Différences entre versions de « Peut-on aller plus vite que la vitesse de la lumière ? »
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| − | + | '''La vitesse de la lumière est d'environ 300 000 000 de mètres par seconde, soit assez vite pour faire 8 fois le tour de la Terre en une seconde.''' | |
| − | La vitesse de la lumière est d'environ 300 000 000 de mètres par seconde, soit assez vite pour faire 8 fois le tour de la Terre en une seconde. | ||
| − | + | Selon le principe énoncé par Albert Einstein au XIXe siècle, il n'est physiquement pas possible de dépasser la vitesse de la lumière dans le vide (environ 300.000 km/s). La vitesse de la lumière est une limite indépassable pour tout objet de matière comme pour toute énergie. | |
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| + | * 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 de quelque 300.000 km/s, il acquerrait ainsi potentiellement une masse infinie. Or, pour qu'un objet accélère, il faut lui fournir de l'énergie, une énergie d'autant plus importante que l'objet est lourd ! La vitesse de la lumière dans le vide semble donc bien hors d'atteinte... | ||
| − | La vitesse de la lumière est une | + | * Depuis Einstein, les physiciens ont trouvé certaines entités qui peuvent atteindre la vitesse supraluminique (plus rapide que la lumière) et respecter tout de même les règles cosmiques énoncées par la relativité restreinte. Tout en respectant la théorie d’Einstein, ces phénomènes nous donnent un aperçu du comportement étrange de la lumière et du royaume quantique. |
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| + | * Vitesse de la lumière et effet Cerenkov - La lumière équivalente à un bang supersonique | ||
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| + | :* En 1958, le physicien russe Pavel Cerenkov (Tcherenkov) décroche le [[prix Nobel]] pour la découverte d'un phénomène auquel on a donné son nom et qu'il qu'il avait mesuré en 1934. L'[[effet Cerenkov]] ou « l’effet Tcherenkov » se produit lorsqu'une particule se déplace plus vite que la lumière... dans un milieu donné. Tout est relatif. Si une particule ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière dans le vide, elle peut voyager plus rapidement que la lumière dans certains milieux. | ||
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| + | Comme un avion franchissant le mur du son émet alors un bruit caractéristique, une particule qui dépasse la vitesse de la lumière émet une lumière intense et bleutée, le rayonnement Cerenkov (« rayonnement Tcherenkov »). | ||
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| + | Lorsque des objets voyagent plus vite que le son, ils produisent un bang supersonique. Donc, en théorie, si quelque chose voyage plus vite que la lumière, il produit un « bang lumineux ». En réalité, cela se produit quotidiennement dans le monde et il est même possible de l’observer avec des yeux humains. C’est ce qu’on appelle « l’effet Tcherenkov », un phénomène similaire à une onde de choc. C’est notamment cet effet qui provoque la luminosité bleue de l’eau entourant le coeur d’un réacteur nucléaire. L’effet Tcherenkov rayonne parce que le coeur du réacteur nucléaire est plongé dans l’eau pour le garder froid. Or, dans l’eau, la lumière voyage à 75 % de sa vitesse dans le vide. Les électrons créés par la réaction à l’intérieur du coeur, eux, voyagent dans l’eau plus vite que la lumière ne le fait. Elles ne dépassent pas réellement la vitesse absolue de la lumière, mais tout du moins sa vitesse dans l’eau. | ||
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| + | * Lorsque les règles physiques ne s’appliquent plus | ||
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| + | : Il faut garder en tête que la théorie d’Einstein sur la relativité restreinte établit que rien avec une masse ne peut dépasser la vitesse de la lumière. Et pour autant que les scientifiques le sachent, l’univers répond à cette règle. Mais qu’en est-il de quelque chose sans masse ? Les photons, de par leur nature, ne peuvent dépasser la vitesse de la lumière, mais ces particules ne sont pas les seules entités sans masse de l’univers. L’espace vide ne contient aucune substance et par définition, n’a pas de masse. | ||
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| + | : Puisque « rien » n’est que de l’espace vide, il peut s’étendre plus vite que la lumière si aucun objet matériel ne dépasse la vitesse de la lumière », selon l’astrophysicien Michio Kaku. « Par conséquent, l’espace peut certainement s’étendre plus vite que la lumière. » C’est ce que les physiciens pensent qu’il s’est produit immédiatement après le Big Bang durant ce qu’on appelle l’inflation cosmique, dont l’hypothèse a été émise en premier par les physiciens Alan Guth et Andrei Linde dans les années 80. Durant un fraction de seconde, l’univers a doublé de volume de manière répétée et finalement, sa barrière externe se serait étendue très vite, plus vite que la vitesse de la lumière. | ||
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| + | : L’intrication quantique est une notion complexe. En clair, il s’agit d’un phénomène observé en mécanique quantique lors duquel deux objets, même séparés par de grandes distances spatiales, doivent être considérés comme un système unique. Ainsi, d’après la théorie quantique, même en séparant deux électrons à plusieurs centaines ou même milliers d’années-lumière l’un de l’autre, ils continueront de communiquer par un pont ouvert. | ||
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| + | : « Si je secoue un électron, l’autre « ressent » cette vibration instantanément, plus vite que la vitesse de la lumière, selon Michio Kaku. Einstein pensait que cela réfutait la théorie quantique, puisque rien n’est censé voyager plus vite que la lumière. » En réalité, en 1935, Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont tenté de réfuter la théorie quantique avec une expérience théorique sur ce qu’Einstein avait appelé « les actions fantômes à distance ». | ||
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| + | Ironiquement, leur article jeta les bases de ce qu’on appelle aujourd’hui le paradoxe d’EPR (Einstein, Podolski, Rosen) qui décrit cette communication instantanée de l’intrication quantique – une partie intégrante de certaines des technologies les plus avant-gardistes du monde, comme la cryptographie quantique. | ||
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| + | * Les trous de ver | ||
| + | : Puisque rien disposant d’une masse ne peut voyager plus vite que la lumière, il est exclu de voyager à la manière du film Interstellar, au moins dans l’utilisation commune des fusées ou dans la pratique du vol spatial. Et même si Einstein a piétiné les rêves humains de voyager à travers l’espace lointain avec sa théorie de la relativité restreinte, sa théorie de la relativité générale, en 1915, offre un nouvel espoir pour les voyages interstellaires. | ||
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| + | : Alors que la relativité restreinte lie la masse et l’énergie, la relativité générale associe l’espace et le temps ensemble. Michio Kaku explique donc que « la seule manière viable de briser la barrière de la lumière serait à travers la relativité générale et la déformation de l’espace-temps ». Cette déformation est ce qu’on appelle familièrement un « trou de ver », qui permettrait théoriquement de voyager à travers de vastes distances instantanément et de briser ainsi la vitesse limite cosmique. | ||
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| + | : En 1988, le physicien Kip Thorne, producteur exécutif et consultant scientifique pour le film Interstellar, a utilisé les équations d’Einstein de la relativité générale pour émettre la possibilité d’apparition de trous de ver qui seraient constamment ouverts pour des voyages spatiaux. Mais pour être traversables, ces trous de ver nécessitent d’être gardés ouverts par une matière étrange. | ||
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| + | : « Désormais, c’est incroyable mais cette matière exotique peut exister grâce à des bizarreries dans les lois de la physique quantique », d’après les propos de Kip Thorne dans son livre « La Science d’Interstellar ». Et cette matière exotique a même été créée en laboratoires sur Terre, mais en très petites quantités. Et lorsque Thorne a proposé sa théorie des trous de ver stables en 1988, il a appelé la communauté scientifique à l’aider à déterminer si assez de matière exotique pourrait exister dans l’univers pour supporter la possibilité d’un trou de ver. | ||
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| + | : « Cela a déclenché beaucoup de recherches par un grand nombre de physiciens. Mais aujourd’hui, près de trente ans plus tard, la réponse est encore inconnue », selon le physicien. A l’heure actuelle, cela ne semble cependant pas en bonne voie, mais « nous sommes encore loin d’une réponse définitive » selon Thorne. | ||
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| + | : Ces phénomènes et théories qui permettent d’atteindre la vitesse supraluminique sont réellement intrigants. Mais ils permettent surtout d’en apprendre toujours davantage sur la vitesse de la lumière, qui apparaît aujourd’hui comme une barrière physique infranchissable. Reste que l’Homme a toujours éprouvé une irrépressible envie de briser les limites de son environnement et de surpasser ses capacités. Dès lors, rêver à des voyages spatiaux à l’autre bout de l’univers n’apparaît plus si utopique. | ||
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Version du 6 avril 2018 à 15:21
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Questions possibles
Eléments de réponse
La vitesse de la lumière est d'environ 300 000 000 de mètres par seconde, soit assez vite pour faire 8 fois le tour de la Terre en une seconde.
Selon le principe énoncé par Albert Einstein au XIXe siècle, il n'est physiquement pas possible de dépasser la vitesse de la lumière dans le vide (environ 300.000 km/s). La vitesse de la lumière est une limite indépassable pour tout objet de matière comme pour toute énergie.
- 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 de quelque 300.000 km/s, il acquerrait ainsi potentiellement une masse infinie. Or, pour qu'un objet accélère, il faut lui fournir de l'énergie, une énergie d'autant plus importante que l'objet est lourd ! La vitesse de la lumière dans le vide semble donc bien hors d'atteinte...
- Depuis Einstein, les physiciens ont trouvé certaines entités qui peuvent atteindre la vitesse supraluminique (plus rapide que la lumière) et respecter tout de même les règles cosmiques énoncées par la relativité restreinte. Tout en respectant la théorie d’Einstein, ces phénomènes nous donnent un aperçu du comportement étrange de la lumière et du royaume quantique.
- Vitesse de la lumière et effet Cerenkov - La lumière équivalente à un bang supersonique
- En 1958, le physicien russe Pavel Cerenkov (Tcherenkov) décroche le prix Nobel pour la découverte d'un phénomène auquel on a donné son nom et qu'il qu'il avait mesuré en 1934. L'effet Cerenkov ou « l’effet Tcherenkov » se produit lorsqu'une particule se déplace plus vite que la lumière... dans un milieu donné. Tout est relatif. Si une particule ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière dans le vide, elle peut voyager plus rapidement que la lumière dans certains milieux.
Comme un avion franchissant le mur du son émet alors un bruit caractéristique, une particule qui dépasse la vitesse de la lumière émet une lumière intense et bleutée, le rayonnement Cerenkov (« rayonnement Tcherenkov »).
Lorsque des objets voyagent plus vite que le son, ils produisent un bang supersonique. Donc, en théorie, si quelque chose voyage plus vite que la lumière, il produit un « bang lumineux ». En réalité, cela se produit quotidiennement dans le monde et il est même possible de l’observer avec des yeux humains. C’est ce qu’on appelle « l’effet Tcherenkov », un phénomène similaire à une onde de choc. C’est notamment cet effet qui provoque la luminosité bleue de l’eau entourant le coeur d’un réacteur nucléaire. L’effet Tcherenkov rayonne parce que le coeur du réacteur nucléaire est plongé dans l’eau pour le garder froid. Or, dans l’eau, la lumière voyage à 75 % de sa vitesse dans le vide. Les électrons créés par la réaction à l’intérieur du coeur, eux, voyagent dans l’eau plus vite que la lumière ne le fait. Elles ne dépassent pas réellement la vitesse absolue de la lumière, mais tout du moins sa vitesse dans l’eau.
- Lorsque les règles physiques ne s’appliquent plus
- Il faut garder en tête que la théorie d’Einstein sur la relativité restreinte établit que rien avec une masse ne peut dépasser la vitesse de la lumière. Et pour autant que les scientifiques le sachent, l’univers répond à cette règle. Mais qu’en est-il de quelque chose sans masse ? Les photons, de par leur nature, ne peuvent dépasser la vitesse de la lumière, mais ces particules ne sont pas les seules entités sans masse de l’univers. L’espace vide ne contient aucune substance et par définition, n’a pas de masse.
- Puisque « rien » n’est que de l’espace vide, il peut s’étendre plus vite que la lumière si aucun objet matériel ne dépasse la vitesse de la lumière », selon l’astrophysicien Michio Kaku. « Par conséquent, l’espace peut certainement s’étendre plus vite que la lumière. » C’est ce que les physiciens pensent qu’il s’est produit immédiatement après le Big Bang durant ce qu’on appelle l’inflation cosmique, dont l’hypothèse a été émise en premier par les physiciens Alan Guth et Andrei Linde dans les années 80. Durant un fraction de seconde, l’univers a doublé de volume de manière répétée et finalement, sa barrière externe se serait étendue très vite, plus vite que la vitesse de la lumière.
- L’intrication quantique
- L’intrication quantique est une notion complexe. En clair, il s’agit d’un phénomène observé en mécanique quantique lors duquel deux objets, même séparés par de grandes distances spatiales, doivent être considérés comme un système unique. Ainsi, d’après la théorie quantique, même en séparant deux électrons à plusieurs centaines ou même milliers d’années-lumière l’un de l’autre, ils continueront de communiquer par un pont ouvert.
- « Si je secoue un électron, l’autre « ressent » cette vibration instantanément, plus vite que la vitesse de la lumière, selon Michio Kaku. Einstein pensait que cela réfutait la théorie quantique, puisque rien n’est censé voyager plus vite que la lumière. » En réalité, en 1935, Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont tenté de réfuter la théorie quantique avec une expérience théorique sur ce qu’Einstein avait appelé « les actions fantômes à distance ».
Ironiquement, leur article jeta les bases de ce qu’on appelle aujourd’hui le paradoxe d’EPR (Einstein, Podolski, Rosen) qui décrit cette communication instantanée de l’intrication quantique – une partie intégrante de certaines des technologies les plus avant-gardistes du monde, comme la cryptographie quantique.
- Les trous de ver
- Puisque rien disposant d’une masse ne peut voyager plus vite que la lumière, il est exclu de voyager à la manière du film Interstellar, au moins dans l’utilisation commune des fusées ou dans la pratique du vol spatial. Et même si Einstein a piétiné les rêves humains de voyager à travers l’espace lointain avec sa théorie de la relativité restreinte, sa théorie de la relativité générale, en 1915, offre un nouvel espoir pour les voyages interstellaires.
- Alors que la relativité restreinte lie la masse et l’énergie, la relativité générale associe l’espace et le temps ensemble. Michio Kaku explique donc que « la seule manière viable de briser la barrière de la lumière serait à travers la relativité générale et la déformation de l’espace-temps ». Cette déformation est ce qu’on appelle familièrement un « trou de ver », qui permettrait théoriquement de voyager à travers de vastes distances instantanément et de briser ainsi la vitesse limite cosmique.
- En 1988, le physicien Kip Thorne, producteur exécutif et consultant scientifique pour le film Interstellar, a utilisé les équations d’Einstein de la relativité générale pour émettre la possibilité d’apparition de trous de ver qui seraient constamment ouverts pour des voyages spatiaux. Mais pour être traversables, ces trous de ver nécessitent d’être gardés ouverts par une matière étrange.
- « Désormais, c’est incroyable mais cette matière exotique peut exister grâce à des bizarreries dans les lois de la physique quantique », d’après les propos de Kip Thorne dans son livre « La Science d’Interstellar ». Et cette matière exotique a même été créée en laboratoires sur Terre, mais en très petites quantités. Et lorsque Thorne a proposé sa théorie des trous de ver stables en 1988, il a appelé la communauté scientifique à l’aider à déterminer si assez de matière exotique pourrait exister dans l’univers pour supporter la possibilité d’un trou de ver.
- « Cela a déclenché beaucoup de recherches par un grand nombre de physiciens. Mais aujourd’hui, près de trente ans plus tard, la réponse est encore inconnue », selon le physicien. A l’heure actuelle, cela ne semble cependant pas en bonne voie, mais « nous sommes encore loin d’une réponse définitive » selon Thorne.
- Ces phénomènes et théories qui permettent d’atteindre la vitesse supraluminique sont réellement intrigants. Mais ils permettent surtout d’en apprendre toujours davantage sur la vitesse de la lumière, qui apparaît aujourd’hui comme une barrière physique infranchissable. Reste que l’Homme a toujours éprouvé une irrépressible envie de briser les limites de son environnement et de surpasser ses capacités. Dès lors, rêver à des voyages spatiaux à l’autre bout de l’univers n’apparaît plus si utopique.
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Pour citer cette page: (aller plus vite que la vitesse de la lumière ?)
ABROUGUI, M & al, 2018. Peut-on aller plus vite que la vitesse de la lumière ?. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/Peut-on_aller_plus_vite_que_la_vitesse_de_la_lumi%C3%A8re_%3F>, consulté le 1, juillet, 2024
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