La vitesse de la lumière

Pourquoi la vitesse de la lumière est-elle si fascinante ? Sans doute parce qu’elle est simplement phénoménale ! Elle fait plus de 7 fois le tour de la terre en une seconde !!! Pas seulement Paris-Tokyo hein, le tour entier de la planète ! et pas une fois, mais 7 fois !! en une seule seconde ! :-O Pas évident de bien s’imaginer cette vitesse… On dit même que c’est une vitesse « maximum ».. ce qui ajoute encore à sa légende si besoin était ! :-)

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Limitation de vitesse dans l’univers donc à 299 792 Km/seconde (on l’appelle c). On ne pourrait pas dépasser cette vitesse. Même les extra-terrestres ultra avancés, même les vaisseaux de Stars War, ne devraient pas pouvoir aller plus vite que c… A priori on ne voit pas pourquoi, si on accélérait à fond avec un bon petit vaisseau spatial pendant une durée suffisante on devrait finir par atteindre cette vitesse énorme non ?

Remarquez avec l’accélération d’une bonne voiture il faudrait presque un an pour atteindre c donc c’est vrai que ce serait long quand même ;-) Mais non, à l’approche de la vitesse de la lumière, au bout de 11 mois disons, la voiture ne pourrait pratiquement plus accélérer… Même en écrasant le champignon :-) enfin.. on n’a pas pu essayer avec une voiture bien sur, ni un vaisseau… Eh bien alors !? Comment se fait-il qu’on en soit si certain ? Comment on est arrivé à croire une chose pareille ?

C’est à cause de résultats d’expériences  ! C’est comme ça la science, on fait une expérience, on note scrupuleusement les résultats, et on tire des conclusions, voir de jolies formules mathématiques. Par exemple on lâche un objet, une pomme par exemple et on voit qu’elle tombe par terre, donc on en déduit qu’elle est repoussée par le ciel. Et finalement on remarque que TOUT est repoussé par le ciel vers la terre et ce quel que soit son poids, alors on fait une formule mathématique sur le repoussage universel du ciel vers la terre quientérine bien la découverte… heuu.. quoi ? c’est pas le ciel qui repousse les objets ? C’est la terre qui les attire ? Ha.. bon.. ben.. des fois en science on se trompe un peu d’interprétation dans les expériences… Mais.. c’est pas grave, on corrige ! ;-)

Et heureusement, parce que par exemple jusqu’au milieu du 19 eme siècle, les médecins à l’hôpital accouchaient des femmes sans se laver les mains après avoir disséqué des morts, tout juste s’ils les essuyaient :-O Du coup la mortalité infantile était énorme, à tel point que les femmes préféraient accoucher dans la rue !! Et puis quelqu’un a conseillé aux médecins de se laver les mains mais les docteurs n’avaient aucune envie d’avouer qu’ils étaient responsables de tant de morts donc ils ont continué à tuer des nouveaux nés encore un peu :o j’avais appris ça il y a longtemps dans « la nuit de la connerie » sur canal + :-)

Mais revenons à nos expériences décisives sur la constance de la vitesse de la lumière : il y a très longtemps, en 1728 James Bradley fit une expérience avec une lunette d’astronomie. Cette vidéo est assez bien faite, et c’est moins facile à expliquer sur une image « fixe » mais voilà :

Le point important à noter c’est que comme la terre est en mouvement dans le système solaire, à environ 30 km/seconde, on est obligé d’incliner un peu la lunette (0,0055 degré environ) dans un sens pour que la lumière reste au milieu du tube de la lunette et pour que l’image soit bonne. Six mois plus tard, quand on se dirige à 30 km/s dans l’autre sens sur l’orbite solaire, il faut l’incliner du même angle mais opposé. Et ce quelle que soit l’étoile observée !! Du coup les scientifiques de l’époque, très perplexes quand même, en ont concluent que la lumière arrivait toujours à la même vitesse quelle que soit l’étoile visée…

Mais en réalité, si on est bien rigoureux, la seule chose dont on soit vraiment certain dans cette expérience, c’est que la vitesse de la lumière est toujours la même dans le tube de la lunette !… Eh oui, parce que même si la lumière arrivait bien plus vite que c, ou plus lentement, et qu’elle soit affectée d’une manière ou d’une autre par l’atmosphère terrestre, ou même pire, par le premier verre de la lunette, si quelle que soit sa vitesse d’arrivée sur la terre elle était « calibrée » à 299 792 Km/s en interagissant avec toute cette « matière terrestre », eh bien on aurait finalement une petite erreur dans l’interprétation de cette expérience fondatrice

Mais ce n’est pas fini ! Dans les années 1880 Fizeau fit une autre expérience :

La lumière arrive du soleil ou d’une étoile et on la canalise jusqu’a l’appareil avec des lentilles, des miroirs, etc. Et encore une fois on constate qu’elle a toujours la même vitesse, d’où qu’elle vienne ! Mais ce coup là, même vous, vous n’allez pas vous faire avoir comme avec Bradley et vous allez me dire qu’elle a très bien pu être ralentie par l’atmosphère, ou la première lentille de la première lunette qui capture cette lumière, et vous auriez raison bien sur. Mais c’est encore pire en fait dans cette expérience car en plus la lumière traverse de l’eau aussi et elle est réfléchie sur des miroirs ce qui a une très forte chance de l’affecter également !

Les scientifiques ont depuis toujours postulé, sans le dire explicitement tellement c’était évident, et sans que personne ne proteste ce qui est assez étonnant dans le monde de la physique quand même, que la lumière conserve sa vitesse lors de la réflexion sur les miroirs, comme s’il s’agissait d’une simple « balle qui rebondissait sur un mur » en mécanique classique.

La lumière n’a pourtant rien à voir avec une balle faite de matière, elle n’a pas de masse, elle est seulement énergie, et n’obéit donc à aucun des effets de l’inertie, principale responsable de la conservation des vitesses dans le rebond des objets à notre échelle. Bref la lumière « interfère » avec les atomes de la matière qu’elle rencontre d’une façon infiniment plus complexe qu’une balle sur un mur.

Et dans le cas particulier d’un miroir, la lumière peut bien arriver à n’importe quelle vitesse, elle va toujours interagir avec les atomes de la même façon, pour être ré-émise à une vitesse « relative » au miroir lui même, la vitesse « c » .

Voilà. Le problème de nos jours quand on papote vitesse de la lumière avec n’importe quel scientifique et qu’on lui demande ce qu’il pense de la possibilité pour les ondes électromagnétique de changer de vitesse quand elles interagissent avec de la matière (immobile dans le nouveau repère) l’air de l’atmosphère, des lentilles, de l’eau ou des miroirs, il vous répond tout de suite : « – ha.. non non non ! la lumière ne peut pas changer de vitesse, elle a toujours la même vitesse, partout, dans tous les sens,toujours ! « … C’est le serpent qui se mord la queue.. depuis deux siècles !

Bref, le mieux serait de vérifier rigoureusement tout ça.

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2 réflexions sur “La vitesse de la lumière

  1. Je prends votre dernière phrase:
    « Bref, le mieux c’est de vérifier tout ça ! »
    Sachez que c’est vérifié, et pas que pour les muons, ou GPS, mais dans les accélérateurs de particules par exemple, des milliers d’expériences chaque année, qui sont en accord avec la théorie.
    Vous parlez de mauvaise interprétation, pourquoi pas….en quoi cela change t-il les résultats des expériences qui valident la théorie? De plus, qu’il y ai des « problèmes d’interprétations » en PhysQ, on pourrait en discuter (les guillemets ne sont pas là pour rien), mais en Classique et Relativité….et pour finir, peut-être que c’est vous qui avez un problème d’interprétation …non? Depuis plus d’un siècle combien de dizaines de milliers de physiciens professionnels se sont cassées les dents en essayant de prendre en défaut la Relativité (hé oui, le « rêve » d’un physicien, réfuter une théorie, au moins restreindre son domaine de validité)? Combien de centaines de milliers d’expériences…?
    Pour finir(une 2ème fois :) ) êtes- vous physicien…?vous parlez de la vitesse de la lumière comme un problème d’interprétation, alors que c’est une conséquence de l’espace-temps de Minkowski, une conséquence « intrinsèque » de cette géométrie, aucune notion d’interprétation là-dedans.
    Bref, le mieux après avoir « appris », est de comprendre.

    • Je ne considère pas que ce soit un bon argument scientifique de dire « il y a des milliers de résultats d’expériences qui valident la théorie » ça ne me semble pas très rigoureux… Je préfère quand on me donne une expérience bien précise dont le protocole et les résultats sont visibles quelque part.

      En l’occurrence plutôt que de me parler de « milliers de ‘bonnes’ expériences » hypothétiques vous pourriez me dire pourquoi les deux expériences que je conteste dans cet article sont valables selon vous ? Et je vous rappelle que le GPS ne « prouve » en aucun cas que la vitesse de la lumière est constante, il n’a même pas besoin de ce principe pour fonctionner correctement, la lumière pourrait dépendre de la vitesse de l’émetteur que ça fonctionnait toujours (car la vitesse des satellites est négligeable devant celle de la lumière), je n’ai jamais compris pourquoi les gens sorte ce lapin du chapeau avec un grand sourire à chaque fois qu’on parle de relativité…

      Je ne suis pas physicien, mais j’ai fait des études de Physique/Math a Orsay et j’ai arrêté parce que ce qu’on m’enseignait me paraissait inexact, et on ne répondait pas à mes questions et objections, on me disait (comme aujourd’hui) : « non mais t’inquiète, c’est bon ! »… Cette rigueur approximative m’a profondément choqué à l’époque. Aujourd’hui je m’y suis fait (ça ne me choque plus), mais je ne l’accepte toujours pas.

      Enfin « l’espace-temps de Minkowski » est un espace mathématique… Et c’est lui qui est censé coller « le mieux possible » à la réalité non la réalité qui est censé être une conséquence des mathématiques… Je trouve ça toujours inquiétant quand je vois des phrases supposées « scientifique » pareille, dans le même genre une fois j’avais vu : « les ondes électromagnétique obéissent aux équations de Maxwell » (!!) mais c’était le champion du monde là.

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