ils auront une trajectoire courbe.

Sinon la masse n'est jamais sensée changer, c'est une quantité invariante. En revanche elle peut être accélérée et je crois que c'est dans ce cas là que des gravitons sont sensés être émis, mais j'avoue que c'est pas super clair pour moi. Probablement c'est similaire à ce qui se passe avec les charges électriques et le champ électro-magnétique ?

par Stauk Dim 14 Aoû 2016 - 14:14

stupeflip666 a écrit:
Sinon la masse n'est jamais sensée changer, c'est une quantité invariante. En revanche elle peut être accélérée et je crois que c'est dans ce cas là que des gravitons sont sensés être émis, mais j'avoue que c'est pas super clair pour moi. Probablement c'est similaire à ce qui se passe avec les charges électriques et le champ électro-magnétique ?

Le fond de la question, c'est de savoir si quand un chat se promène dans une boite isolée, ça émet ou non des gravitons. Si ça en émet (accélérations du chat), alors c'est pas vraiment pareil que si ça n'en émet pas (invariance de la masse).

Et même je vais plus loin, si des gravitons sont émis, je présume qu'une partie de l'énergie de la boîte en profite pour s'échapper. Ce qui voudrait dire grosso modo qu'une accélération est toujours dissipatrice; Autant dire qu'il devient clair que durant l'explosion il y a également accélération .... donc émission de gravitons, et déperdition de masse.

D'où ma question, comment est ce qu'on créé en pratique une boite capable de refléter ces gravitons, afin d'éviter la perte de masse associée ?

Enfin tout ça est bien spéculatif de ma part, et je ne suis sûr de rien ... (même pas sûr qu'on ait déjà le droit de parler de graviton au sens de ce qui a été prouvé expérimentalement en fait ... je ne me suis pas du tout intéressé au foin médiatique autour de des ondes gravitationnelles).

par Sun Simiao Dim 14 Aoû 2016 - 14:29

Ce que je voulais dire c'est que le système boîte est un système parce que les forces gravitationnelles relient ses éléments.
A moins d'être accélérée, ce qui est à l'intérieur n'est pas collé contre un bord du fait du mouvement rectiligne uniforme, n'est-ce pas ? C'est parce que tout se tient par les forces gravitationnelles.
Mais les photons de masse nulle (à supposer que ce soit le cas Wink

) eux, comment les considérer ? Ils sont bien géographiquement dans le système, mais ils n'y sont plus reliés ! Ils ne font qu'interagir ponctuellement avec.
Encore une image : l'explosion a lieu près d'un bord. La masse inertielle de la boîte va donc maintenant varier en fonction du sens de l'accélération et du temps !
Bref, il faudrait poser notre problème à un vrai spécialiste de la relativité...

par Stauk Dim 14 Aoû 2016 - 14:34

Sunsimiao a écrit:Ce que je voulais dire c'est que le système boîte est un système parce que les forces gravitationnelles relient ses éléments.
A moins d'être accélérée, ce qui est à l'intérieur n'est pas collé contre un bord du fait du mouvement rectiligne uniforme, n'est-ce pas ? C'est parce que tout se tient par les forces gravitationnelles.
Mais les photons de masse nulle (à supposer que ce soit le cas ) eux, comment les considérer ? Ils sont bien géographiquement dans le système, mais ils n'y sont plus reliés ! Ils ne font qu'interagir ponctuellement avec.
Bref, il faudrait poser notre problème à un vrai spécialiste de la relativité...

Ce sont les forces électriques (et nucléaires) qui relient les éléments. La force de gravitation est anecdotique à l'échelle d'une boîte (sauf si on veut être vraiment très très tatillon, mais expérimentalement, on aucun moyen de mesurer je crois .... ). En tout état de cause, on a pas besoin de postuler que la gravitation a une influence, pour obtenir un système boîte + contenu.

par Sun Simiao Dim 14 Aoû 2016 - 14:39

OK, je vois les choses en grand ! Une grande boîte, pour faire une belle explosion, et des photons qui ont de l'espace pour bouger...
Dans une petite boîte, les photons vont se cogner de partout, et reformer de la matière massive...

par Stauk Dim 14 Aoû 2016 - 14:57

Sunsimiao a écrit:OK, je vois les choses en grand ! Une grande boîte, pour faire une belle explosion, et des photons qui ont de l'espace pour bouger...
Dans une petite boîte, les photons vont se cogner de partout, et reformer de la matière massive...

Je crois pas que la taille de la boîte change grand chose à l'affaire... maintenant c'est sur que si elle est vraiment très très grande, c'est plus difficile de négliger les forces de gravitation. D'ailleurs comme il ne donne aucune information sur la taille de la boite, on peut bien imaginer que c'est une grosse boite, avec une grosse étoile à l’intérieur, et l'explosion est la transformation en supermamienovae , avec les photons dans la fréquence gamma.

Au moins maintenant on est clair que y a bien émission d'ondes gravitationnelles !
Bon, la question initiale porte essentiellement sur la constance de la masse de l'ensemble, sauf que je ne sais plus trop comment on peut la définir, sinon justement par la courbure de l'espace à l'extérieur de la boîte. Si on accélère la boite de façon non uniforme (on l'accélère quoi ...) alors l'étoile à l'intérieur va bouger à l'intérieur de la boîte, ce qui risque d'avoir des conséquences.

Si on accélère la boîte, avec une supernovae à l'intérieur, je ne sais pas non plus exactement comment ça se passe, tout ça semble bien compliqué. On ne peut évidemment pas espérer accélérer l'ensemble boîte + contenu sans provoquer de changements à l'intérieur, puisque ça reviendrait à ne rien accélérer du tout ....
Au moment où on effectuera l'accélération de la boîte, le statut interne explosé/non explosé devrait apparaître par le biais du profil de l'accélération (mettons on mets des fusées ariane 5 sur un coté de la boite pour pousser), ça ne sera pas le même mouvement, en fonction de comment c'est fichu à l'intérieur.

Par contre on aura ptet (si on suppose que tout se passe comme stup le prévoit) à peu près la même accélération moyenne au début, et l'accélération obtenue à dépense de carburant Ariane 5 égal, devrait correspondre pour les deux boîtes (mettons y en a deux, et elles font la course)

Après je me rends bien compte que ce n'est pas là le débat initial, mais je ne vois pas trop comment on peut aborder le débat initial, sans essayer d'examiner les détails de la question, tels qu'ils se présentent. Déjà que c'est pas bien facile de comprendre l'ensemble du truc, si en plus on ne pose pas les bonnes questions ...

par offset Dim 14 Aoû 2016 - 16:35

Un sujet super intéressant !
kalthu, Mdr pour le HS Pété de rire

par stupeflip666 Dim 14 Aoû 2016 - 19:46

Stauk oui c'est intéressant ton histoire de dissipation de l'énergie par ondes gravitationnelles. Je maîtrise pas assez bien le sujet. Mais dans tous les cas, j'envisageais une petite boîte ou les effets gravitationnels seraient négligeables.

Sinon je pense que la bonne approche est de considérer que l'intérieur de la boite est uniforme (sinon on nage en plein délire et la boîte peut se mettre à vibrer et à bouger dans tous les sens autrement dit on peut oublier toute analyse mathématique du truc!)

Et Sunsimiao je ne comprends pas cette obsession pour une quelconque connexion gravitationnelle entre les éléments du système : ça n'a aucune importance et d'ailleurs on pourrait imaginer un monde ou il n'existerait pas de force gravité, serait-il interdit dans ce monde de faire de la physique et considérer des systèmes composites ??

Dans tous les cas, comme je l'ai déjà dit, la pression de radiation due aux photons est en tout point similaire à celle qui serait exercée par de l'air dans une boîte. J'espère que tout le monde est d'accord qu'une boîte contenant de l'air est plus difficile à accélérer qu'une boîte vide !

Et d'ailleurs, même si on s'en fout, les photons aussi ont un effet gravitationnel car ils ont de l'énergie. La boîte après l'explosion a exactement le même effet gravitationnel sur son environnement qu'avant !

par Stauk Dim 14 Aoû 2016 - 19:51

Avec cette histoire de dissipation gravitationnelle, je me demandais : si on lance une galaxie autour d'une autre, et qu'elle se mettent à tourner, et ce que ce mouvement de rotation entraine une dissipation par émission d'ondes gravitationnelles ?

T'en penses quoi ?

Aie, pas taper

par stupeflip666 Dim 14 Aoû 2016 - 19:53

Stauk a écrit:Avec cette histoire de dissipation gravitationnelle, je me demandais : si on lance une galaxie autour d'une autre, et qu'elle se mettent à tourner, et ce que ce mouvement de rotation entraine une dissipation par émission d'ondes gravitationnelles ?

T'en penses quoi ?

Aie, pas taper

Sans aucun doute, c'est exactement ce que j'ai lu à ce sujet. Les ondes gravitationnelles sont précisément dues à des trucs massifs qui tournent très vite !

par Stauk Dim 14 Aoû 2016 - 21:39

stupeflip666 a écrit:
Stauk a écrit:Avec cette histoire de dissipation gravitationnelle, je me demandais : si on lance une galaxie autour d'une autre, et qu'elle se mettent à tourner, et ce que ce mouvement de rotation entraine une dissipation par émission d'ondes gravitationnelles ?
T'en penses quoi ?
Aie, pas taper
Sans aucun doute, c'est exactement ce que j'ai lu à ce sujet. Les ondes gravitationnelles sont précisément dues à des trucs massifs qui tournent très vite !

Du coup, au bout d'un moment, tout ça s’effondre ? Pas de mouvement perpétuel du tout du tout ?! L'immobilité totale en fin de chaîne ?

par Invité Lun 15 Aoû 2016 - 21:22

On va faire simple.

La masse de la boite avant la réaction matière anti matière est constante, jusqu'à la réaction.
La réaction est effective : une partie de la masse a disparu et a été convertie en un rayonnement isotrope dans la boite.

La masse effective (i.e. le ratio force / accélération) ne bouge pas (une accélération sur un rayonnement de cette densité aura un impact au niveau des bords de la boite : ça red-shiftera d'un coté, blue-shiftera de l'autre, la force de contre réaction de la boite en moyenne restera constante.
La masse grave, i.e. mesurable par F = Gmm'/r², elle changera, le vecteur de l'interaction gravitationnel changeant aussi.

La RG explique très bien tout ça, et c'est le genre d'expérience de pensée qui est un cas d'école en fac, ce type de question ça fait 50 ans qu'on connait déjà la réponse (et qu'on la mesure, donc que c'est validé).

Maintenant, ne pas etre d'accord avec un modèle qui est conforme aux observations :
- soit tu n'es pas d'accord avec les observations, et dans ce cas explique nous où les mesures sont foireuses.
- soit je ne vois pas.

par Sun Simiao Lun 15 Aoû 2016 - 22:48

Ah, hé bien voilà !
Merci Hobb ! Very Happy

Il y a donc disjonction entre masse grave (itationnelle) et masse effective (inertielle, donc). J'avais bien tort sur ce coup ! Je pensais les deux forcément liées, d'où bug.

Mais heu, si dans la boîte on construit un mini LHC dans lequel sont piégées les particules émises par l'explosion, tournant sans fin en rond sans jamais toucher les bords de la boîte ? quid de la masse effective ?

par Invité Lun 15 Aoû 2016 - 23:48

C'est un problème de définition. En fait la masse "effective" diffère de la masse grave pour la simple raison qu'un autre phénomène intervient. S'il y avait un ressort qui retenait la boite, la masse "effective" serait aussi différente : une partie de la force utilisée pour accélérer le système est contrebalancée par un ressort. Là c'est sensiblement pareil : le travail de la force part en partie dans une modification de l'énergie du rayonnement.

Parti de ce fait, on peut remettre toutes les définitions au bon endroit avec leurs bonnes évolutions. L'énergie totale du système(mc² + p²c4, indispensable pour prendre en compte le rayonnement, dans ce cas, est constant [si pas de travail extérieur]).

Pour le confinement magnétique : action / réaction. Si tu accélères les bobines, qui entraînent les particules, par réaction les particules repoussent les bobines. Que ce soient des miroirs, du magnétique, de l'électrostatique ou quoique ce soit d'autre, c'est pareil.

par Invité Lun 15 Aoû 2016 - 23:54

stupeflip666 a écrit:
Stauk a écrit:Avec cette histoire de dissipation gravitationnelle, je me demandais : si on lance une galaxie autour d'une autre, et qu'elle se mettent à tourner, et ce que ce mouvement de rotation entraine une dissipation par émission d'ondes gravitationnelles ?

T'en penses quoi ?

Aie, pas taper

Sans aucun doute, c'est exactement ce que j'ai lu à ce sujet. Les ondes gravitationnelles sont précisément dues à des trucs massifs qui tournent très vite !

Non, du à un dipole. Un truc qui tourne très vite ça ne fera rien. Un qui oscille ou deux l'un autour de l'autre, ça rayonnera. C'est le principe des antennes.

par stupeflip666 Mar 16 Aoû 2016 - 0:21

L'égalité entre masse grave et masse inertielle, ça s'appelle le principe d'équivalence, c'est expérimentalement vérifié et c'est là dessus qu'est construite la relativité générale.

"Le principe d'équivalence faible dit que la masse inertielle et la masse gravifique sont égales quel que soit le corps"

https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_d%27%C3%A9quivalence

Ensuite il n'y a pas 36000 définitions de la masse en RR :
IL y a la masse relativiste qui est aujourd'hui considérée comme obsolète.
Il y a la masse (la vraie) aussi appelée masse au repos ou masse invariante. Elle est égale à la masse inertielle (pour un corps immobile) et à la masse grave.
C'est une grandeur invariante (la même dans tous les référentiels) et conservée (au cours du temps)
Sa définition est très simple :
L'énergie totale d'un système dépend du référentiel, la plus petite énergie que peut avoir un système parmi tous les référentiels possible s'appelle l'énergie de masse : c'est l'énergie qu'il est impossible d'annuler par changement de référentiel. En divisant par c^2 on obtient la masse.
Ainsi un photon a une masse nulle car il est possible de le décaler vers le rouge jusqu'à annuler totalement son énergie par changements de référentiels.
En revanche il est impossible de faire la même chose avec un système de deux photons allant dans des directions différentes, c'est pourquoi un tel système possède une masse (qui n'est donc pas égale à la somme des masses de ses constituants)

hobb a écrit:On va faire simple.

La masse de la boite avant la réaction matière anti matière est constante, jusqu'à la réaction.
La réaction est effective : une partie de la masse a disparu et a été convertie en un rayonnement isotrope dans la boite.

La masse effective (i.e. le ratio force / accélération) ne bouge pas (une accélération sur un rayonnement de cette densité aura un impact au niveau des bords de la boite : ça red-shiftera d'un coté, blue-shiftera de l'autre, la force de contre réaction de la boite en moyenne restera constante.
La masse grave, i.e. mesurable par F = Gmm'/r², elle changera, le vecteur de l'interaction gravitationnel changeant aussi.

La RG explique très bien tout ça, et c'est le genre d'expérience de pensée qui est un cas d'école en fac, ce type de question ça fait 50 ans qu'on connait déjà la réponse (et qu'on la mesure, donc que c'est validé).

Maintenant, ne pas etre d'accord avec un modèle qui est conforme aux observations :
- soit tu n'es pas d'accord avec les observations, et dans ce cas explique nous où les mesures sont foireuses.
- soit je ne vois pas.

par Invité Mar 16 Aoû 2016 - 10:53

Je répète : une masse apparente est une masse que tu déduis par la difficulté du système à accélérer. Rien à voir avec la masse grave [si un rayonnement est à prendre en compte, ce qui est le cas ici]. par exemple, une structure dans un fluide a une masse ajoutée non nulle, due au fluide, et aura donc une masse apparente différente.

Ne mélangeons pas tout, le principe d'équivalence entre masse grave et inertielle, c'est autre chose (et ce n'est pas remis en cause ici).

Quant à l'énergie totale du système, elle ne bouge pas d'un iota.

par Stauk Mar 16 Aoû 2016 - 12:02

les physiciens spécialistes des particules utilisent la même unité de mesure pour la masse et l'énergie, en général un multiple d'électron-volt/c², ce qui est rendu indispensable par l'observation quotidienne, dans les accélérateurs de particules, de la transformation de l'énergie en ses différentes formes : masse, énergie cinétique, énergie de liaison, lumière

https://fr.wikipedia.org/wiki/Masse

Sur wikipedia masse apparente ridirige vers "poids apparent"
https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Masse_apparente&redirect=no

https://fr.wikipedia.org/wiki/Poids#Poids_apparent

Il existe principalement deux situations dans lesquelles la notion de poids apparent est pertinente :

en cas de poussée d'Archimède non négligeable,
en cas d'étude dans un référentiel en mouvement accéléré ou en mouvement de rotation dans le référentiel terrestre et nécessitant la prise en compte, d'une force d'inertie d'entraînement supplémentaire ; c'est le cas par exemple d'une étude dans un référentiel lié au cockpit d'un avion ou à l'habitacle d'une voiture.

@hobb : je ne comprends pas pourquoi un corps céleste qui tourne sur lui même ne se dissiperait pas, à moins qu'il ne soit parfaitement homogène (ce qui en pratique n'est pas possible).

par Invité Mar 16 Aoû 2016 - 12:11

Stauk a écrit:

Il existe principalement deux situations dans lesquelles la notion de poids apparent est pertinente :

en cas de poussée d'Archimède non négligeable,
en cas d'étude dans un référentiel en mouvement accéléré ou en mouvement de rotation dans le référentiel terrestre et nécessitant la prise en compte, d'une force d'inertie d'entraînement supplémentaire ; c'est le cas par exemple d'une étude dans un référentiel lié au cockpit d'un avion ou à l'habitacle d'une voiture.

Ce qui est exactement ce que j'ai dit. En l’occurrence l'inertie d’entraînement supplémentaire, c'est un rayonnement dans la boite.