Avons-nous atteint la vitesse de lumière? Science
Quelle est la vitesse de la lumière? Avons-nous atteint la vitesse de la lumière nous les humains?
Jérémie, 12 ans
La lumière se propage dans le vide à la vitesse c de 299'792'458 m/s (mètre par seconde), plus grossièrement on dit que la vitesse de la lumière c est de 300'000 km/s dans le vide. Dans un milieu transparent autre que le vide, la vitesse de propagation de la lumière dépend de l’indice de réfraction du milieu n, la vitesse de la lumière y est plus petite que dans le vide et vaut c/n, n étant toujours plus grand que 1.
Depuis que la théorie de la relativité a été élaborée par Einstein, on sait que la vitesse de la lumière constitue une limite qui ne peut pas être atteinte par un objet massif. L’énergie cinétique d’un mobile qui dans la théorie classique de Newton aurait une valeur finie
T= ½ mv2, ou v est la vitesse du mobile, devient dans la relativité restreinte T = mc2{1/(1-v2/c2)1/2 -1}. Le premier terme dans l’accolade tend vers l’infini lorsque v tend vers c, v ne peut donc atteindre la vitesse c, car nous ne disposons d’aucun moyen pour fournir une énergie infinie à un objet massif. En revanche un objet de masse nulle, tel que le photon (grain de lumière) se propage toujours à la vitesse de la lumière quelle que soit son énergie. Dans les grands accélérateurs de particules, celles-ci peuvent atteindre des vitesses très proche de c, mais qui restent un peu inférieure à c. Ainsi dans le nouvel accélérateur du CERN, le LHC, les protons dont l’énergie est de 4'000 GeV ont une vitesse de 0,99975 c. Dans le LEP, du fait de leur petite masse, les électrons de 50 GeV d’énergie se déplaçaient encore plus vite, c'est à dire à la vitesse de 0,9999898 c.
La première détermination de la vitesse de la lumière a été faite au XVIIème siècle par l’astronome danois Ole Christensen Römer, jusqu’alors on considérait que la lumière se propageait instantanément d’un point à un autre, c’est à dire avec une vitesse infinie. Il interpréta le retard, par rapport aux prédictions astronomiques, observé par Cassidi de l’occultation du satellite Io par Jupiter, par le fait que celui-ci dépendait des positions respectives de la terre du soleil et de Jupiter. Le retard, selon qu’il y a opposition, c’est à dire que la Terre est entre le soleil et Jupiter ou conjonction, c’est à dire que le soleil est entre Jupiter et la Terre, provient de ce que la lumière doit parcourir une distance accrue par le diamètre de l’orbite terrestre. La valeur ainsi déduite de la vitesse de la lumière était de 214 000 km/s.
Fizeau un physicien français détermina en 1849 par une expérience terrestre la vitesse de la lumière en mesurant le temps de propagation aller-retour d’impulsions de lumière définies par le passage entre les dents d’une roue dentée sur une distance de 8366 m (distance entre Montmartre et le Mont Valérien à Suresne). Il a ainsi obtenu la valeur de 315'000 km/s.
Peu après, en 1862, Foucault détermina la vitesse de la lumière par une méthode basée sur l’emploi d’un miroir tournant à grande vitesse (24'000 tours/min) entraîné par une turbine à air. Il trouva une vitesse dans l’air de 300'000’000 m/s. Cette expérience fut aussi celle qui permit de déterminer que la lumière se propage moins vite dans l’eau que dans l’air. Cette propriété favorisa la théorie ondulatoire de description de la lumière sur la théorie corpusculaire qui au contraire prévoyait une vitesse plus grande dans un milieu dense que dans un milieu de faible densité.
_Claude Joseph
