Pourquoi la vitesse de la lumière a-t-elle une limite ?

La vitesse de la lumière est une constante fondamentale de la physique qui représente une limite infranchissable selon la théorie de relativité générale d’Albert Einstein.

Cela signifie que RIEN dans l’univers ne peut voyager dans l’espace plus vite que la lumière dans le vide, c’est-à-dire 300 millions de mètres par seconde.

Pour se faire une idée, le véhicule terrestre le plus rapide se déplace à une vitesse de 340 mètres par seconde. Il s’agit du Trust SSC qui détient le record absolu de vitesse au sol.

Thrust SSC atteint 1 228 km/h  soit 340 m/s

Mais, l’objet le plus rapide construit par l’humanité, la sonde Parker, se déplace à environ 10 000 mètres par seconde, ce qui représente 0. 003 % de la vitesse de la lumière.

Le fait que l’univers impose une limite à la vitesse ne constitue pas un problème dans notre vie de tous les jours pour notre civilisation. Seulement, cette limite existe, et il s’agit d’une loi inviolable.

Cependant, la vitesse limite de la lumière constitue indiscutablement un aspect étrange de notre univers, et soulève quelques questions.

Pourquoi l’univers impose-t-il une limite à la vitesse ? Pourquoi cette valeur de 300 000 kilomètres par seconde ?

• La vitesse de la lumière dans le vide
• Pourquoi la vitesse de la lumière est-elle indépassable ?
• Quelles sont les conséquences d’une vitesse de la lumière fixe ?
• Un évènement et deux scénarios
• Pourquoi l’univers impose t-il une limite ?
• Pourquoi la lumière se déplace à 300 000 km/s

La vitesse limite de la lumière dans le vide.

Introduite par Einstein, l’idée d’une vitesse maximale dans l’univers est venue bouleverser la physique.

Si l’espace est vide, pourquoi imposer à la lumière dans le vide, une vitesse maximale, une limite infranchissable ?

Qu’est-ce qui peut empêcher la lumière d’aller plus vite ? Pour comprendre cette loi inviolable, il faut mettre de côté vos a priori, et considérer l’univers non pas comme vous l’imaginez, mais tel qu’il est.

Premièrement, nous avons une conception erronée du vide. Car l’espace n’est pas une scène vide, l’espace c’est quelque chose, une entité physique capable de se courber, de s’étirer, d’onduler…

Pour rentrer dans le détail, la mécanique quantique et le principe d’incertitude ont modifié de fond en comble notre conception du vide.

En physique classique le vide est défini comme une portion d’espace ne contenant aucune particule élémentaire. Ainsi, le vide est ce qu’il reste après qu’on a éliminé tout ce qui peut être enlevé.

Alors qu’en mécanique quantique, le principe d’incertitude met à mal cette définition. La relation position-mouvement nous fait savoir qu’il n’existe aucune particule à un endroit déterminé.

Selon la mécanique quantique, nous pouvons éliminer toute masse et toute matière en un point déterminé, mais il restera toujours une certaine quantité d’énergie minimale en cet endroit. Quoique nous fassions, nous ne pourrions jamais réduire cet espace à zéro.

Pourquoi la vitesse de la lumière est-elle indépassable?

Deuxièmement, il existe une limite à l’accélération. Imaginez que vous embarquiez à bord d’un vaisseau en accélérant à fond sa vitesse.

Certes, Il va falloir un long moment avant de pouvoir approcher la vitesse de la lumière. Même en accélérant à 10 g qui se trouve être le maximum que les pilotes d’essai supportent brièvement à l’entrainement, cela prendrait des mois pour y arriver.

Même si vous parvenez à tenir des mois sans boire, ni manger, ni faire quoi que ce soit d’autre, juste rester collé au fond de votre siège par l’accélération vous n’iriez jamais plus vite que la vitesse de la lumière.

Mais pourquoi est-il impossible d’accélérer au-delà de la vitesse de la lumière ?

La raison est simple, quelle que soit l’énergie injectée dans votre propulsion, votre vitesse va croitre de plus en plus lentement, au point de ne jamais atteindre la vitesse de la lumière.

Ce qu’il se passe si l’on essaye d’accélérer jusqu’à la vitesse de la lumière

Cela peut paraitre étrange que l’univers impose une vitesse limite, et que lorsque vous essayez de vous déplacer plus vite, quelque chose vous empêche de le faire, alors qu’aucune autre force ne s’applique sur vous.

Mais l’univers est tel qu’il est.

Quelles sont les conséquences d’une vitesse de la lumière fixe ?

Le fait que la vitesse de la lumière possède une limite n’est pas sans conséquence.

Nous avons pour habitude de penser que l’écoulement du temps, et le déroulement des évènements et le même partout et pour tout le monde.

Pourtant, le fait d’imposer une limite à la vitesse de la lumière nous empêche d’avoir une description unique des évènements. Il n’existe tout simplement pas de suite d’évènements absolus dans l’univers.

Pour comprendre les conséquences de la limite de la vitesse de la lumière, imaginons le scénario suivant :

Vous êtes sur une planète au beau milieu de l’espace avec une lampe torche dans chaque main. Pointez les lampes torches de chaque côté et allumez-les simultanément.

Selon ce scénario, chaque photon ira dans sa propre direction à la vitesse de la lumière.

De votre point de vue, chaque photon ira dans sa propre direction à la vitesse de la lumière.

Maintenant, placez un observateur qui observera attentivement la scène. Cet observateur va constater que la planète sur laquelle vous vous trouvez, est en mouvement dans l’espace à une certaine vitesse. (Vastéroide)

Que se passe t-il si l’on additionne aux mouvements des photons celui de la planète sachant que rien ne peut aller plus vite que le photon?

Si les photons se déplacent à la vitesse de la lumière de votre point de vue, qu’en est-il du point de vue de l’observateur ?

La logique voudrait que l’on additionne la vitesse de la lumière du photon (c) à celle de la vitesse de déplacement de la planète (Vplanète).

Ainsi, les photons de gauche iraient à (c – Vplanète), tandis que les photons de droite iraient à (c + Vplanète) ; soit au-delà de la vitesse de la lumière.

Pourtant, il est impossible de franchir cette limite imposée par l’univers.

Fatalité, les photons de gauche et de droite iront à la même vitesse pour les deux observateurs, et cela, même si vous vous déplacez à des vitesses différentes.

La lumière voyage toujours à la même vitesse indépendamment de celui qui la mesure. Cette conclusion peut mener à des scénarios encore plus étranges.

Un évènement et deux scénarios.

Reprenons le même schéma qu’auparavant, mais ajoutons une cible de chaque côté. Si vous allumez vos lampes torches au même moment les photons atteindrons leur cible en même temps, car les cibles sont situées à la même distance.

De votre point de vue, les photons atteindront leur cible au même moment.

Cependant, si nous repositionnons notre observateur qui observe la scène en ajoutant une vitesse de déplacement à la planète de sorte que l’une des cibles va se rapprocher des photons, tandis que l’autre va s’éloigner.

Du point de vue de l’observateur les photons de gauche atteindront leur cible avant les photons de droite, pourtant il s’agit là du même évènement.

Si de votre point de vue les deux photons touchaient leur cible au même moment, du point de vue de l’observateur il n’en est rien.

L’observateur aura face à lui un scénario différent du vôtre, il constatera que les photons de gauche atteindront leur cible avant les photons dirigés de l’autre côté.

En d’autres termes, vous assistez à la même scène, mais avec des évènements différents.

Maintenant supposons qu’un troisième observateur se trouve en mouvement dans la même direction que l’astéroïde, il verra tout simplement l’inverse du second observateur.

Pour lui les photons de droite atteindront leur cible avant les photons de gauche.

Pourquoi l’univers impose-t-il une limite à la lumière.

La limite imposée par la vitesse de la lumière va à l’encontre de notre intuition, au fait que l’univers possède une seule et même histoire pour tout le monde. Mais cela n’est pas possible.

Le fait que la vitesse de la lumière soit la même partout et pour tous, nous pousse à ce genre de paradoxe qui va à l’encontre de notre bon sens.

La science n’est pas en mesure d’expliquer pourquoi l’univers impose une telle limite pour la vitesse. Cependant, il a de bonnes raisons de le faire.

En effet, imposer une limite à la vitesse de la lumière nous permet de vivre dans un monde cohérent. Si l’on parvenait à se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière, le principe de causalité serait violé.

Les lumières de vos lampes torches s’allumeraient avant même que vous ayez appuyé sur les boutons.

Autrement dit, s’il n’existait pas une telle limite, notre univers n’aurait aucun sens, les conséquences se dérouleraient avant les causes.

Pourquoi la lumière se déplace à 300 000km/s ?

La vitesse de la lumière est de 300 000km/s, mais finalement ce nombre n’a pas vraiment d’importance.

Ce nombre possède une unité de mesure : les mètres par seconde. Et en physique, tout nombre auquel sont associées des unités de mesure peut avoir la valeur qu’il veut.

Une unité de mesure est une grandeur de référence servant à mesurer d’autres grandeurs de même nature.

Par exemple, pour exprimer le mouvement de la lumière en mètres par seconde, il faut d’abord déterminer ce qu’est un mètre et ce qu’est une seconde.

​Les physiciens, accordent plus d’intérêts aux constantes qui n’ont pas d’unités ou de dimensions.

Une autre façon de le dire est que, si nous devions rencontrer une civilisation extraterrestre, nous n’aurions aucun moyen de comprendre sa mesure de la vitesse de la lumière, mais lorsqu’il s’agit de constantes sans dimension, nous sommes tous d’accord.

En conclusion, la vitesse de la lumière peut posséder la valeur qu’elle veut, car elle est associée à une unité de mesure et nous devons définir ces unités. Mais d’un autre côté, la vitesse de la lumière ne peut pas être autre chose que ce qu’elle est exactement.

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