http://www.umoncton.ca/sciences/physique/personnel/hachea/LRhache2.pdf

299 792 km/s) [1]. Imaginez que vous

de c. Au milieu du XXe siècle, les physiciens

vitesse de la lumière[2]. L'onde deviendrait

[fig. 1]. Dans le phénomène

", dont l'indice de réfraction*

de 100 micromètres [3].

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_de_la_lumi%C3%A8r

Vitesse de la lumière

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La vitesse de la lumière (299 792 458 m/s) est une constante physique dont une valeur précise est obtenue expérimentalement dès le XVIIe siècle par l'astronome danois Ole Christensen Rømer : en 1676, il propose une solution à un problème rencontré par Cassini, qui observe un retard de quinze minutes dans l'occultation prédite d'Io, un satellite de Jupiter. Rømer attribue ce retard à un allongement de la distance Terre-Io de l'ordre de quelques 75 millions de kilomètres, une distance suffisante pour influencer de façon notable le parcours de la lumière. La vitesse de la lumière fut alors estimée à 200 000 kilomètres par seconde, environ 35% en dessous de sa vraie valeur du fait des incertitudes de l'époque sur la taille de l'orbite de la Terre. Cependant, Cassini émis des doutes sur la validité des résultats de son collègue. James Bradley proposa ensuite une estimation à 300 000 km/s. Ces premiers essais expérimentaux reposaient en outre sur l'étalon-mètre, une source d'erreur supplémentaire. Plus tard, la problématique sera inversée lorsque le mètre sera défini à partir de la célérité c (vitesse de la lumière dans le vide), ce qui ne fut possible que lorsqu'une précision suffisante dans la détermination de c eut été atteinte. Aujourd'hui, la vitesse de la lumière constitue l'un des piliers de la physique théorique contemporaine.

La vitesse de la lumière dans le vide

D'après les théories de la physique moderne, et notamment les équations de Maxwell, la lumière visible et toutes les ondes électromagnétiques ont une vitesse constante dans le vide, la vitesse de la lumière.

On la considère donc comme une constante physique notée c (du latin celeritas, " vitesse "). Mais elle n'est pas seulement constante (pense-t-on) en tous les endroits (et à tous les âges) de l'univers (principes cosmologiques faible et fort, respectivement) ; elle l'est également d'un repère inertiel à un autre (principe d'équivalence restreint). En d'autres termes : quel que soit le repère inertiel de référence d'un observateur ou la vitesse de l'objet émettant la lumière, tout observateur obtiendra la même mesure.

Aucun objet matériel ni aucun signal ne peut voyager plus vite que c dans le cadre des théories existantes. Seuls peuvent " voyager " plus vite que c (à vitesse dite supraluminique) des fronts virtuels (l'ombre portée à grande distance d'un objet en rotation, par exemple), et on ne peut, bien entendu, pas s'en servir pour transmettre un signal, ni de l'énergie. Ce ne sont en fait même pas des objets à proprement parler.

L'expérience d'Alain Aspect montre qu'un observateur peut être informé instantanément, par une mesure sur une particule proche, de l'état d'une particule lointaine, mais il n'y a pas là non plus de réelle transmission de signal.

c = 299 792 458 mètres par seconde

Cette valeur est " exacte " par définition. En effet, depuis 1983, le mètre est défini à partir de la vitesse de la lumière dans le vide dans le système international d'unités [1], comme étant la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299792458 de seconde. Ce qui fait que le mètre est aujourd'hui défini par la seconde, via la vitesse fixée pour la lumière.

Interaction de la lumière avec la matière

• la vitesse de la lumière est toujours inférieure à c dans un milieu qui contient de la matière, cela d'autant plus que la matière est plus dense ;
• dans un milieu dit biréfringent, la vitesse de la lumière dépend aussi de son plan de polarisation ;
• la différence de vitesse de propagation de la lumière dans des milieux différents est à l'origine du phénomène de réfraction.

Pourquoi est-ce la plus grande vitesse possible ?

Mais, lorsque l'une des vitesses est proche de celle de la lumière, un tel calcul classique s'écarte trop des résultats observés ; en effet, dès la fin du XIXe siècle, diverses expériences (notamment, celle de Michelson) et observations laissaient apparaître une vitesse de la lumière dans le vide identique dans tous les repères inertiels.

Minkowski, Lorentz, Poincaré et Einstein introduisirent cette question dans la théorie galiléenne, et s'aperçurent de la nécessité de remplacer un principe implicite et inexact par un autre compatible avec les observations :

Après mise en forme calculatoire, il se dégagea que la nouvelle formule de composition comportait un terme correctif en 1/(1+vw/c²), de l'ordre de 2,7×10^-10 seulement à la vitesse du son.

Ce résultat est donné par la transformation de Lorentz :

Ainsi, quelle que soit la vitesse à laquelle se déplace un objet par rapport à un autre, chacun mesurera la vitesse de l'impulsion lumineuse reçue comme ayant la même valeur : la vitesse de la lumière ; par contre, la fréquence d'un rayonnement électromagnétique transmis entre deux objets en déplacement relatif sera modifiée par effet Doppler-Fizeau.

Albert Einstein unifia les travaux de ses trois collègues en une théorie de la relativité homogène, appliquant ces étranges conséquences à la mécanique classique. Les confirmations expérimentales de la théorie de la relativité furent au rendez-vous, à la précision des mesures de l'époque près.

Dans le cadre de la théorie de la relativité, les particules sont classées en trois groupes :

• les baryons, particules de masse au repos réelle et positive, se déplacent à des vitesses inférieures à c ;
• les luxons, particules de masse au repos nulle, se déplacent uniquement à la vitesse c dans le vide ;
• les tachyons, hypothétiques particules de masse au repos imaginaire, se déplaceraient à des vitesses supérieures à c ; la plupart des physiciens considèrent que ces particules n'existent pas (pour des raisons de causalité), bien que la question ne soit toujours pas close.

Voir aussi

Bibliographie

• M. Tompkins, ouvrage de vulgarisation du physicien George Gamow. Dans l'un des chapitres, la vitesse de la lumière est ramenée à 30 km/h environ et l'auteur en décrit les effets sur la circulation urbaine.

Articles connexes

• Expérience de Fizeau
• Théories d'une vitesse de lumière variable
• Vitesse limite

Liens externes

• /wiki/Image:Page_white_acrobat.png/wiki/Image:Page_white_acrobat.png[pdf] Le système international d'unités p 17, Bureau international des poids et mesures, 7e éd. (1998)

Théories d'une vitesse de lumière variable

http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9ories_d%27une_vitesse_de_lumi%C3%A8re_variable

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Dans les années 2000, les théories de vitesse de la lumière variable ont été popularisées par des scientifiques portugais et anglais (Joao Magueijo and John D Barrow). Il y a au moins, trois usages ou rôles de la vitesse de la lumière en physique :

• c_EM - valable dans l'électromagnétisme qui donne la vitesse de la lumière dans le vide.
• c_ST - valable pour décrire l'espace-temps local
• c_GW - valable (en principe) pour les ondes gravitationnelles.

L'élaboration d'une telle théorie tente de montrer de façon cohérente lesquelles de ces trois valeurs de la vitesse de la lumière sont modifiées, et quelles sont les répercussions sur les théories sous-jacentes. Une telle théorie pourrait permettre, d'après leurs concepteurs, de résoudre le problème de l'énergie sombre.

Albrecht and Magueijo; "A time varying speed of light as a solution to cosmological puzzles" [1]

Il existe des théories scientifiques nouvelles où l'un des rôles physiques de la vitesse de la lumière est différent des autres. Les équations de base de ces aspects de la physique sont redérivées de façon auto-cohérente et sont en train d'être développées, mais sont très complexes. [2]

Liens internes [modifier]

• Constante d'Einstein

Références bibliographiques [modifier]

• (en) A. I. Shlyakhter, Direct test of the constancy of fundamental nuclear constants, Nature, 264, 340 (1976)
• (en) Jean-Pierre Petit, An interpretation of cosmological model with variable light velocity, Modern Physics Letters A, Vol. 3, n°16 (novembre 1988), page 1527
• (en) Jean-Pierre Petit, Cosmological model with variable light velocity: the interpretation of red shifts, Modern Physics Letters A, Vol. 3, n° 18 (décembre 1988), page 1733
• (en) Jean-Pierre Petit, Maurice Viton, Gauge cosmological model with variable light velocity. Comparizon with QSO observational data, Modern Physics Letters A, Vol.4 , n°23 (1989) pages 2201-2210
• (en) T. Damour et F. Dyson, The Oklo bound on the time variation of the fine-structure constant revisited, Nucl. Phys. B480, 37 (1996). préprint disponible sur l'arXiv hep-ph/9606486
• (en) J.K. Webb, M.T. Murphy, V.V. Flambaum, V.A. Dzuba, J.D. Barrow, C.W. Churchill, J.X. Prochaska et A.M. Wolfe, Further Evidence for Cosmological Evolution of the Fine Structure Constant, Phys.Rev.Lett. 87 (2001), 091301. préprint disponible sur l'arXiv astro-ph/0012539
• (en) John D. Barrow, The Constants of Nature — From Alpha to Omega — The Numbers that Encode the Deepest Secrets of the Universe, Pantheon Books, New York, 2002 (ISBN 0375422218)
• (en) P.C.W. Davies, Tamara M. Davis, Charles H. Lineweaver, Cosmology: Black holes constrain varying constants, Nature, 418 602–603 (2002)
• (en) J. P. Uzan, The fundamental constants and their variation: Observational status and theoretical motivations, Rev. Mod. Phys. 75, 403 (2003). préprint disponible sur l'arXiv hep-ph/0205340
• Plus vite que la lumière, titre anglais : Faster than the Speed of Light, João Magueijo, 2003, Dunod.
• (en) S. Carlip and S. Vaidya, Black holes may not constrain varying constants, Nature 421 498 (2003). préprint disponible sur l'arXiv hep-ph/0209249
• (en) H. Chand, R. Srianand, P. Petitjean et B. Aracil, Probing the cosmological variation of the fine-structure constant: results based on VLT-UVES sample, Astron. Astrophys. 417, 853 (2004). préprint disponible sur l'arXiv astro-ph/0401094
• (en) R. Srianand, H. Chand, P. Petitjean et B. Aracil, Limits on the time variation of the electromagnetic ne-structure constant in the low energy limit from absorption lines in the spectra of distant quasars, Phys. Rev. Lett. 92, 121302 (2004). préprint disponible sur l'arXiv astro-ph/0402177
• (en) P. Teyssandier, Variation of the speed of light due to non-minimal coupling between electromagnetism and gravity, Ann. de la Fondation Louis de Broglie, 29 173–186 (2004). Article disponible sur [3].
• (en) George F. R. Ellis et J.-P. Uzan, 'c' is the speed of light, isn't it?, Am. J. Phys. 73 240–7 (2005). préprint disponible sur l'arXiv gr-qc/0305099
• (en) S. A. Levshakov, M. Centurion, P. Molaro et S. D'Odorico, VLT/UVES constraints on the cosmological variability of the fine-structure constant, Astron. Astrophys. préprint disponible sur l'arXiv astro-ph/0408188
• (en) M. J. Duff, Comment on time-variation of fundamental constants, hep-th/0208093
• (en) A. Adams, N. Arkani-Hamed, S. Dubovsky, A. Nicolis et Riccardo Rattazzi, Causality, Analyticity and an IR Obstruction to UV Completion. préprint disponible sur l'arXiv hep-th/0602178
• M. Tompkins, livre de vulgarisation de la relativité, George Gamow. Dans l'un des chapitres, la vitesse de la lumière est ramenée à 30 km/h environ et l'auteur en décrit les effets sur la circulation urbaine.