Vitesse de la lumière

D'après les théories de la physique moderne, et notamment les équations de Maxwell, la lumière et toutes les ondes électromagnétiques ont une vitesse constante dans le vide, la vitesse de la lumière.

C'est une constante physique notée c (du Latin celeritas, "vitesse"). Quel que soit le repère de référence d'un observateur ou la vitesse de l'objet émettant la lumière, tout observateur obtiendra la même mesure. Aucune chose ou information ne peux voyager plus vite que c.

La vitesse de la lumière dans le vide est notée c:

c = 2,997 924 58 à— 10⁸ mètres par seconde

Cette valeur est en fait une valeur "exacte", puisque les équations de Maxwell prédisent que :

avec

• permissivité électrique du vide : ε₀ = 8,854 187 817... à— 10^-12 F.m^-1 (valeur exacte)
• perméabilité magnétique du vide : μ₀ = 4Ï€ à— 10^-7 = 12,566 370 614... à— 10^-7 N.A^-2 (valeur exacte)

Depuis 1983, c'est cette valeur de la vitesse de la lumière qui sert à  définir le mètre dans le système international d'unités [1]. Dans un milieu autre que le vide, la lumière se déplace à  une vitesse inférieure à  c.

La vitesse de la lumière n'est pas une vitesse limite au sens conventionnel. Nous avons l'habitude d'additionner des vitesses, par exemple nous estimerons normal que deux voitures roulant à  60 kilomètres par heure en sens inverse se voient l'une et l'autre comme se rapprochant à  une vitesse de 60 km/h + 60 km/h = 120 kilomètres par heure. Mais à  des vitesses proches de celle de la lumière, cette approximation de calcul ne tient plus. En effet, pourquoi la loi d'addition des vitesses serait la même que celle suivie par des nombres réels, c'est-à -dire appartenant à  l'ensemble ? Deux vaisseaux spatiaux voyageant l'un vers l'autre à  90% de c (par rapport à  un observateur entre les deux), ne se verront pas approcher à  180% de c. En fait ils percevront leur vitesse d'approche (ou vitesse relative) à  un peu moins de 99,5% de c.

Ce résultat est donné par la formule d'Einstein :

o๠v et w sont les vitesses des vaisseaux spatiaux, et u la vitesse perçue d'un vaisseau depuis l'autre.

Ainsi, quelle que soit la vitesse à  laquelle se déplace un objet par rapport à  un autre, chacun mesura la vitesse de l'impulsion lumineuse reçue avec une même valeur, la vitesse de la lumière.

Albert Einstein développa la théorie de la relativité en appliquant ces étranges conséquences à  la mécanique classique. Les confirmations expérimentales de la théorie de la relativité montrent bien que la vitesse de la lumière est constante et indépendante du déplacement de l'observateur.

Bibliographie

[1] Le système international d'unités p 17, Bureau international des poids et mesures, 7^e éd. (1998) http://www1.bipm.org/utils/fr/pdf/brochure-si.pdf