La vitesse de la lumière

Non, l’Espace-Temps ce n’est pas de la science-fiction, et c’est quand même très perturbant !

La vitesse de la lumière est de 299 792 458 m/s.

On dit souvent 300 000 km/s pour simplifier.

Ok, c’est beaucoup mais s’il n’y avait que cela notre cerveau ne se mettrait pas à chauffer.

Le truc qui vient nous perturber est le suivant :

Une personne qui mesure la vitesse d’une particule de lumière en faisant une expérience dans un train en mouvement trouve le même résultat que quelqu’un qui mesure la vitesse de la même particule de lumière en restant immobile à l’extérieur du train. La vitesse de la lumière est la même que l’on soit en mouvement ou immobile. C’est la théorie de l’Espace-Temps.

Pourquoi c’est perturbant ?

Prenons une situation plus simple.

Un train en mouvement, des observateurs et une personne qui marche dans le train.

Je suis immobile à l’extérieur du train et je mesure la vitesse du train qui passe (disons 100 km/h). Dans le train, il y a une personne qui marche (disons 4 km/h) et une personne immobile (0 km/h).

Le train se déplace et le bonhomme vert marche

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Vitesse de la personne immobile dans le train pour l’observateur extérieur = Vitesse du train = 100 km/h (je vois passer le bonhomme rouge à 100 km/h)

Vitesse de la personne qui marche dans le train pour l’observateur extérieur =  Vitesse du train + Vitesse de marche dans le train = 100 + 4 = 104 km/h (je vois passer le bonhomme vert à 104 km/h)

Vitesse de la personne qui marche dans le train pour l’observateur immobile dans le train = vitesse de marche = 4 km/h

L’observateur dans le train et l’observateur extérieur mesurent une vitesse différente. C’est plutôt logique car au cours de la même durée pour l’observateur qui est dans le train la personne qui marche dans le train a parcouru une plus petite distance que pour l’observateur qui se trouve à l’extérieur. Autrement dit, pour l’observateur qui se trouve dans le train la personne qui marche parcourt peu de distance en allant lentement (4 km/h) et pour l’observateur qui est à l’extérieur du train la personne qui marche parcourt plus de distance (vu que le train la fait se déplacer en plus de sa marche) a une vitesse plus rapide (104 km/h). Du coup pour les deux observateurs la personne qui marche atteint le même point d’arrivée au bout du même temps en allant à des vitesses différentes.

Maintenant je remplace la personne qui marche dans le train par une particule de lumière. Et là au secours !

Vitesse de la particule de lumière pour l’observateur extérieur300 000 km/h

Vitesse de la particule de lumière pour l’observateur immobile dans le train300 000 km/h

L’observateur dans le train et l’observateur extérieur mesurent exactement la même vitesse alors que la particule de lumière parcourt plus de distance dans un cas que dans l’autre.

Comment est-ce possible ?

Une seule possibilité. Le temps ne s’écoule pas dans le train au même rythme qu’à l’extérieur du train. Le temps « ralentit » dans le train qui est en déplacement. Le temps devient une dimension relative. Il est lié à la position et au mouvement de l’observateur.

Oupssss !!!!! mais alors, quand je regarde un train qui passe, je ne vis pas le même temps qu’une personne qui voyage en train. Eh bien non.

Mais en fait la vitesse de la lumière est tellement rapide par rapport à la vitesse du train que cette différence est extrêmement faible et complètement imperceptible.

Pour la percevoir réellement il faudrait faire rouler le train à des vitesses qui se rapprochent de la vitesse de la lumière.

Disons qu’on imagine un vaisseau qui file à travers l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière. Pas de chance on ne sait pas les construire.

On va se contenter d’un satellite qui file à 11 km/s, et à l’intérieur duquel on a placé une horloge atomique hyper précise. Cette horloge se désynchronise d’une horloge immobile au sol comme le prévoit la théorie de l’Espace-Temps.

C’est en 1905, qu’Albert Einstein a réussi le tour de force de penser cette théorie, d’en définir les éléments caractéristiques et en s’appuyant sur les travaux de Lorentz et les expériences menées par Michelson et Morley de mettre en équation la théorie de la relativité restreinte et la théorie de la relativité générale.

Cette théorie est utilisée avec succès tous les jours pour mettre à jour vos coordonnées GPS.

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