Champ électromagnétique et effet Doppler

[externo]

Bonjour,

Encore un fil fermé sur Futura par Deedee81 sans aucune raison.

https://forums.futura-sciences.com/phys ... ppler.html

Il m'a semblé qu'on pouvait voir le champ électromagnétique comme le champ électrique déformé par effet Doppler.
Apparemment ce n'est pas orthodoxe et Deedee81 s'est empressé de fermer le fil.

Si un électron est en mouvement, une particule test immobile ne sera pas influencée par son champ magnétique et le champ électrique de l'électron sera le champ électrique déformé par l'effet Doppler venant du mouvement de l'électron.
Si une particule test dans ce référentiel se met en mouvement, le champ magnétique qu'elle subit n'est que le correctif Doppler apporté au champ électrique du fait du mouvement de la dite particule.

Cela voudrait dire que les équations de Maxwell ne font que décrire l'effet Doppler du champ électrique.
Or ce n'est pas du tout comme ça que c'est enseigné. On enseigne que le champ électrique n'aurait pas de fréquence et ne subirait pas l'effet Doppler.

[Akine]

Douteux. Le simple fait que l'effet Doppler ne se manifeste que dans la direction du mouvement, tandis que l'accélération due au champ magnétique lui est orthogonale, suffit à lui faire perdre crédit à mes yeux.

De plus, une particule non accélérée n'émet pas de photons (réels) e.g. de type synchrotron - donc aucune vibration pouvant être modulée par une différence de vitesse.

L'électrodynamique quantique permet bien de faire apparaître des rayonnements sous la forme de photons virtuels à partir d'une particule statique, mais la direction de la force apposée par eux sur un objet chargé en mouvement n'est pas triviale à calculer et ne se limite certainement pas à un simple Doppler.

Vous remettez en question l'explication relativiste pour ça aussi ?

[Dominique18]

@ Akine

Anecdotiquement...
Fil ntéressant à suivre (à décrypter plutôt) pour les spécialistes calés, avec des recherches sur d'autres fils du même forum en question pour comprendre le pourquoi du comment de la conclusion :

https://forums.futura-sciences.com/phys ... ppler.html

[externo]

Douteux. Le simple fait que l'effet Doppler ne se manifeste que dans la direction du mouvement, tandis que l'accélération due au champ magnétique lui est orthogonale, suffit à lui faire perdre crédit à mes yeux.

De plus, une particule non accélérée n'émet pas de photons (réels) e.g. de type synchrotron - donc aucune vibration pouvant être modulée par une différence de vitesse.

L'électrodynamique quantique permet bien de faire apparaître des rayonnements sous la forme de photons virtuels à partir d'une particule statique, mais la direction de la force apposée par eux sur un objet chargé en mouvement n'est pas triviale à calculer et ne se limite certainement pas à un simple Doppler.

Vous remettez en question l'explication relativiste pour ça aussi ?

D'après ce que je comprends, une particule en mouvement possède un champ électrique plus fort par devant et plus faible par derrière par induction; ce qui peut correspondre à un effet Doppler.
Le champ magnétique induit ne fait qu'annuler cet effet Doppler. Sur l'axe du déplacement il est nul, et il augmente progressivement jusqu'à un axe de 90°, où l'effet Doppler est nul.

L'explication relativiste est incomplète. On nous dit que le champ électrique se contracte à grande vitesse. Sauf que le champ magnétique induit existe aussi à faible vitesse quand gamma = 1 et que la transformation galiléenne s'applique.
L'explication ici est beaucoup plus limpide. Le champ magnétique émane à faible vitesse de l'effet Doppler classique et à haute vitesse s'y rajoute l'effet Doppler transverse (dilatation du temps)
Si l'électron est une onde stationnaire qui émet son champ électrique sous forme d'ondes progressives sur sa fréquence propre, il est normal que ce champ soit soumis à l'effet Doppler quand l'électron se déplace.

[Akine]

D'après ce que je comprends, une particule en mouvement possède un champ électrique plus fort par devant et plus faible par derrière par induction; ce qui peut correspondre à un effet Doppler.

Vu que rot E =-dB/dt, j'aurais plutôt tendance à penser l'inverse, mais c'est un raisonnement graphique et de tête, donc à prendre avec quelques pincettes.

Une autre inhomogénéité, c'est la diminution plus abrupte (spatialement) du champ E à l'avant qu'à l'arrière, à cause de potentiel retardé.

E=mu*e/(4*pi*d^2)*(1-v/c)^2 à l'avant, et le dernier facteur a un + au lieu du - à l'arrière (de tête aussi donc pincettes également). Ça ressemble au niveau mathématique à un effet doppler au carré. Mais ràv avec l'induction (ni avec le vrai Doppler).

L'explication relativiste est incomplète. On nous dit que le champ électrique se contracte à grande vitesse. Sauf que le champ magnétique induit existe aussi à faible vitesse quand gamma = 1 et que la transformation galiléenne s'applique.

Le champ magnétique n'a de sens que si au moins une des charges est en mouvement.
La transformation n'est donc jamais strictement galiléenne. Eu égard à l'intensité extrêmement forte de l'interaction électromagnétique, nul besoin d'un gros gamma pour en observer les effets.

[externo]

J'ai laissé tomber pour le moment cette question, voici un lien vers une étude dans ce genre :
https://osf.io/wn3br/

ce qui apparaît clairement par ailleurs c'est que la géométrie de l'univers n'est pas celle de Minkowski mais des quaternions.
Les équations de Maxwells de 1873 étaient écrites sous la forme de quaternions et le champ électromagnétique était unifié comme en relativité mais avec le temps comme dimension scalaire. Maxwell n'en avait pas conscience car la relativité n'existait pas à l'époque, et lorsque Heaviside a modifié les équations il a fait sauter la partie scalaire donc le temps et à tout mélangé. Par la suite Minkowski a réintroduit le temps mais sous la forme d'un vecteur, ce qui n'était pas la chose à faire.

https://forums.futura-sciences.com/disc ... ost7120980

J'ai trouvé un article très sérieux qui modélise l'éther comme un continuum quaternionique et qui réfute l'interprétation probabiliste de la mécanique quantique grâce à cette géométrie :
https://www.mdpi.com/1099-4300/22/12/1424

[PhD Smith]

Encore un fil fermé sur Futura par Deedee81 sans aucune raison.

Apparemment tu le fatigues.

[Dominique18]

Externo ici, Trictrac là-bas, ce qui ne semble pas changer grand-chose au final.

[externo]

Deedee rentre de vacance, et la première chose qu'il fait, c'est de fermer mon fil :
https://forums.futura-sciences.com/disc ... temps.html

[Lambert85]

Bien fait !

[curieux]

L'explication relativiste est incomplète. On nous dit que le champ électrique se contracte à grande vitesse. Sauf que le champ magnétique induit existe aussi à faible vitesse quand gamma = 1 et que la transformation galiléenne s'applique.

Un gamma exactement égale à 1 n'existe pas, un simple calcul met en évidence l'existence du champ magnétique d'un flux d'électrons qui se déplacent pourtant à quelque chose comme 0.0735 mm/s dans un fil de cuivre de 1 mm² sous une intensité de 1 ampère.
La contraction relativiste extremement faible dans ce cas est pourtant suffisante, eu égard à la force de Coulomb, pour modifier la densité de charge de ce flux par rapport aux mêmes charges au repos de façon conséquente.
A mon avis, tu n'as jamais fait le calcul pour affirmer que la transformation galiléenne est de nature à lever un lièvre dans la RR.

Nul besoin d'invoquer un quelconque effet doppler pour balayer la RR sous le tapis, cf "Le cours de physique de FEYNMAN électromagnétisme 1" pages 226 et suivantes donne l'explication du phénomène, calculs à l'appuie.
On y trouve d'ailleurs l'objection à ton idée, d'une variation de la charge par rapport à sa vitesse relative à l'observateur : si c'était le cas, un bloc métallique initialement neutre, chauffé devrait se charger électriquement à cause de l'agitation thermique, ce qui n'est pas le cas.
Conclusion, si la masse apparente d'une particule change bien sous l'effet relativiste il n'en est pas de même pour la charge électrique, invariable quelque soit sa vitesse.

Comme déjà souligné, c'est la densité de charge par unité de longueur qui varie pour l'observateur, autrement dit, dans un fil electrique parcouru par un courant, les noyaux de cuivre au repos pour l'observateur conservent leur densité de charge positive alors qu'il n'en est rien pour cette meme densité de charge négative, au mètre par exemple, pour le même nombre d'électrons en mouvement.
Pourquoi ?
Parce que c'est la longueur apparente plus courte du fil dans le référentiel en mouvement qui fait la différence : je suis à cheval sur les électrons, la quantité d'électrons par mètre que je vois ne change pas, par contre je vois que le fil en mouvement relatif à moi est plus court et donc avec le même nombre de noyaux, par conséquent je vois plus de charges positives au mètre que je vois de charges négatives. Résultats: selon le sens de déplacement relatifs des électrons et selon que je m'imagine à cheval sur les électrons ou sur le fil, je constaterai soit une attractions soit une répulsion des fils.
Dans un cas ou dans l'autre, je l'imputerai soit au champ magnétique soit au champ électrique. Selon le point de vue les deux forces sont identiques.

[externo]

Un gamma exactement égale à 1 n'existe pas, un simple calcul met en évidence l'existence du champ magnétique d'un flux d'électrons qui se déplacent pourtant à quelque chose comme 0.0735 mm/s dans un fil de cuivre de 1 mm² sous une intensité de 1 ampère.
La contraction relativiste extremement faible dans ce cas est pourtant suffisante, eu égard à la force de Coulomb, pour modifier la densité de charge de ce flux par rapport aux mêmes charges au repos de façon conséquente.
A mon avis, tu n'as jamais fait le calcul pour affirmer que la transformation galiléenne est de nature à lever un lièvre dans la RR.

Ce n'est pas la contraction des longueurs qui est à l'origine du champ magnétique en règle générale, voir ici :
https://forums.futura-sciences.com/phys ... tique.html

Pour le lien avec l'effet Doppler je te dirige vers cet article :
https://osf.io/wn3br/

Il y a l'effet Doppler classique et l'effet Doppler transverse relativiste.
L'idée est que les deux entrent en jeu dans le passage du champ électrique au champ magnétique. A faible vitesse, lorsque gamma est très proche de 1, seul l'effet Doppler classique est présent, et le champ électrique magnétique semble émerger comme un effet Doppler classique du champ électrique. En gros, quand un électron se déplace son champ électrique augmente par devant et diminue par derrière en raison de l'effet Doppler qu'il subit. Mais si un autre électron se déplace devant ou derrière le premier à la même vitesse que lui, ça va effacer l'effet Doppler et cet effacement de l'effet Doppler sera appelé le champ magnétique.
Je dis ça sous toutes réserves.

[externo]

Ce que j'ai écrit dans le dernier paragraphe ci-dessus n'est pas bon.
Par contre j'ai regardé de nouveau le papier et je pense qu'il met tout simplement la relativité en échec.
Le champ magnétique semble être la manifestation de la transformation du champ électrique par effet Doppler, et si on accepte ce constat, cela remet en question le principe d'équivalence des référentiels inertiels.
En effet le champ électrique perçu par la charge en mouvement serait le champ électrique du référentiel immobile modifié par l'effet Doppler produit par le mouvement de la charge. Or, d'après la relativité d'Einstein, la charge n'est pas en mouvement dans l'éther et un tel effet Doppler ne peut pas exister. Cela entre en conflit frontal avec le postulat d'équivalence des référentiels.
Cela revient à dire que si on postule qu'il y a un référentiel immobile, alors tous les objets en mouvement par rapport à ce référentiel doivent être considérés comme étant en mouvement non seulement du point de vue du référentiel immobile mais même de leur propre point de vue.

[externo]

Je suis encore allé trop vite, ce que j'ai écrit ci-dessus n'est pas bon non plus. L'effet Doppler relativiste étant parfaitement symétrique ça n'empêche pas la charge d'imaginer que c'est la source qui se déplace. Donc c'est compatible avec l'équivalence des référentiels.
Au bout du compte le champ magnétique est un effet Doppler du champ électrique et c'est normal, puisque les transformations de Lorentz auxquels ils obéissent ne sont que la combinaison de deux effets Doppler, l'effet Doppler classique et l'effet Doppler transverse, les deux formant l'effet Doppler relativiste.

[externo]

En fait il est déjà indiqué dans cette étude sur les gouttelettes marcheuses que la force magnétique est identique à un effet ondulatoire lié à la déformation du champ électrique par le mouvement (§ 4.8 - 4.10):
https://arxiv.org/pdf/1401.4356.pdf

Thus the interaction between the droplets obeys Maxwell’s equations when it is averaged over a cycle.
This model predicts an interaction obeying the equations of magnetism, which is observed experimentally as follows.

In addition to the force of repulsion between the droplets, which obeys the same equations as those of electrostatics, there is a force of attraction when they are moving at a common velocity v parallel to the boundary. This obeys the equations of magnetism. It is like the magnetic force of attraction between two electrons moving at a common velocity parallel to one another.

Donc Deedee81 impose ses vues, ferme les fils et distribue des sanctions sur le forum de Futura sans avoir les compétences scientifiques requises.

[richard]

Au bout du compte le champ magnétique est un effet Doppler du champ électrique et c'est normal, puisque les transformations de Lorentz auxquels ils obéissent ne sont que la combinaison de deux effets Doppler, l'effet Doppler classique et l'effet Doppler transverse, les deux formant l'effet Doppler relativiste.

La transformation de Lorentz est censée gérer la relativité c’est à dire l’invariance des lois dans un changement de référentiel inertiel, la théorie de la relativité qui est basée sur cette transformation, explique la variation de la longueur d’onde d’une onde électromagnétique avec la vitesse, elle est liée au coefficient λf qui rentre en jeu dans l’expérience de Michelson-Morley (dans l’éventualité d’un éther luminifère), et dans celle de Fizeau avec un courant d’eau. Il s’agit de ce que j’appelle l’effet Fizeau (que tu appelles l’effet Doppler transverse).
Comme je l’ai dit dans ce message

La longueur d’onde d’une onde électromagnétique perçue par un observateur, λp, varie en fonction de trois facteurs kd, kf, kh: λp = kd kf kh λo. Le premier est dû à la variation de la distance entre l’émetteur et le récepteur, c’est l’effet Doppler, le second à la vitesse relative de l’émetteur par rapport au récepteur (kf <1), il a été mis en évidence par Fizeau, il est expliqué par la théorie de la relativité, le troisième à la distance entre l’émetteur et le récepteur (kh >1), c’est l’effet Hubble-Lemaître, le redshift, il est expliqué par l’expansion de l’espace.

En résumé, trois effets et trois causes différentes. Dans le cas d’une variation de distance entre émetteur et récepteur, il y a superposition des deux effets, Doppler et Fizeau, dans celui de l’observation des étoiles les trois effets peuvent même se superposer mais l’effet Hubble est prépondérant.

[externo]

En résumé, trois effets et trois causes différentes. Dans le cas d’une variation de distance entre émetteur et récepteur, il y a superposition des deux effets, Doppler et Fizeau, dans celui de l’observation des étoiles les trois effets peuvent même se superposer mais l’effet Hubble est prépondérant.

Il y a un 4e effet : le redshift gravitationnel.

[richard]

Très juste, Auguste !

[richard]

Au bout du compte le champ magnétique est un effet Doppler du champ électrique et c'est normal, puisque les transformations de Lorentz auxquels ils obéissent ne sont que la combinaison de deux effets Doppler, l'effet Doppler classique et l'effet Doppler transverse, les deux formant l'effet Doppler relativiste.

La transformation de Lorentz est censée gérer la relativité c’est à dire l’invariance des lois dans un changement de référentiel inertiel, cette théorie explique la variation de la longueur d’onde d’une onde électromagnétique avec la vitesse, elle est liée au coefficient λf qui rentre en jeu dans l’expérience de Michelson-Morley (dans l’éventualité d’un éther luminifère), et dans celle de Fizeau avec un courant d’eau. Il s’agit de ce que j’appelle l’effet Fizeau (que tu appelles l’effet Doppler transverse). La théorie de la relativité traite uniquement de cette question.
Comme je le dis dans ce message

La longueur d’onde d’une onde électromagnétique perçue par un observateur, λp, varie en fonction de trois facteurs kd, kf, kh: λp = kd kf kh λo. Le premier est dû à la variation de la distance entre l’émetteur et le récepteur, c’est l’effet Doppler, le second à la vitesse relative de l’émetteur par rapport au récepteur (kf <1), il a été mis en évidence par Fizeau, il est expliqué par la théorie de la relativité, le troisième à la distance entre l’émetteur et le récepteur (kh >1), c’est l’effet Hubble-Lemaître, le redshift, il est expliqué par l’expansion de l’espace.

[richard]

L’effet Doppler est indéniable, quant aux effets Fizeau et Hubble ils sont peut-être dûs à d’autres causes que la variation du temps avec la vitesse et à l’expansion de l’espace. Allez savoir !

[externo]

Je pense avois compris la transformation "Doppler" du champ électromagnétisme.

En fait, le champ électrique d'une charge en mouvement diminue selon gamma² autant par devant que par derrière : formule : On voit dans la formule que la réduction se fait selon `1-β²`
Le champ électrique émane de l'onde stationnaire, or cette onde est constituée de deux trains d'ondes se déplaçant en sens contraire à la vitesse `1-β` et `1+β`. Il produit donc une pulsation symétrique qui décroît comme `1-β²` avec la distance.
Contrairement à ce que j'avais pensé, cette question n'a été abordée ni chez Ellman, qui ne sait pas que l'électron est une onde stationnaire, ni dans cette vidéo, qui ne s'occupe que du point de vue d'un objet comobile avec la charge et non pas de ce que l'on observe dans le référentiel du laboratoire.

Donc le champ électrique d'une charge en mouvement est réduit de gamma² dans la direction du mouvement et il est augmenté de gamma dans le sens orthogonal.
https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_ ... orm_motion
Pourtant, si on étudie les transformations électromagnétiques pour un mouvement dans la direction des x.

`E'x = Ex`
`E'y = γ(Ey - cβBz)`
`E'z = γ(Ez + cβBy)`
`B'x = Bx`
`B'y = γ(By + β/c Ez)`
`B'z = γ(Bz - β/c Ey)`

Si dans le référentiel au repos il y a un champ électrique E et pas de champ magnétique on a :
`E'x = Ex`
`E'y = γ(Ey)`
`E'z = γ(Ez)`
`B'y = γ(β/c Ez)`
`B'z = γ(β/c Ey)`

on voit que `E'x = Ex` donc que le champ électrique n'est pas modifié quand on change de référentiel.
C'est parce que quand on change de référentiel l'espace se contracte en même temps que la charge considérée ce qui annule la réduction dans le sens du mouvement. En effet, pour une distance 2 fois plus petite, le champ est divisé par 4. Par contre comme il n'y a pas de contraction orthogonale les valeurs `E'y'` et `E'z` sont bien augmentées selon gamma. Alternativement, on peut dire qu'en fait il n'y a pas de contraction de l'espace mais que l'objet mouvant subit la dilatation du temps et la contraction des longueurs du facteur gamma, ce qui augmente globalement le champ `Ex` éprouvé de `γ²` donc compense sa diminution. Quand à `Ey` il est augmenté de `γ` par la dilatation du temps seule.

On dit que le champ magnétique n'a pas d'influence sur une charge immobile, mais cette approche obscurcie la physique sous jacente.
Le champ électrique `Ex`est réduit de gamma² et `Ey`est réduit de gamma quand la charge est en mouvement. Cela vient de ce que la vitesse aller-retour de la pulsation électrique est réduite de γ² dans la direction du mouvement et de γ dans le sens orthogonal (aberration) Or ce dernier point n'est pas observé précisément en raison de la vitesse relative de la charge maître et de la charge test immobile (Doppler), qui fait plus que compenser et donne une augmentation apparente nette de la charge `E'y'` du facteur γ. Mais ce Doppler n'est pas un effet situé dans l'axe du champ et par conséquent il n'est pas le fruit du champ électrique mais est purement cinétique et il faudrait plutôt l'affecter au champ magnétique.
Lorsque la charge test se déplace dans la même direction que la charge l'effet Doppler est réduit ce qui concourt à diminuer la répulsion et en sens inverse elle sera repoussée car l'effet Doppler sera augmenté. On voit par là que lorsque la charge test est immobile la force magnétique considérée comme nulle ne devrait pas l'être, car la force qui contribue alors à augmenter la répulsion électrique et qui masque la dilatation du temps du champ électrique ne fait pas à proprement parler partie du champ électrique mais du champ magnétique.
En fin de compte le champ magnétique donné est correct, mais il n'est pas logique de dire que la force magnétique est nulle si la charge test ne se déplace pas. Il faudrait modifier la force de Lorentz, les contributions du champ magnétique et du champ électriques à la force totale ne sont pas correctement prises en compte. Les charges responsables du champ magnétique sont en mouvement et elles subissent de ce fait une réduction de leur champ électrique. Le champ magnétique est la partie vectorielle et le champ électrique la partie scalaire. Cette modification rend cohérente l'électromagnétisme avec la métrique euclidienne, car elle permet de découper correctement les deux parties en cosinus et sinus.

Pour calculer la force de Lorentz il faudrait utiliser non pas la vitesse de la charge test par rapport au laboratoire mais la vitesse relative entre les deux charges, ce qui fait qu'une charge immobile subit le champ magnétique produit par une charge en mouvement. En compensation il faut réduire le champ électrique d'autant. Ceci est beaucoup plus clair, car l'idée que le champ magnétique n'influence que les charges en mouvement est incompréhensible. Cette part de la charge électrique qui diminue correspond à la réduction de l'énergie de masse de la charge mouvante au profit de la propulsion spatiale.
Dans le cas où on suppose un champ magnétique seul dans le référentiel du laboratoire (aimant ou électroaimant) la vitesse de la "charge" magnétique est nulle par rapport au laboratoire (les + et - s'annulent) et dans ce cas les formules normales s'appliquent puisque la vitesse des charges tests par rapport à la "charge" magnétique est la même que celle de leur vitesse par rapport au laboratoire.

Ceci est plus clair, car l'idée que le champ magnétique d'une charge électrique mouvante n'influence que les charges en mouvement est incompréhensible. Cette part de la charge électrique qui diminue correspond à la réduction de l'énergie de masse de la charge mouvante au profit de la propulsion spatiale comme mis en évidence par Ellman : viewtopic.php?t=16978&start=125#p654250.

[thewild]

Ceci est beaucoup plus clair, car l'idée que le champ magnétique n'influence que les charges en mouvement est incompréhensible.

C'est parfaitement compréhensible. Le champ magnétique c'est l'application des transformations de Lorentz au champ électrique. Par conséquent, bien évidemment qu'il ne s'applique qu'aux charges en mouvement. Pour autant qu'on comprenne ce dont on parle du moins.
Ou comment réinventer la roue en feignant de n'avoir jamais roulé à vélo...

Albert Enstein (!!!), 1905, On the Electrodynamics of Moving Bodies

[externo]

Ceci est beaucoup plus clair, car l'idée que le champ magnétique n'influence que les charges en mouvement est incompréhensible.

C'est parfaitement compréhensible. Le champ magnétique c'est l'application des transformations de Lorentz au champ électrique. Par conséquent, bien évidemment qu'il ne s'applique qu'aux charges en mouvement. Pour autant qu'on comprenne ce dont on parle du moins.
Ou comment réinventer la roue en feignant de n'avoir jamais roulé à vélo...

Albert Enstein (!!!), 1905, On the Electrodynamics of Moving Bodies

Il y avait une ambiguité dans ma phrase, je l'ai reformulée :

Ceci est plus clair, car l'idée que le champ magnétique d'une charge électrique mouvante n'influence que les charges en mouvement est incompréhensible.

Pour le reste quand tu dis

Le champ magnétique c'est l'application des transformations de Lorentz au champ électrique.

tu ne sais pas ce que ça veut dire, pour toi, c'est juste une formule que tu appliques machinalement.

[thewild]

Essayez de lire l'article d'Einstein, on en reparlera (ou pas) après.

[spin-up]

Si un électron est en mouvement, une particule test immobile ne sera pas influencée par son champ magnétique

C'est faux.
Contre exemple: L'effet Zeeman.