Astronomies

Peut-on aller plus vite que la vitesse de la lumière ?

Est-ce différent si c'est dans le vide ?

En 1676, en étudiant le mouvement de la lune Io de Jupiter, l’astronome danois Ole Romer a calculé que la lumière voyage à une vitesse finie. Deux ans plus tard, s’appuyant sur les données recueillies par Romer, le mathématicien et scientifique néerlandais Christiaan Huygens est devenu la première personne à tenter de déterminer la vitesse réelle de la lumière, selon le Musée américain d’histoire naturelle de New York.

Huygens est arrivé à un chiffre de 211 000 kilomètres par seconde (131 000 miles par seconde), un chiffre qui n’est pas exact selon les normes actuelles, nous savons maintenant que la vitesse de la lumière dans le “vide” de l’espace vide est d’environ 299 792 km par seconde (186 282 miles par seconde), mais son évaluation a montré que la lumière voyage à une vitesse incroyable.

Selon la théorie de la relativité restreinte d’Albert Einstein, la lumière voyage si vite que, dans le vide, rien dans l’univers n’est capable de se déplacer plus vite.

“Nous ne pouvons pas nous déplacer dans le vide de l’espace plus vite que la vitesse de la lumière”, a confirmé Jason Cassibry, professeur associé d’ingénierie aérospatiale au Propulsion Research Center de l’université d’Alabama à Huntsville.

Question résolue, non ? Peut-être pas.
Lorsque la lumière n’est pas dans le vide, la règle s’applique-t-elle encore ?

Techniquement, l’affirmation selon laquelle “rien ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière” n’est pas tout à fait correcte en soi”, du moins dans un cadre autre que le vide, a déclaré Claudia de Rham, physicienne théorique à l’Imperial College de Londres, dans un courriel adressé à Live Science. Mais il faut tenir compte de certaines mises en garde, a-t-elle ajouté.

La lumière présente à la fois des caractéristiques de type particule et de type onde, et peut donc être considérée à la fois comme une particule (un photon) et comme une onde. C’est ce qu’on appelle la dualité onde-particule.

Si l’on considère la lumière comme une onde, il existe de “multiples raisons” pour lesquelles certaines ondes peuvent se déplacer plus rapidement que la lumière blanche (ou incolore) dans un milieu, a déclaré Mme de Rham. L’une de ces raisons est que “lorsque la lumière traverse un milieu, par exemple, du verre ou des gouttelettes d’eau, les différentes fréquences ou couleurs de la lumière se déplacent à des vitesses différentes”.

L’exemple visuel le plus évident de ce phénomène est celui des arcs-en-ciel, qui présentent généralement les longues longueurs d’onde rouges, plus rapides, en haut et les courtes longueurs d’onde violettes, plus lentes, en bas, selon un article de l’université du Wisconsin-Madison.

Cependant, lorsque la lumière voyage dans le vide, il n’en va pas de même.

“Toute lumière est un type d’onde électromagnétique, et elles ont toutes la même vitesse dans le vide (3 x 10^8 mètres par seconde). Cela signifie que les ondes radio et les rayons gamma ont la même vitesse”, a déclaré Rhett Allain, professeur de physique à l’université Southeastern Louisiana, dans un courriel adressé à Live Science.

Ainsi, selon M. de Rham, la seule chose capable de se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière est, de manière quelque peu paradoxale, la lumière elle-même, mais seulement lorsqu’elle n’est pas dans le vide de l’espace. À noter que, quel que soit le milieu, la lumière ne dépassera jamais sa vitesse maximale de 186 282 miles par seconde.

Un regard universel

Selon M. Cassibry, il y a cependant autre chose à prendre en compte lorsque l’on parle de choses qui se déplacent plus vite que la vitesse de la lumière.

“Certaines parties de l’univers s’éloignent de nous plus rapidement que la vitesse de la lumière, car l’espace-temps se dilate”, explique-t-il.

Par exemple, le télescope spatial Hubble a récemment repéré une lumière vieille de 12,9 milliards d’années en provenance d’une étoile lointaine appelée Earendel. Mais comme l’univers est en expansion en tout point, Earendel s’éloigne de la Terre et ce, depuis sa formation, de sorte que la galaxie se trouve maintenant à 28 milliards d’années-lumière de la Terre.

Dans ce cas, l’espace-temps est en expansion, mais la matière dans l’espace-temps voyage toujours dans les limites de la vitesse de la lumière.

Il est donc clair qu’à notre connaissance, rien ne voyage plus vite que la lumière, mais existe-t-il une situation où cela serait possible ?

La théorie de la relativité restreinte d’Einstein, et sa théorie ultérieure de la relativité générale, est “construite sur le principe que les notions d’espace et de temps sont relatives”, a déclaré M. de Rham. Mais qu’est-ce que cela signifie ? “Si quelqu’un était capable de voyager plus vite que la lumière et de transporter des informations avec lui, sa notion du temps serait déformée par rapport à la nôtre”, a déclaré M. de Rham. “Il pourrait y avoir des situations où le futur pourrait affecter notre passé, et alors toute la structure de la réalité cesserait d’avoir un sens.”

Cela indiquerait qu’il ne serait probablement pas souhaitable de faire voyager un humain plus vite que la vitesse de la lumière. Mais cela pourrait-il être un jour possible ? Arrivera-t-il un jour où nous serons capables de créer des engins capables de propulser des matériaux, et finalement des humains, dans l’espace à une vitesse supérieure à celle de la lumière ? “Les théoriciens ont proposé divers types de bulles de distorsion qui pourraient permettre des voyages plus rapides que la lumière”, a déclaré M. Cassibry.

Mais M. de Rham est-il convaincu ?

“Nous pouvons imaginer être en mesure de communiquer à la vitesse de la lumière avec des systèmes situés en dehors de notre système solaire”, a déclaré M. de Rham. “Mais envoyer des êtres humains à la vitesse de la lumière est tout simplement impossible, car nous ne pouvons pas nous accélérer à cette vitesse.

“Même dans une situation très idéaliste où nous imaginons que nous pourrions continuer à nous accélérer à un rythme constant, en ignorant comment nous pourrions même atteindre une technologie qui pourrait nous accélérer continuellement, nous n’atteindrions jamais réellement la vitesse de la lumière”, a-t-elle ajouté. “Nous pourrions nous en approcher, mais ne jamais l’atteindre tout à fait”.

C’est un point confirmé par Cassibry. “En négligeant la relativité, si vous deviez accélérer à un taux de 1G [gravité terrestre], il vous faudrait un an pour atteindre la vitesse de la lumière. Cependant, vous n’atteindriez jamais vraiment cette vitesse, car lorsque vous commencez à approcher la vitesse de la lumière, votre énergie de masse augmente, se rapprochant de l’infini.

L’un des rares “codes de triche” connus pour cette limitation est l’expansion et la contraction de l’espace-temps, ce qui rapproche votre destination de vous. Il ne semble pas y avoir de limite fondamentale à la vitesse à laquelle l’espace-temps peut se dilater ou se contracter, ce qui signifie que nous pourrions être en mesure de contourner cette limite de vitesse un jour.”

M. Allain est tout aussi convaincu que dépasser la vitesse de la lumière est loin d’être probable, mais, comme M. Cassibry, il note que si les humains veulent explorer des planètes lointaines, il n’est peut-être pas nécessaire d’atteindre de telles vitesses.

“La seule façon dont nous pourrions comprendre aller plus vite que la lumière serait d’utiliser un certain type de trou de ver dans l’espace”, a déclaré Allain. “Cela ne nous ferait pas réellement aller plus vite que la lumière, mais nous donnerait plutôt un raccourci vers un autre endroit de l’espace”.

Cassibry, cependant, n’est pas sûr que les trous de ver soient un jour une option réaliste.

“Les trous de ver sont théoriquement possibles sur la base d’une solution spéciale aux équations de champ d’Einstein”, a-t-il déclaré. “En gros, les trous de ver, s’ils sont possibles, vous donneraient un raccourci d’une destination à une autre. Je n’ai aucune idée de la possibilité d’en construire un, ni même de la manière dont on s’y prendrait pour le faire.”

David SCHMIDT

David SCHMIDT

Journaliste reporter sur Davidschmidt.fr. Chroniqueur radio sur Form.fr.

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