La vitesse de la lumière dans le vide est de 299 792 458 mètres par seconde, un chiffre sur lequel les scientifiques se sont finalement mis d’accord en 1975 – mais pourquoi se fixer sur ce chiffre ? Et pourquoi est-ce important ?
Répondre à ces questions nous entraîne dans un étonnant voyage à travers l’espace, le temps, la physique et les mesures, et l’histoire n’a pas encore été tout à fait racontée. Des études modernes remettent en question la vitesse de la lumière pour la première fois depuis des siècles.
Pour commencer, un peu d’histoire : au début du 17e siècle, le consensus général était que la lumière n’avait pas de vitesse, qu’elle apparaissait juste instantanément, qu’elle soit présente ou non.
Au cours des années 1600, cette idée a été sérieusement remise en question. Tout d’abord, par le scientifique néerlandais Isaac Beeckman en 1629, qui a installé une série de miroirs autour d’une explosion de poudre à canon pour voir si les observateurs remarquaient une différence dans le moment où les éclairs de lumière apparaissaient.
Malheureusement pour Beeckman et le progrès de la science, les résultats n’étaient pas concluants, mais en 1676, l’astronome danois Ole Rømer a remarqué d’étranges variations dans les temps d’éclipse d’une des lunes de Jupiter au cours d’une année.
Cela pourrait-il être dû au fait que la lumière mettait plus de temps à voyager depuis Jupiter lorsque la Terre était plus éloignée ? C’est ce que pensait Rømer, dont les calculs approximatifs situaient la vitesse de la lumière à environ 220 000 kilomètres par seconde, ce qui n’était pas une mauvaise estimation, surtout si l’on considère que les données dont il disposait sur la taille des planètes n’étaient pas très précises.
D’autres expériences avec des faisceaux de lumière sur notre propre planète ont permis aux scientifiques de se rapprocher du chiffre exact, puis, au milieu des années 1800, le physicien James Clerk Maxwell a présenté ses équations de Maxwell, qui permettent de mesurer les champs électriques et magnétiques dans le vide.
Les équations de Maxwell fixaient les propriétés électriques et magnétiques de l’espace vide, et après avoir noté que la vitesse d’une onde de rayonnement électromagnétique sans masse était très proche de la vitesse supposée de la lumière, Maxwell a suggéré qu’elles pourraient correspondre exactement.
Il s’avère que Maxwell avait raison et que, pour la première fois, nous avons pu mesurer la vitesse de la lumière en fonction d’autres constantes de l’Univers.
En même temps, les travaux de Maxwell suggéraient fortement que la lumière était elle-même une onde électromagnétique, et après que cette idée ait été confirmée, elle a été reprise par la relativité restreinte. Albert Einstein en 1905 dans le cadre de sa théorie de la
Aujourd’hui, la vitesse de la lumière, ou c comme on l’appelle communément, est considérée comme la pierre angulaire de la relativité restreinte – contrairement à l’espace et au temps, la vitesse de la lumière est constante, indépendamment de l’observateur.
Qui plus est, cette constante sous-tend une grande partie de ce que nous comprenons de l’Univers. Elle correspond à la vitesse d’une onde gravitationnelle, et oui, c’est le même c que dans la célèbre équation E=mc2.
Cependant, la vitesse de la lumière n’est pas seulement le fait de Maxwell et d’Einstein. Les scientifiques l’ont mesurée en faisant rebondir des lasers sur des objets et en observant la façon dont la gravité agit sur les planètes, et toutes ces expériences aboutissent au même chiffre.
Cependant, l’histoire ne s’arrête pas là, grâce à la théorie quantique, cette branche de la physique qui laisse entendre que l’Univers pourrait ne pas être aussi constant que nous le pensons.
Selon la théorie quantique des champs, le vide n’est jamais vraiment vide : il est rempli de particules élémentaires qui entrent et sortent rapidement de l’univers. Selon l’hypothèse, ces particules créent des ondulations électromagnétiques au passage et pourraient potentiellement provoquer des variations de la vitesse de la lumière.
Les études sur ces idées sont en cours et nous ne sommes pas encore sûrs de l’une ou l’autre de ces hypothèses. Pour l’instant, la vitesse de la lumière reste la même depuis des siècles, constante et fixe… mais surveillez cet espace.