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La vitesse de la lumière, dépassée ?

EinsteinNous annoncions dernièrement le dépassement de la vitesse de la lumière par les neutrinos... il faudrait apparemment déchanter comme l'explique:

http://www.gizmodo.fr/2011/10/15/les-neutrinos-nont-pas-depasse-la-vitesse-de-la-lumiere-explications.html

Il reste maintenant à attendre qu'après une première confirmation des premières mesures et une deuxième objection aux résultats obtenus, afin de savoir si l'on peut confirmer l'objection ou confirmer la confirmation.  Et, hélas, certains viendront probablement prétendre que l'on ne pourra jamais être sûrs de rien.  En effet, on voit facilement se profiler l'ombre de la théorie du complot qui prétendrait que l'information de base, à savoir le dépassement de la vitesse de la lumière, poserait trop de problèmes aux scientifiques et qu'il fallait bien trouver un argument quelconque à lui opposer, faute de quoi les implications auraient été par trop importantes et bouleversantes.


Le CERPI écrivait le 10 janvier 2012:

 

La vitesse de la lumière: vers une révolution scientifique?

Une information, pourtant capitale, semble bien être passée, pour beaucoup, totalement inaperçue. Peut-être est-ce parce qu'elle est passée tellement vite que cela lui a assuré une redoutable invisibilité.  Toujours est-il qu'il nous faut ici citer l'expérience OPERA (acronyme de l'anglais Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) qui est une expérience internationale de physique des particules destinée à observer et étudier le phénomène d'oscillation de neutrinos. Elle utilise un faisceau de neutrinos muoniques à haute intensité et à haute énergie produit par le Super Proton Synchrotron (SPS) du CERN à Genève et dirigé vers un détecteur souterrain installé au Laboratori Nazionali del Gran Sasso (en) (LNGS), en Italie, à environ 730 km de distance. Les expériences, car - en fait - il y en a eu plusieurs - ont commencé en été 2006.
Le 31 mai 2010, le CERN annonce que OPERA avait observé pour la première fois un neutrino tauique au sein du faisceau de neutrinos muoniques.
Le 23 septembre 2011, la collaboration OPERA annonce avoir mesuré un écart entre le temps de parcours des neutrinos du CERN au Gran Sasso par rapport au temps attendu, impliquant pour ceux-ci un dépassement apparent de la vitesse de la lumière.

Boum! Rien que ça!  En fait, précisent les scientifiques du CERN,  dans leur course de fond de 730 km, les particules "incriminées" sont arrivées avec 20 mètres d'avance sur leurs consœurs, ce qui traduit une vitesse d'environ 6 km/h de plus.  Pour le commun des mortels, il s'agit d'une information incolore, inodore, insipide et même indolore... bon!  Quand est-ce qu'on mange? 
Et c'est vrai qu'apparemment les réactions ne font pas foison dans les sites traitant d'objectifs semblables aux nôtres, peut-être parce que leur approche est moins scientifique, que le sujet est "un peu" complexe, que cela implique d'aller voir plus loin que le bout de son nez, d'avoir tout de même quelques connaissances de physique et puis, surtout, que les choses soient confirmées.  Sur ce point, en tous cas, les scientifiques sont unanimement d'accord: il est question de vérifier et de confirmer ou d'infirmer au plus vite cette nouvelle qui, nous allons l'expliquer, annonce peut-être une véritable révolution en la matière, tout particulièrement riche en conséquences.

La vitesse de la lumière, soit environ 300000 km/s, est considérée comme LA vitesse ultime qu'il soit possible d'atteindre.  Oui, enfin bon!  Encore faudrait-il pouvoir l'atteindre... Pas question de tergiverser en la matière: c'est comme ça, point.  C'en est à un point tel que l'on ne pourrait même pas cumuler les vitesses respectives.  Par exemple, un astronaute se trouvant à bord d'une fusée qui se déplacerait (on peut rêver!) à la vitesse de la lumière et qui projetterait un objet à 40 km/s (un athlète olympique boosté aux amphétamines, sans doute) ne verrait pas son projectile atteindre les 300040 km/s.  TOUT se déplacerait à la vitesse de la lumière, soit 300000 km/s (approximativement.  Car la bonne valeur est 299.792.458 km/s, mais on ne va pas chicaner...)
Et c'est aussi le contraire qui vient d'être démontré (jusqu'à preuve du contraire) par l'opération OPERA. Oui, et alors?  Oh rien! Ou pas grand chose... sauf qu'un certain Einstein, pas complètement dans l'erreur mais pas totalement indemne non plus, doit se retourner dans sa tombe, que les propos de Monsieur Pierre Magain (astrophysique ULg) - parfaitement exacts au moment de son interview face aux caméras de RTL et aux côtés du professeur A. Meessen (ex-SOBEPS), doivent désormais être relativisés et que le déplacement d'éventuels extraterrestres habitant l'une des exoplanètes connues, vers notre bonne vieille terre, ne semble plus une impossibilité pratique, que donc l'ufologie toute entière pourrait d'un seul coup rebondir en faisant en sorte que les soi-disant petits bonshommes verts qui font tant rire les sceptiques deviennent bien mois risibles et que les sceptiques en deviennent verts, que - finalement - cette seule nouvelle information risque de bouleverser tout un ensemble de certitudes que nous avions jusqu'à présent.  Bref, il s'agissait d'un événement qui aurait du faire trembler le monde entier, entraîner de gigantesques vagues de protestations (à défaut d'OVNI) et/ou l'enthousiasme démesuré de toute une kyrielle de sites, blogs, forums traitant du paranormal, du surnaturel et d'ufologie et pourtant on dirait bien qu'il est passé comme une lettre à la poste.  M. Bastien interviewait hier après-midi M. Vanbockestal à ce sujet:

M. Vanbockestal, vous avez certainement vécu l'annonce de cette nouvelle comme un coup de tonnerre?

Oui et non.  En fait, j'ai été averti par un proche alors que j'étais en conférence et cette nouvelle était accompagnée d'une autre qui était bien moins "réjouissante", tout est donc à relativiser et c'est vraiment le cas de le dire.  Car il est bon de souligner ici avant tout que l'information se doit d'être confirmée avant de se lancer dans tout un ensemble de spéculations.  En admettant que ce soit le cas, alors oui: ce serait un élément potentiellement détonant et beaucoup de choses pourraient être reconsidérées.  Mais remarquez que j'utilise le conditionnel hypothétique car la prudence reste de mise.  Cela dit, ce n'est pas vraiment le genre de nouvelle qui m'étonne vraiment non plus, elle me soulagerait plutôt au contraire...

Expliquez-vous donc, M. Vanbockestal, si vous le voulez bien!

Oh!  Cela va vous paraître très prétentieux de ma part mais disons que je m'attendais plus ou moins à ce qu'une telle nouvelle voie le jour tôt ou tard...

Vous vous y attendiez?

Oui.  Pas forcément aussi tôt, cela aurait pu être longtemps après ma mort, peut-être seulement d'ici des centaines d'années, voire plus encore.  Mais je m'y attendais, comme je vous l'ai dit: "plus ou moins".

Vous comprenez que je sois obligé de vous demander des précisions car des tas de gens risquent de traduire par "intuition médiumnique suspecte", "prétentions folles d'un illuminé", etc...

couvCERPI090811okIMAKIl n'y a absolument rien de médiumnique là-dedans!  Les choses sont beaucoup plus simples et ne sont issues d'aucune prétention de ma part mais bien simplement de questions que je me posais, comme n'importe quelle personne au monde aurait pu le faire.  Dès les bancs de l'école, lorsque notre professeur de physique nous avait assuré que la vitesse de la lumière était une vitesse "plafond", qu'il était donc rigoureusement impossible de franchir, cela m'a paru bizarre.  Je partais du principe que la vitesse est simplement un rapport entre une distance et une unité de temps et que je ne voyais pas de raison, a priori, à ce que l'on ne puisse pas modifier les variables à l'infini.  Seulement voilà, je me suis fait rappeler à l'ordre: c'était comme ça et pas autrement.  c'était une limite universelle bien établie, incontestable, du scientifique pur et dur.  Il fallait l'assimiler en tant que tel, sans contestation possible.
Bien plus tard, alors que je revenais sur cette question (mais bien après que j'aie obtenu mes diplômes, ceci dit entre parenthèses à l'attention des petits comiques qui s'imaginent que je ne suis qu'un autodidacte sans aucune formation sous prétexte que je suis issu du milieu ouvrier...) on m'a accusé de faire dans la démagogie lorsque je soulignais que les milieux scientifiques se contredisaient dans la fameuse équation E=mc2.  C désignant précisément la vitesse de la lumière, on s'empressait de la mettre au carré, sans complexes!  On me fit remarquer ce que je savais pertinemment bien, à savoir qu'il s'agissait simplement d'une expression mathématique dans laquelle on évoquait un produit et que seuls les nombres devaient être envisagés, indépendamment de leur signification intrinsèque.  Il n'y avait donc absolument aucune contradiction, ce que je pouvais tout à fait admettre, et admettais d'ailleurs.  C'est tellement vrai que je parle de ce point précis, dans un autre propos, dans mon livre sur les Phénomènes Inexpliqués en Belgique.  J'insiste bien en précisant que cela n'est vrai que dans les chiffres, en considérant seulement les rapports relatifs.  C'était bien prudence de ma part car j'étais parfaitement au courant des objections que l'on ne manquerait pas de me formuler.  Je dis souvent qu'il faut comprendre ce que j'écris avec plusieurs niveaux de lecture, cela se démontre une fois de plus!

Cependant, rien n'est encore formellement établi pour l'instant?

Exact.  Des mesures ont été prises, avec énormément de rigueur mais une erreur est toujours possible.  C'est la raison pour laquelle les scientifiques mettent désormais tout en oeuvre afin de procéder à toutes les vérifications d'usage avant de crier "victoire".  S'il devait s'agir d'une erreur, ce serait un simple retour à la case départ, un coup dans l'eau, mais en même temps je crois que cela ne ferait que postposer l'échéance.  Dans le cas contraire, les mêmes scientifiques ouvrent une porte béante aux théories les plus extraordinaires.  Ils viendraient somme toute de perdre un très solide "garde-fou", quoique je n'aime pas cette comparaison.  Il y a déjà assez d'abonnés au bac à sable qui me (nous) prennent pour des fous... ils feraient bien de commencer par soigner leur orthographe, prendre quelques leçons de politesse et de savoir-vivre avant de critiquer les personnes d'expérience...

Vous semblez vous faire virulent contre des personnes qui vous auraient attaqué?

Je ne sais vraiment pas ce qui vous fait croire ça! (rires)  Non mais vous savez comme moi que nous travaillons dans un domaine où les critiques sont légions.  Dans notre position, on se fait attaquer de toutes parts: par les milieux ésotériques purs et durs qui nous reprochent notre rigueur ou critiquent la science à laquelle nous faisons référence et qui semblerait encore une fois se remettre en question, par les scientifiques et les rationalistes qui nous reprochent notre ouverture d'esprit, par les jaloux, etc.  Les choses seraient tellement plus faciles si l'on commençait par se respecter et essayer de se comprendre plutôt que d'ergoter sur tout et sur n'importe quoi.  Vous comprenez, ce qui m'énerve ce n'est pas tellement de consacrer énormément de temps et d'énergie, de multiplier des efforts souvent énormes, depuis des décennies, pour ne finalement comprendre qu'un nombre relativement limité de choses.  C'est plutôt de se faire critiquer par des gens qui ne comprennent rien à rien et ne comprendront jamais rien parce qu'ils ont décidé une fois pour toutes qu'ils ne voulaient rien entendre, dès le départ.  De manière très imbécile, ces mêmes personnes vont consacrer elles aussi énormément d'énergie dans ce seul but.  Dans le cas présent, je me réjouis en effet de ce que ce soit la science elle-même qui vienne apporter de l'eau à notre moulin.

Mais revenons-en à nos moutons... Comment voyez-vous la révolution qui semble se présenter?

D'abord avec prudence.  Je le rappelle: les choses doivent encore être confirmées.  Pour le reste, comme je l'ai dit, cela ouvrirait de sérieuses portes.  Mais cela devrait aussi constituer, le cas échéant, une nouvelle leçon pour les scientifiques trop coincés, une leçon de modestie aussi en général, quant à une humanité qui a une furieuse tendance à l'anthropocentrisme le plus indécrottable.  Ce serait aussi un nouveau défi à relever car cela impliquerait des adaptations conséquentes même si l'on est encore loin des considérations pratiques.

En quoi consiste au juste la révolution dont il s'agit?

Hé bien, des chercheurs du CNRS affirment avoir mesuré les vitesses de 15 000 neutrinos, entendez par là des particules encore plus légères que les photons, tous dépassant de 6 kilomètres par seconde la vitesse de la lumière. Ils avancent l'hypothèse que ces neutrinos auraient emprunté une sorte de raccourci dans une autre dimension. Notre univers pourrait donc être régi par cinq et non quatre dimensions! Mais je me permets d'insister sur le fait qu'il ne s'agit encore que d'hypothèses et de mesures à vérifier.  Sauf que, dans le cas présent, on ne peut vraiment pas dire que cela émane d'illuminés ni incriminer a priori le matériel, c'est du CERN dont on parle et pas de "monblog-perso.com"

6 km/h en plus, cela ne fait pas beaucoup...

Peu importe!  Même si cela avait été encore plus faible, le dépassement reste significatif par rapport à une barrière réputée infranchissable, c'est le principe même qui est en cause!

Quelle était cette nouvelle moins réjouissante que vous évoquiez au début?

Cela relève du confidentiel et là, vous savez très bien que vous ne rencontrerez qu'un mur. Désolé.

Des nouvelles de votre livre?

De ce côté, j'ai toutes les raisons d'être satisfait.  Bien que l'on ne puisse jamais rien dire à l'avance, je sais en tous cas que de nombreux médias se sont montrés intéressés et je dois déjà jongler dans les dates entre séances de dédicaces, émissions télévisées, radiophoniques et reportages de presse.  Donc, les choses se présentent plutôt bien.  Et puis, je suis tranquille: les choses sont aux mains de professionnels de la question.

Pour se procurer le livre de M. Vanbockestal: "Les Phénomènes Inexpliqués en Belgique", cliquez ici.

Pour en savoir plus à propos de la problématique présente:

orbiteLa vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène ondulatoire), est une constante physique, et donc un invariant relativiste. Elle a été fixée à 299 792 458 m/s en 1983 par le Bureau international des poids et mesures (cette valeur définissant ainsi le mètre).

Le nom de cette constante est souvent source de confusion : il est important de comprendre que la vitesse de la lumière n'est pas une constante physique en soi, elle ne coïncide avec la constante physique c que dans le vide, et uniquement parce que les photons auraient une masse nulle.

En toute rigueur, la question de la constance de la vitesse de la lumière dans le vide, telle qu’observée par quantum d’énergie transporté par les photons, ne peut être totalement tranchée : il est théoriquement possible que les photons aient une masse non nulle (les mesures ne peuvent que plafonner cette masse hypothétique et non prouver qu'elle n'existe pas). Toutefois, même s'il était avéré que les photons ont une masse non nulle, cela ne remettrait pas en cause le principe de la constante c, mais donnerait plutôt une limite de précision de son observabilité dans nos modèles de référence ; on conserverait avec c une limite absolue de vitesse que les photons observés ne pourraient pas eux-mêmes atteindre dans le vide.

Après les spéculations d’Empédocle, d’Alhazen ou de Roger Bacon, et les tentatives malheureuses de Galilée avec des aides démasquant des lanternes, la première estimation expérimentale est due à l’astronome danois Ole Christensen Rømer : en étudiant le cycle des éclipses de Io, satellite de Jupiter, il trouve que 40 révolutions observées lors d’une quadrature de Jupiter avec la Terre sont décalées dans le temps par rapport à 40 autres observées lorsque les deux planètes sont au plus proche. Il en déduit que quand Jupiter et la Terre sont en positions opposées par rapport au soleil, la lumière de Jupiter met 22 minutes de plus pour nous parvenir que lorsque les deux planètes sont au plus proche, ce retard correspondant au temps supplémentaire de parcours par la lumière du diamètre de l’orbite terrestre.

En septembre 1676, il prédit ainsi pour une émersion de Io, un retard de 10 minutes (observé le 9 novembre) par rapport à la table établie par Cassini. La lumière mettait ainsi 11 min pour parcourir le rayon de l’orbite terrestre, mais ce rayon était mal connu, les mesures étant dispersées entre 68 et 138 millions de kilomètres, valeurs toutes fausses.

Rømer (qui trouva ensuite 7 min), Cassini, Newton et bien d’autres améliorèrent la précision du temps de parcours, mais il fallut attendre que Delambre analyse un millier d’éclipses, réparties sur 140 ans, pour trouver la valeur de 8 min 13 s (la valeur correcte est de 8 min 19 s).

L’étape suivante est due à James Bradley : en 1727, étudiant les variations de déclinaison de l’étoile Gamma du Dragon, il découvre le phénomène de l’aberration de la lumière, dû à la combinaison de la vitesse de la lumière avec celle de la Terre ; il en déduit que la vitesse de la lumière vaut 10 188 fois celle de la Terre. Mais la vitesse de la Terre était mal connue, puisqu’elle dépend du rayon de son orbite.

La première mesure, indépendante d’une autre mesure, est faite par Hippolyte Fizeau, en 1849. En opérant entre Suresnes et Montmartre avec un dispositif à roue dentée, il trouve 315 000 km/s (donc majorée avec une erreur de seulement 5 %, un résultat déjà impressionnant pour l’époque puisque l’expérience s’est contentée de moyens matériels d’une taille très restreinte eu égard à la vitesse calculée obtenue.

Un nouveau progrès est fait par Léon Foucault avec un dispositif à miroir tournant, qui lui permet d’opérer sans sortir du laboratoire. En 1850, il montre que la lumière se déplace moins vite dans l’eau, en accord avec la théorie des ondulations. En 1862, il trouve la valeur de 298 000 km/s.

Les mesures (et les méthodes) vont alors se multiplier :

• En 1870, Alfred Cornu perfectionne la méthode de la roue dentée et trouve 298 500 km/s, en opérant entre l’École polytechnique et le Mont Valérien. En 1874, entre l’observatoire et la tour de Montlhéry, il trouve 300 400 km/s.
• En 1878, Albert Michelson (alors âgé de 25 ans) « bricole » un dispositif à miroir tournant et trouve 300 140 ± 480 km/s : c’est la première valeur donnant une mesure avec un intervalle de précision contenant la valeur actuelle, même si la valeur moyenne estimée est encore excessive.
• En 1882, Simon Newcomb, avec un miroir tournant, trouve 299 860 ± 30 km/s, pendant que Michelson trouve 299 853 ± 60 km/s : ces deux valeurs sont légèrement en excès par rapport à leur intervalle de précision donné (trop faible) et la valeur actuelle, car ces mesures ne prenaient pas en compte la correction des accélérations dues à l’effet Doppler sur les instruments de mesure, un effet encore mal maîtrisé expérimentalement pour la lumière ; cependant pour la précision des calculs et mesures utilisant la valeur moyenne estimée, cette précision constitue de nets progrès, une fois l'intervalle d’imprécision corrigé.
• En 1926, Michelson opère avec une base de 35 km, entre le Mont Wilson et le Mont San Antonio. Il trouve 299 796 ± 4 km/s : cette fois l’intervalle de précision donné contient la valeur actuelle, même si c’est à sa limite inférieure.
Michelson imagina de faire l'expérience dans le vide. En 1930 il entreprit de faire construire près de Pasadena, un tube en acier d'un mile de long pour y faire une ultime expérience. Il mourut en 1931 sans en voir les résultats. Malgré des erreurs de mesures dues à des effets géologiques et des problèmes de construction du tube, les résultats finaux, 299,774±11 km/s, étaient en accord avec les mesures électro-optiques de l'époque.

Après la Seconde Guerre mondiale, le géodimètre, la cavité résonnante, le radar, le radio-interféromètre, la spectrométrie de bande, et surtout le laser, vont permettre un bond dans la précision :

• En 1947, avec une cavité résonnante (un guide d’onde fermé), Louis Essen trouve 299 792 ± 3 km/s.
• En 1949, avec un radar, C. I. Aslakson trouve 299 792,4 ± 2,4 km/s. L’incertitude relative donnée passe sous la barre de ±1/125 000, mais l’erreur relative commise sur la valeur moyenne estimée n’est que de 1/5 200 000 !
• En 1958, Keith Davy Froome, avec un radio interféromètre à ondes millimétriques, trouve 299 792,5 ± 0,1 km/s. C’est la meilleure mesure avant l’entrée en scène du laser.
• En 1972, Kenneth Evenson, avec un laser hélium-néon stabilisé, trouve 299 792,4574 ± 0,0011 km/s. La précision a fait un bond d’un facteur 100 !
• En 1975, suite aux changements de plus en plus fréquents de la valeur moyenne estimée, et d’après les meilleurs résultats expérimentaux obtenus jusqu’alors (dont il reste à vérifier les conditions de reproductibilité), la 15e Conférence générale des poids et mesures recommande alors dans sa deuxième résolution la valeur de c égale à 299 792 458 m/s et invite ses membres et toute la communauté scientifique à réfléchir sur les différentes possibilités de corrélation avec les autres unités et constantes de référence, et notamment pour la redéfinition et l’étalonnage du mètre et/ou celle de la seconde.
• En 1978, Woods, Shotton et Rowley, avec le même type de laser qu’Evenson mais dans des conditions expérimentales plus strictes, trouvent 299 792,45898 ± 0,0002 km/s, avec la définition encore en vigueur du mètre de 1960. La vitesse de la lumière est maintenant connue avec une meilleure précision que l’ancien mètre étalon !
• En 1983, la 17e Conférence générale des poids et mesures en prend acte dans sa première résolution et change la définition du mètre :
« Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 seconde. »
Par cette dernière définition, la communauté scientifique entérine la définition de la vitesse de la lumière dans le vide absolu (un vide théorique car il est seulement approché et simulé dans les modèles expérimentaux actuels) comme une constante universelle, sur laquelle se fondent ensuite toutes les mesures d’espace et de temps.

Elle comporte aussi l’avantage conséquent de ne plus se baser sur les raies spectrales d’éléments atomiques (auparavant une raie du krypton-86 depuis 1960, déjà difficile à purifier et isoler dans des états stables sur des échantillons suffisamment significatifs pour obtenir la précision souhaitée), ce qui élimine en même temps d’une part les sources d’imprécision ou d’incertitude relatives aux variétés isotopiques ou subatomiques (qui influent sur la largeur des raies spectrales encore actuellement mesurées) et d’autre part la nécessité de reproduire plus exactement des conditions de mesure basées sur un modèle expérimental (des conditions qui peuvent désormais évoluer indépendamment de cette définition et s’améliorer en précision à un coût moindre, en fonction des nouvelles découvertes), notamment à l'aide de mesure des fréquences (ou de façon équivalente) de longueurs d’ondes de raies spectrales caractéristiques (qui restent à étudier pour mettre en pratique cette définition).

Cependant, elle présuppose encore l’existence d’un modèle expérimental pour l’établissement de la définition de la seconde, dont dépend alors celle du mètre puisque la vitesse de la lumière dans le vide dont dépend aussi cette définition est maintenant établie comme une constante universelle. C’est tout de même une amélioration du système puisqu’un des deux éléments de variabilité a été éliminé, et aussi parce que c’est dans le domaine de la mesure du temps (ou des fréquences) que les progrès les plus importants ont été obtenus en termes de précision.

Une définition similaire concernant l’unité de masse (ou de façon équivalente de celle d’énergie) pourrait aussi utiliser à terme la définition d’une constante universelle, quand le phénomène de gravitation sera mieux connu et maîtrisé pour mieux préciser la vitesse de la lumière dans un vide non idéal (puisque l’espace et le temps subissent l’influence considérable de la gravitation, ce qui influe sur la vitesse effectivement mesurée de la lumière dans le vide réel toujours observé).

D’après les théories de la physique moderne, et notamment les équations de Maxwell, la lumière visible, et même le rayonnement électromagnétique en général, a une vitesse constante dans le vide ; c'est cette vitesse qu'on appelle vitesse de la lumière.

C'est donc une constante physique fondamentale. Elle est notée c (du latin celeritas, « vitesse »). Elle n’est pas seulement constante en tous les endroits (et à tous les âges) de l’Univers (principes cosmologiques faible et fort, respectivement) ; elle est également constante d’un repère inertiel à un autre (principe d’équivalence restreint). En d’autres termes, quel que soit le repère inertiel de référence d’un observateur ou la vitesse de l’objet émettant la lumière, tout observateur obtiendra la même mesure.

La vitesse de la lumière dans le vide est notée c (valeur exacte recommandée depuis 1975, devenue exacte par définition depuis 1983) :

c = 299 792 458 mètres par seconde
Cette valeur est exacte par définition. En effet, depuis 1983, le mètre est défini à partir de la vitesse de la lumière dans le vide dans le système international d'unités, comme étant la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde. Ce qui fait que le mètre est aujourd’hui défini par la seconde, via la vitesse fixée pour la lumière.

On pourrait objecter que la constance de la vitesse de la lumière quelle que soit la direction, pilier de la physique, est vraie par construction, par le choix des définitions des unités du système international. Cette objection est fausse parce que le choix d’une définition du mètre basée sur la seconde et la lumière est en fait une conséquence de la confiance absolue des physiciens en la constance de la vitesse de la lumière dans le vide ; cette confiance était exprimée alors que la définition du mètre de 1960 reposait sur un phénomène radiatif indépendant de celui définissant la seconde.

• La vitesse de la lumière est toujours inférieure à c dans un milieu qui contient de la matière, cela d’autant plus que la matière est plus dense;
• Dans un milieu dit biréfringent, la vitesse de la lumière dépend aussi de son plan de polarisation ;
• La différence de vitesse de propagation de la lumière dans des milieux différents est à l’origine du phénomène de réfraction. La vitesse dans un milieu donné par rapport à la vitesse dans le vide est égale à l'inverse de l’indice de réfraction (ce dernier dépendant par ailleurs de la longueur d’onde).
Cependant, la vitesse de la lumière, sans autre précision, s’entend généralement pour la vitesse de la lumière dans le « vide ». Si aucun objet dans quelque milieu que ce soit ne peut dépasser la vitesse de la lumière dans le vide, dépasser la vitesse de la lumière dans le même milieu est possible : par exemple, dans l’eau les neutrinos peuvent aller considérablement plus vite que la lumière (qui s’y trouve elle-même considérablement ralentie). Cela est à l’origine de l’effet Tcherenkov.

Composition de vitesses relativistes. Les vitesses sont exprimées en prenant pour unité la vitesse de la lumière.

La vitesse de la lumière dans le vide 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 à l’heure en sens opposés se voient l’une et l’autre comme se rapprochant à une vitesse de 60 km/h + 60 km/h = 120 km/h. Et cette formule approchée est parfaitement légitime pour des vitesses de cet ordre (60 km/h ≅ 16,67 m/s).

Mais, lorsque l’une des vitesses est proche de celle de la lumière dans le vide, un tel calcul classique s’écarte trop des résultats observés ; en effet, dès la fin du XIXe siècle, diverses expériences (notamment, celle de Michelson) et observations laissaient apparaître une vitesse de la lumière dans le vide identique dans tous les repères inertiels.

Minkowski, Lorentz, Poincaré et Einstein introduisirent cette question dans la théorie galiléenne, et s’aperçurent de la nécessité de remplacer un principe implicite et inexact par un autre compatible avec les observations :

• il fallait renoncer à l’additivité des vitesses (admise par Galilée sans démonstration) ;
• introduire un nouveau concept, la constance de c (constatée par l’expérience).
Diagramme des compositions de vitesses. Le côté asymptotique de la vitesse c (ici, 1) apparaît nettement.

Après mise en forme calculatoire, il se dégagea que la nouvelle formule de composition comportait un terme correctif en 1/(1+vw/c²), de l’ordre de 2,7×10-10 seulement à la vitesse du son.

L’effet devient plus grand lorsque les vitesses dépassent c/10, et de plus en plus visible à mesure que v/c se rapproche de 1 : deux vaisseaux spatiaux voyageant l’un vers l’autre à la vitesse de 0,8 c (par rapport à un troisième observateur), ne percevront pas une vitesse d’approche (ou vitesse relative) égale à 1,6 c, mais seulement 0,98 c (voir tableau ci-contre).

Ce résultat est donné par la transformation de Lorentz :Lorentz


où 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 mesurera la vitesse de l’impulsion lumineuse reçue comme ayant la même valeur : la vitesse de la lumière ; en revanche, la fréquence observée d’un rayonnement électromagnétique transmis entre deux objets en déplacement relatif (ainsi que les quantums d’énergie associée entre le rayonnement émis et le rayonnement perçu par l’objet cible) sera modifiée par effet Doppler-Fizeau.

Albert Einstein unifia les travaux de ses trois collègues en une théorie de la relativité homogène, appliquant ces étranges conséquences à la mécanique classique. Les confirmations expérimentales de la théorie de la relativité furent au rendez-vous, à la précision des mesures de l’époque près.

Dans le cadre de la théorie de la relativité, les particules sont classées en trois groupes :

• les baryons, particules de masse au repos réelle et positive, se déplacent à des vitesses inférieures à c ;
• les luxons, particules de masse au repos nulle, se déplacent uniquement à la vitesse c dans le vide ;
• les tachyons, particules hypothétiques dont la masse au repos est un nombre imaginaire, se déplacent, par définition, uniquement à des vitesses supérieures à c, s'ils existent ; la plupart des physiciens considèrent que ces particules n’existent pas (pour des raisons de causalité selon les principes actuels).
Les masses au repos combinées avec le facteur multiplicatif facteur_multiplicatif donnent une énergie réelle pour chacun des groupes définis précédemment.

Ce qu'interdit la relativité restreinte, c'est de transporter l'énergie ou l'information plus vite que c.

Seuls peuvent « voyager » plus vite que c (à vitesse dite supraluminique) des fronts virtuels (certains veulent citer l’exemple de l’ombre portée à grande distance d’un objet en rotation autour d’une source lumineuse, mais oublient de préciser la forme réelle de cette « ombre », même si la lumière est transportée en ligne « droite » dans le vide sur ces distances en oubliant de prendre en compte la dispersion des transporteurs de la lumière par le phénomène probabiliste de la diffraction ; et on ne peut pas se servir de ces objets immatériels pour transmettre un signal, ni de l’énergie. Ce ne sont en fait même pas des objets à proprement parler.).

Le paradoxe EPR et son expérimentation ont montré que la physique quantique donne des exemples pour lesquels les particules se comportent comme si elles pouvaient se coordonner alors que les écarts dans l'espace et le temps réclameraient pour cela de dépasser c. Pourtant, ce phénomène ne peut justement pas être utilisé pour transmettre de l'information.

En septembre 2011, la collaboration de physiciens travaillant sur l'expérience OPERA annonce que le temps de vol mesuré des neutrinos produits au CERN est inférieur de 60,7 ns à celui attendu pour des particules se déplaçant à la vitesse de la lumière. Si cette mesure est confirmée par d'autres expériences, cela signifierait que le neutrino se déplace à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière, ce qui remettrait en cause la théorie de la relativité restreinte, dont l'un des piliers est le fait que la vitesse de la lumière soit une limite supérieure. Ce décalage correspond à un écart relatif à la vitesse de la lumière de , soit une vitesse de 299 799,9±1,7 km/s, 7,4 km/s de plus que la vitesse de la lumière.

Rappelons malgré tout qu'en agglomération, il faut respecter plus modestement les 50 km/h et qu'il existe des zones 30...