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La vitesse de la lumière, c’est quoi exactement ?

Crédits : Silver Blue / Flickr

La vitesse de la lumière (célérité de la lumière), on en entend parler tous les jours ou presque. Mais de quoi s’agit-il exactement ? Pourrait-on un jour la dépasser ?

Il y a 341 ans, en 1676, l’astronome danois Ole Christensen Rømer fit la première estimation de la vitesse de la lumière. Il travaillait pour l’Observatoire de Paris sous la direction de Giovanni Cassini, l’un des plus grands astronomes de tous les temps. Rømer étudiait alors les satellites de Jupiter et plus particulièrement les éclipses de la lune Io par la planète géante. Il se rendit compte que les éclipses se produisaient avec une avance de dix minutes lorsque la planète gazeuse était au plus proche de la Terre, et avec dix minutes de retard quand la géante était à sa distance maximale de notre planète. Sa conclusion : la lumière met plus de temps à parvenir jusqu’à la Terre quand Jupiter était plus éloignée. La vitesse de la lumière est donc finie. À l’époque, c’était une révolution.

La lumière est une onde électromagnétique. La vitesse de la lumière correspond donc à la vitesse de propagation de l’onde électromagnétique qui lui est associée. C’est une base de la théorie de la relativité restreinte. Dans le vide, celle-ci atteint les 299 792 458 m/s, soit quasiment 300 000 km/s. Pour vous donner une idée, la lumière (les photons qui la composent) parcourt en une seconde 300 fois la France du Nord au sud ou encore plus de sept fois de tour de la Terre. Il faut huit minutes à la lumière du Soleil pour nous atteindre et une bonne seconde pour la clarté de la Lune. Il faudrait également 45 minutes par exemple pour passer du Soleil à Jupiter à la vitesse de la lumière.

De la Terre, nous observons donc le Soleil tel qu’il était huit minutes auparavant. Pour la Lune, c’est la même chose avec une seconde de retard. Mieux encore, si une éventuelle civilisation extraterrestre observait la Terre à 65 millions d’années-lumière de distance, elle ne pourrait alors nous voir, mais assisterait à l’extinction des dinosaures.

Notons que cette vitesse est celle de la lumière dans le vide. Dans la plupart des milieux matériels transparents, la lumière se propage à une vitesse inférieure à celle du vide, sa célérité dépend alors de la nature chimique du milieu, de sa densité, de sa concentration (pour les solutions) mais aussi de certaines grandeurs physiques telles que la température et la pression. Par exemple, dans l’eau, la lumière se propage à une vitesse moindre, à quelque 225 000 000 mètres par seconde. Dans le diamant, la lumière se déplace à une vitesse ne dépassant pas les 125 000 000 mètres par seconde.

Quant à nous, pourrait-on voyager plus vite que la lumière ? D’après la théorie de la relativité restreinte, un objet qui subit une accélération acquiert de la masse. En accélérant jusqu’à atteindre la vitesse la lumière, il acquerrait ainsi potentiellement une masse infinie. Or, pour qu’un objet accélère, il faut lui fournir de l’énergie, une énergie infinie qui n’existe pas. Dépasser ou atteindre la vitesse de la lumière est donc impossible. Alors en théorie, pourrait-on au moins rajeunir en s’approchant de la vitesse de la lumière ? L’astrophysicien Jean-Pierre Luminet répond à la question :

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