Pourqoi la vitesse de la lumière est elle une valeur absolue
Publié le 24/06/2025
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«
Oral Physique
Bonjour,
Aujourd’hui, je vais répondre à une question qui touche à la fois la physique
moderne et notre intuition : pourquoi la vitesse de la lumière est-elle une
valeur absolue ?
Autrement dit, pourquoi dit-on qu’elle est toujours la même, quelle que soit la
vitesse de celui qui l’observe, contrairement à une voiture ou une balle ?
Pour y répondre, je vais d’abord vous parler d’expériences historiques, puis de
découvertes théoriques comme la relativité d’Einstein, et enfin de phénomènes
que l’on étudie dès le lycée, comme l’effet photoélectrique, qui confirme ce
caractère universel de la lumière.
I.
L’échec de la physique classique (2 min)
Au XIXe siècle, la lumière était considérée comme une onde, comme les vagues
sur l’eau ou le son dans l’air.
Et comme toute onde, on pensait qu’elle avait
besoin d’un support : un « milieu de propagation » appelé éther.
Les physiciens pensaient donc que si la Terre se déplaçait dans cet éther, on
devrait détecter une variation de la vitesse de la lumière selon la direction du
mouvement.
Pour tester cela, Michelson et Morley, en 1887, ont réalisé une
expérience très précise.
Ils ont comparé la vitesse de la lumière dans différentes
directions… et n’ont observé aucune différence.
Un résultat très surprenant
pour l’époque.
Cela voulait dire que, contrairement aux autres vitesses, la lumière se déplace
toujours à la même vitesse, peu importe le mouvement de la source ou
de l’observateur.
Cela contredisait complètement la physique classique.
II.
Einstein et la relativité restreinte (2,5 min)
C’est en 1905 qu’Einstein propose une explication révolutionnaire : il abandonne
l’idée d’un éther, et part de deux postulats simples :
1.
Les lois de la physique sont les mêmes dans tous les référentiels en
mouvement rectiligne uniforme.
2.
La vitesse de la lumière dans le vide est la même pour tous les
observateurs, quel que soit leur mouvement.
C’est là que naît la relativité restreinte.
Elle nous apprend que si la lumière
garde toujours la même vitesse, c’est le temps et l’espace qui doivent
s’ajuster.
Par exemple :
Le temps peut ralentir pour un objet en mouvement rapide : c’est la
dilatation du temps.
Les distances peuvent se contracter : c’est la contraction des
longueurs.
Ces effets ne sont perceptibles qu’à des vitesses proches de celle de la lumière,
mais ils ont été confirmés par de nombreuses expériences, comme l’observation
du ralentissement du temps chez les particules appelées muons, créées dans
l’atmosphère.
III.
Une image concrète pour mieux comprendre (1,5 min)
Prenons un exemple simple : une personne dans un train fait rebondir un rayon
laser entre le sol et le plafond.
Pour elle, la lumière monte et redescend à la
verticale.
Mais pour un observateur sur le quai, le train avance.
Donc, la lumière suit une
trajectoire en diagonale, un peu plus longue.
Or, comme la vitesse de la lumière est la même pour les deux observateurs, la
seule façon d’expliquer cette différence est que le temps....
»
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