Les champs électromagnétiques classiques transportent de l'énergie et de l'élan et provoquent donc une courbure de l'espace-temps. Par exemple, le champ EM autour d'un trou noir chargé est pris en compte lors de la recherche des métriques Reissner-Nordstrom et Kerr-Newman.

La question de savoir si les photons provoquent une courbure de l'espace-temps est une question de gravité quantique , et nous n'avons aucune théorie acceptée de la gravité quantique. Cependant, nous avons des méthodes standard pour quantifier les perturbations linéaires en une métrique, et des revues réputées comme Physical Review D ont publié des articles sur la diffusion photon-photon médiée par graviton, comme celui-ci de 2006. Si tel les calculs ne sont plus courants, c'est une nouvelle pour moi. Étant donné que les photons ont de l'énergie et de l'élan, cela me surprendrait s'ils n'induisent pas de courbure.

Je note également que l'expansion de l'univers primitif "dominé par les radiations" a été causée par ce qui est généralement décrit comme un gaz photon et pas comme un champ électromagnétique classique . Ainsi, l'idée que les photons plient l'espace-temps fait partie de la cosmologie courante, comme le modèle standard Lambda-CDM.

Enfin, l'idée d'un kugelblitz n'a aucun sens pour moi à moins que les photons ne plient l'espace-temps.

Donc, dans Rennie contre Safesphere, je suis du côté de Rennie, mais j'ai hâte que Safesphere défende sa position dans une réponse concurrente.

Addendum:

Safesphere a refusé de répondre; dans un commentaire désormais supprimé, il a déclaré que la réponse de knzhou explique le désaccord. Je ne suis pas d’accord. Je ne suis pas d'accord avec Knzhou pour dire que «plie l'espace-temps» est vague. Il est communément compris par la plupart des physiciens comme signifiant «contribue au tenseur énergie-impulsion sur le côté droit des équations du champ d'Einstein». Et la plupart des physiciens pensent que les vrais photons font exactement cela, pour les raisons que Ben Crowell et moi avons exposées.

En relativité générale classique, les champs électromagnétiques plient l'espace-temps. Ils ont un tenseur d'énergie de contrainte non nul, et les équations du champ d'Einstein relient l'énergie de contrainte à la courbure.

Nous avons même des preuves expérimentales assez directes que les champs électromagnétiques interagissent gravitationnellement de cette manière, à partir d'expériences de type Cavendish. Voir Kreuzer, Phys. Rev. 169 (1968) 1007, qui peut être interprétée comme confirmant l'exactitude du couplage de la gravité aux composantes de pression de l'énergie-contrainte. Pour une discussion sur Kreuzer et des tests similaires, y compris la télémétrie laser lunaire, voir Will, « La confrontation entre la relativité générale et l'expérience», L'expérience de Kreuzer est abordée dans la section 4.4.3.

Nous pouvons également confirmer que cela vaut pour les ondes électromagnétiques, pas seulement pour les champs statiques. Une confirmation empirique de ceci vient du fait que les modèles de nucléosynthèse du big bang (BBN) s'accordent assez bien avec les données observées sur des choses comme le rapport H / He; pendant la période BBN, la gravité cosmologique était dominée par les radiations.

Ce serait également extrêmement problématique si les rayons lumineux ne produisaient pas de champs gravitationnels, car nous avons des études détaillées confirmant que la lentille gravitationnelle fonctionne comme prévu par GR. Si le champ gravitationnel de la matière affectait l'élan des rayons lumineux, mais pas l'inverse, alors la conservation de l'élan serait violée. Ce genre de chose est discuté dans la section 4.1.1 de Will, et est paramétré par $ \ gamma $ dans le framework PPN. Diverses expériences contraignent $ \ gamma $ à être égal à la valeur GR à environ 10 $ ^ {- 4} $ .

Il n'y a aucune raison de penser que la situation est différente lorsque le champ électromagnétique est quantifié.Par le principe de correspondance, les photons doivent produire des champs gravitationnels lorsque les conditions sont telles que la théorie classique est une bonne approximation (états cohérents avec beaucoup de photons).Dans le cas où la théorie classique est invalide, et nous avons vraiment besoin de parler de photons, le mieux que nous puissions faire actuellement, faute d'une vraie théorie de la gravité quantique, est la gravité semi-classique.La gravité semi-classique fonctionne en remplaçant le tenseur énergie-contrainte $ T $ dans les équations du champ d'Einstein par sa valeur d'espérance $ \ langle T\ rangle $ . $ \ langle T \ rangle $ peut facilement être différent de zéro.

Imaginez un corps sphérique isolé, sphérique et homogène quelque part dans l'espace extra-atmosphérique et avec une vitesse nulle (vu depuis un référentiel inertiel local). Si nous laissons un faisceau parallèle (pour créer plus d’énergie) d’un grand nombre de faisceaux laser continus à haute énergie (chaque faisceau constitué de photons réels cohérents dans l’espace et le temps; voir ici) transmettre cette masse D'un côté, ce faisceau va, en raison de la courbure de l'espace-temps autour de l'objet massif, changer de direction vers l'objet.

Cela signifie que le bundle "sortant" n'est pas parallèle au bundle "entrant". En d'autres termes, la quantité de mouvement du faisceau (et les photons le constituant) a changé de direction. Ceci, à son tour, signifie que la quantité de mouvement de l'objet massif a changé également pour compenser le changement de vitesse du faisceau laser. La seule façon pour cet objet massif d'acquérir cet élan (les trois forces de base ne sont pas impliquées ici) est à cause d'un espace-temps courbe produit par les lasers à faisceau qui se compose de photons réels.

Sans le faisceau de photons, la courbure autour de la masse est sphérique symétrique, comme Peter A. Schneider l'a écrit à juste titre dans un commentaire ci-dessous. Le seul moyen pour le corps massif d'acquérir de l'élan est lorsque la courbure de l'espace-temps "qui l'entoure" est asymétrique. Il est évident que le faisceau laser est responsable de cette asymétrie. Ce qui signifie photons do courbe espace-temps.

EDIT Dans la réponse donnée ci-dessous par Ben Crowell (quelqu'un qui sait de quoi il parle) j'ai lu:

Ce serait également extrêmement problématique si les rayons lumineux ne produisaient pas de champs gravitationnels, car nous avons des études détaillées confirmant que la lentille gravitationnelle fonctionne comme prévu par GR.Si le champ gravitationnel de la matière affectait l'élan des rayons lumineux, mais pas l'inverse, alors la conservation de l'élan serait violée.Ce genre de chose est discuté dans la section 4.1.1 de Will et est paramétré par γ dans le cadre PPN.Diverses expériences contraignent γ à être égal à la valeur GR à environ 10−4.

Maintenant, je ne me soucie pas trop de la réputation de quelqu'un et de souligner: "Mais le célèbre M. X a dit ..." mais dans ce cas, je trouve étrange que personne n'ait dit que son argumentce que je pense évidemment que c'est not).Bien sûr, il a également donné beaucoup d'autres informations intéressantes mais néanmoins ...

Les deux affiches sont correctes et leurs réponses ne sont pas en contradiction.Ils parlent simplement de régimes très différents.Un champ électromagnétique classique génère une courbure métrique, tandis qu'un seul photon isolé ne génère pas de gravitons réels.Ici, safesphere fait référence à cet article et le transfère à la gravité linéarisée, qui est une approche parfaitement bien définie de la gravité quantique à basse énergie.

Pour un exemple plus familier, considérons un atome isolé dans son état fondamental.Ce système ne peut pas générer de vrais photons, car il est déjà à l'état fondamental.Mais à de grandes distances, on peut mesurer un champ électrique, c'est-à-dire qu'il y a un moment dipolaire.La même chose se passe ici.

La seule contradiction entre les énoncés est un point purement sémantique de ce que signifie "photons pour plier l'espace-temps", une phrase qui n'a de toute façon jamais été parfaitement définie.Bien sûr, les champs électromagnétiques peuvent se coupler à la gravité, comme nous le savons grâce à des tests expérimentaux.

L'un d'eux dit que les photons plient l'espace-temps, car ils ont de l'énergie de stress, mais il est difficile de la mesurer car l'énergie qu'ils transportent est peu comparée à l'énergie de stress du corps astronomique. Donc, ils plient l'espace-temps, c'est juste qu'il est difficile de le mesurer avec nos appareils actuellement disponibles.

Maintenant, l'autre dit que les photons ne plient pas du tout l'espace-temps. Ce n'est que la charge émettrice (fermion) qui plie l'espace-temps.

Laquelle est la bonne? Les photons plient-ils l'espace-temps eux-mêmes parce qu'ils ont de l'énergie de stress ou pas?

Oui, les photons plient l'espace-temps. Cette même question a fait l'objet d'un long débat sur le Forum de Research Gate, c'est un endroit où continuer et afficher des liens vers des théories ratées.

La contribution de masse du photon à un système est comprise, mais pas acceptée. Puisque les photons contribuent au tenseur énergie-contrainte, ils exercent une attraction gravitationnelle sur d'autres objets, selon la théorie de la relativité générale. Simplifié, c'est une équivalence masse-énergie.

"Le groupe de données de particules (PDG) cite la limite supérieure m $ _ \ gamma $ < 8,4 × 10 $ ^ {- 19} $ eV c $ ^ {- 2} $ (= 1,5 × 10 $ ^ {−54} $ kg) obtenue en modélisant le champ magnétique du système solaire. Cependant, cette limite repose sur des hypothèses sur la forme du champ magnétique et ne traite pas de la précision des mesures et des erreurs. Autre limite (m $ \ gamma $ < 4 × 10 $ ^ {- 52} $ kg) a été dérivé des ondes radio atmosphériques ont été signalées (dans https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.043901). Une approche plus conservatrice a été suivie dans une analyse des données de cluster, conduisant à une limite supérieure entre 7,9 × 10 $ ^ {- 14} $ et 1,9 × 10 $ ^ {- 15} $ eV c $ ^ {- 2} $ (1,4 × 10 $ ^ {- 49} $ et 3,4 × 10 $ ^ {- 51} $ kg). Il est clairement souhaitable d'explorer des contraintes astrophysiques plus directes et plus robustes sur une éventuelle masse de photons. C'est ce qui a motivé une étude que nous avons réalisée ( ici) (voir aussi) montrant comment les données des rafales radio rapides (FRB) pourraient être utilisées pour contraindre m $ _ \ gamma $ . ".

Dans « Review of Particle Physics» (17 août 2018), par M. Tanabashi et al. (Groupe de données de particules) Phys. Rev. D 98, 030001, ils ont de nouveau annoncé la disponibilité de tables de constantes physiques, en particulier: Actuellement, le PDG répertorie la masse d'un photon comme suit:

"< 1 × 10 $ ^ {- 18} $ de Ryutov 2007 par MHD du vent solaire"

Il y a donc une certaine masse, dans un espace-temps d'onde pp.

Une lecture un peu facile est: " Propriétés gravitationnelles de la lumière - le champ gravitationnel d'une impulsion laser" (29 janvier 2016), par Dennis Rätzel, Martin Wilkens et Ralf Menzel:

"... On montre que le champ gravitationnel d'une impulsion lumineuse polarisée linéairement est modulé comme la norme de l'intensité du champ électrique correspondante, alors qu'aucune modulation ne se produit pour la polarisation circulaire. En général, le champ gravitationnel est indépendant de la direction de polarisation. Il est montré que tous les effets physiques sont confinés à des coquilles sphériques se dilatant avec la vitesse de la lumière, et que ces coquilles sont des empreintes d'événements spatio-temporels représentant l'émission et l'absorption de l'impulsion. ... ".

J'ai vérifié les critiques de la théorie et l ' approbation des auteurs.

Ils proposent une vidéo avec une explication simple et quelques graphiques faciles à comprendre:

"Figure 6. Ces graphiques montrent le double logarithme de la perturbation métrique $ {h} ^ {{\ rm {p}}} = {h} _ {00} ^ {{\ rm {p}}} = {h} _ {{zz}} ^ {{\ rm {p}}} = - {h} _ {0z} ^ {{\ rm {p}}} = - {h} _ {z0} ^ {{\ rm {p}}} $ pour une impulsion polarisée linéairement de longueur L et de longueur d'onde centrale $ \ lambda = \ frac { 2 \ pi c} {\ omega} = \ frac {2} {3} L $ dans le plan xy à $ t = 50000L / c $ span >, après son émission à z = 0. $ {h} ^ {{\ rm {p}}} $ est normalisé en unités de $ \ kappa = 4 {{GAu}} _ {0} / {c} ^ {4} $ puis le logarithme du logarithme est pris. La perturbation de la métrique peut être interprétée comme le potentiel au champ gravitationnel. Le front issu de l'événement d'émission de l'impulsion est vu entre $ z = 6L + 499994L $ et $ z = 7L + 499994L $ . Il montre les oscillations avec la longueur d'onde $ \ lamb da / 2 $ et se rapproche de la forme d'une onde à front plan. Le graphique de droite montre la même situation pour une lumière à polarisation circulaire où aucune modulation n'apparaît. "

Les graphiques montrent la perturbation de la métrique $ {h} ^ {{\ rm {p}}} = {h} _ {00} ^ {{\ rm {p}} } = {h} _ {{zz}} ^ {{\ rm {p}}} = - {h} _ {0z} ^ {{\ rm {p}}} = - {h} _ {z0} ^ {{\ rm {p}}} $ pour une impulsion de longueur L aux coordonnées $ ({ct}, x, y, z) $ dans le plan (x, y) pour des instants t différents. $ {h} ^ {{\ rm {p}}} $ est. normalisé aux unités de κ, puis le logarithme du logarithme est pris.

Dans un article ultérieur: " Propriétés gravitationnelles de la lumière - L'émission d'impulsions laser contre-propagées à partir d'un atome" (14 octobre 2016), par Dennis Rätzel, Martin Wilkens, Ralf Menzel ils confirment leurs résultats:

"... la situation de deux impulsions laser contre-propagées émises par une particule ponctuelle massive a été considérée. La perturbation métrique correspondante dans le cadre de la gravité linéarisée et la courbure correspondante ont été dérivées. On a montré que la courbure est celle d'une particule ponctuelle massive à tous les points de l'espace-temps se trouvant dans le futur causal de la fin du processus d'émission et dans le passé causal du début du processus d'émission. Il a été conclu que les impulsions laser ne contribuent à la courbure que pendant leur émission et leur absorption. Ceci est en accord avec les résultats présentés dans [notre article précédent], où une seule impulsion a été considérée et l'effet gravitationnel de l'émetteur a été négligé. Contrairement au modèle présenté dans l'article précédent, dans le modèle présenté dans cet article, l'émetteur lui-même est pris en compte, et l'équation de continuité de la relativité générale est remplie. "

Voici une preuve indirecte que les "photons" plient l'espace-temps. Considérez la métrique Peres (j'utilise $ c \ equiv 1 $ et la $ ( 1, -1, -1, -1) $ convention): \ begin {équation} \ tag {1} ds ^ 2 = dt ^ 2 - dx ^ 2 - dy ^ 2 - dz ^ 2 + F (x, y, t - z) (dt - dz) ^ 2, \ end {équation} où $ F (x, y, u) $ est une fonction arbitraire de trois variables indépendantes ( $ u = t - z $ ). Remplacez cette métrique par l'équation d'Einstein. Premièrement: sans aucun tenseur de stress (et sans constante cosmologique): \ begin {équation} \ tag {2} G _ {\ mu \ nu} = 0. \ end {équation} Après quelques algèbres, vous obtenez alors une contrainte sur $ F (x, y, u) $ : \ begin {équation} \ tag {3} \ frac {\ partial ^ 2 F} {\ partial x ^ 2} + \ frac {\ partial ^ 2 F} {\ partial y ^ 2} = 0. \ end {équation} Ainsi, $ F $ doit être une fonction harmonique dans $ x $ et $ y $ . La solution non triviale la plus simple (avec courbure spatio-temporelle) est une superposition linéaire de fonctions quadratiques (il existe deux états de polarisation indépendants pour l'onde gravitationnelle): \ begin {équation} F (x, y, u) = \ mathcal {A} (u) (\, x ^ 2 - y ^ 2) + \ mathcal {B} (u) \, x \, y, \ end {équation} où $ \ mathcal {A} (u) $ et $ \ mathcal {B} (u) $ sont des fonctions anormales de $ u = t - z $ . La métrique (1) décrit ensuite une onde gravitationnelle plane se propageant dans le vide.

Ajoutez ensuite une onde électromagnétique monochromatique plane , d'énergie-momentum \ begin {équation} \ tag {4} T _ {\ mu \ nu} = \ Phi (x, y, u) \, k _ {\ mu} \, k _ {\ nu}, \ end {équation} où $ k ^ {\ mu} = (\ omega, 0, 0, \ omega) $ est le numéro d'onde et $ \ Phi (x, y, u) $ est arbitraire. L'équation d'Einstein devient alors \ begin {équation} \ tag {5} G _ {\ mu \ nu} = - \, \ kappa \, T _ {\ mu \ nu}. \ end {équation} Bien sûr $ \ kappa \ equiv 8 \ pi G $ . Beaucoup d'algèbre donne la contrainte suivante: \ begin {équation} \ tag {6} \ frac {\ partial ^ 2 F} {\ partial x ^ 2} + \ frac {\ partial ^ 2 F} {\ partial y ^ 2} = 2 \ kappa \ omega ^ 2 \, \ Phi. \ end {équation} Je considère une onde électromagnétique monochromatique plane se propageant dans l'espace-temps, avec une polarisation circulaire (c'est un champ classique qui est la chose la plus proche d'un "photon quantique" de fréquence angulaire $ \ omega $ ): \ begin {équation} \ tag {7} A ^ {\ mu} (x, y, u) = \ varepsilon_1 ^ {\ mu} \, \ mathcal {F} (u) + \ varepsilon_2 ^ {\ mu} \, \ mathcal {G} (u), \ end {équation} où $ \ varepsilon_ {1, \, 2} ^ {\ mu} $ sont les quatre vecteurs de polarisation de type espace, orthogonaux à $ k ^ {\ mu} $ , et \ begin {align} \ tag {8} \ mathcal {F} (u) & = a_0 \ cos {(\ omega \, u)}, & \ mathcal {G} (u) & = a_0 \ sin {(\ omega \, u)}. \ end {align} L'amplitude $ a_0 $ n'est qu'une constante. Il est facile de vérifier que (7) et (8) donnent (4) avec $ \ Phi (x, y, u) = \ text {cste} \ propto a_0 ^ 2 $ . Alors (6) peut être résolu pour donner une solution simple non triviale (le tenseur de courbure de Riemann n'est pas 0): \ begin {équation} \ tag {9} F (x, y, u) = \ frac {\ kappa \, a_0 ^ 2 \, \ omega ^ 2} {8 \ pi \ alpha} \, (\, x ^ 2 + y ^ 2). \ end {équation} ( $ 4 \ pi \ alpha $ est la constante de couplage électromagnétique qui apparaît dans le tenseur énergie-impulsion. Cela dépend de vos unités préférées pour l'amplitude du champ $ a_0 $ . J'utilise la constante de structure fine $ \ alpha \ approx \ frac {1} {137} $ ).La métrique (1) avec la fonction (9) décrit alors une onde EM polarisée de manière circulaire (et son onde gravitationnelle associée) se propageant dans l'espace-temps.La courbure de Riemann n'est pas égale à 0 (ses composantes sont des constantes, dans ce cas, puisque l'énergie-impulsion des vagues est homogène).

Donc le "photon" non localisable fait des courbes l'espace-temps d'une manière non triviale.En raison de la polarisation circulaire, la courbure est homogène (mais non isotrope puisque la propagation de l'onde définit une orientation privilégiée).

Le Soleil perd de sa masse (sous forme de photons) chaque année et à cause de cette orbite terrestre, elle grossit de 1,5 cm chaque année.

Cela signifie que la courbure de l'espace par le soleil diminue chaque année.

Où va cette courbure?N'est-ce pas parti avec les photons!

Les photons doivent courber l'espace-temps, ou ils doivent l'être eux-mêmes - de minuscules courbes dans l'espace-temps en fonction de leur énergie.Dans les deux cas, il est évident qu'ils courbent l'espace-temps.Peu importe la théorie (classique ou quantique) que vous appliquez, et ce qu'elle indique / prédit, les preuves sont là.

Par conséquent, la théorie / prédiction / raisonnement qui nie la courbure de l'espace par les photons doit être fausse.

En raison de sa taille minuscule et de sa vitesse énorme, prouver expérimentalement cela doit être très difficile.