• La lumière - reine de la vitesse.

    Quoi de plus passionnant mais aussi de mystérieux que la lumière ? Si vous ne voyez rien de prenant dans un tel sujet, j'espère vous faire changer d'avis grâce à cet article. Tout d'abord, il est utile de savoir ce qu'est la lumière.

    La lumière est une onde électromagnétique ou plutôt un groupe d'ondes visibles par l’œil humain. Ces longueurs d'ondes sont représentées par un spectre et sont comprises entre 380nm et 780nm allant du violet au rouge.

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    Ces longueurs d'ondes visibles sont en fait une décomposition de la lumière blanche. Le blanc n'est pas signe de l'absence de couleurs mais l'inverse ! C'est un mélange de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.

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    Avant 380nm et après 780nm, on retrouve également d'autres ondes électromagnétiques que l'on appelle aussi "lumières" mais à tort, car elles ne sont pas visibles à l’œil nu. Ces "lumières invisibles" (c'est contradictoire et pourtant...) sont appelées infra-rouges, ultraviolets, rayons gamma, rayons X, etc.

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    La lumière possède une trajectoire rectiligne dans les milieux transparents homogènes (composés d'éléments de même nature) comme le vide par exemple. Cette trajectoire peut changer lors d'un changement de milieu. Dans le vide, la lumière se déplace à une vitesse constante et bien plus grande que dans les autres milieux. La trajectoire changeante de la lumière est donc due uniquement à un changement de milieu.

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    En plus d'une trajectoire fixe (dans le vide), la lumière possède une vitesse constante. Cette vitesse est d'environ 300 000 km/s (299 792 458 m/s-1). Cela signifie que si un faisceau de lumière partait de votre main pour faire le tour de la Terre, celui-ci aurait eu le temps de boucler une révolution complète sept fois en une seule seconde ! Cette constante ne l'est réellement qu'à condition que les photons (les particules de lumière) aient une masse nulle et que la propagation de ces photons s'effectue dans le vide absolu.
    La vitesse de la lumière est également constante d’un repère inertiel à un autre. C'est à dire que, quel que soit le repère de référence et quelle que soit la vitesse de l’objet émettant le faisceau de lumière, un observateur obtiendra la même mesure.

    Exemple ici avec une lampe torche. La torche est allumée, dans les deux cas, au même moment. Seule différence, dans le second cas, la torche est en mouvement et possède donc une vitesse v. Elle se déplace et est allumée au même moment que la torche fixe au point To. Au point de mesure T1, la lumière a parcouru dans les deux cas, la même distance et dans le même temps.

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    La vitesse de la lumière a donné naissance à une unité de mesure de distance dans l'Univers: l'année-lumière (a-l).
    Une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière (un photon plus exactement) dans le vide et en l'absence de champ gravitationnel ou magnétique, pendant un an, soit environ 10 000 milliards de kilomètres (9 460,895 milliards de kilomètres pour être plus précis).
    Cette unité de mesure, permet d'exprimer les distances interstellaires (entre les étoiles) et les distances intergalactiques (entre les galaxies).

    Lorsque l'on dit par exemple d'un objet, qu'il se trouve à 26 années-lumière du Soleil, comme l'étoile Vega, cela signifie qu'il se trouve à 260 000 milliards de kilomètres de notre étoile. Cette distance nous permet également de savoir combien de temps la lumière provenant d'un astre a voyagé dans l'espace avant de frapper notre rétine. Un exemple: la galaxie d'Andromède (M31) se situe à 2,3 millions d'années-lumière de nous, ce qui signifie que sa lumière à voyagé dans l'espace pendant 2,3 millions d'années avant de nous parvenir ! Même des objets assez proches de nous, ne nous envoient pas une image instantanée. La Lune se trouve à environ 380 000 kilomètres de nous, sa lumière met donc 1,3 secondes pour nous parvenir. Le Soleil quant à lui est à 150 millions de kilomètres, sa lumière met 8 minutes et 20 secondes pour nous éclairer et nous réchauffer. Vous l'aurez bien compris, en dehors des satellites artificiels très proche de nous, lorsque nous regardons vers l'espace, nous ne recevons que des images du passé. Les objets lointains nous montrent une image qui aujourd'hui a probablement évolué.

    L'image suivante, par exemple, nous montre les galaxies des chiens de chasse (M51), deux galaxies en interaction situées à 27 millions d'années-lumière. La lumière de ce couple galactique est donc très vieille, ce qui laisse supposer qu'aujourd'hui les deux galaxies ont beaucoup évolué et peut-être même fusionné.

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    Malgré tout cela, une question reste en suspens: la vitesse de la lumière est-elle la vitesse ultime ?
    Eh bien oui ! En tant que constante physique elle est toujours en tête du peloton. Mais en incluant une petite dose de géométrie, le modèle se retrouve perturbé.
    Les galaxies possèdent une vitesse de déplacement bien inférieure à celle de la lumière, seulement ces galaxies subissent également un autre déplacement dans l'espace indépendant de leur mouvement propre: l'expansion de l'Univers.
    Dans une certaine logique, ces galaxies ne se déplacent pas par elles-mêmes dans cette expansion, elles sont mues par un agrandissement de leur espace de vie. Pour bien comprendre le principe, il suffit de réaliser une petite expérience très simple à mettre en œuvre.

    Equipez-vous d'un ballon de baudruche, de quelques gommettes et d'un bon souffle.

    1) Gonflez un peu le ballon et collez-y une dizaine de gommettes séparées de quelques millimètres.
    Pour des raisons pratiques, marquez deux d'entre-elles à l'aide d'un feutre et mesurez la distance qui les sépare.

    2) Continuez à gonfler le ballon un petit peu, puis mesurez à nouveau la distance entre les deux gommettes.

    3) R
    ecommencez plusieurs fois (en évitant d'éclater le ballon, le "big rip" sera pour un autre article ^^)

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    On constate bien que ce ne sont pas les gommettes (les galaxies) qui se sont déplacées, mais bien l'espace dans lequel elles évoluent qui a changé de taille et par la même occasion les a déplacé.

    Maintenant que ceci est entendu, il faut aussi savoir que les galaxies, grâce à cette expansion, s'éloignent les unes des autres de manière (presque) proportionnelle à leur distance (la loi de Hubble). Ce déplacement est observé grâce à un phénomène appelé "Redshift" ou "décalage vers le rouge". Plus une galaxie s'éloignera, plus son spectre lumineux tendra vers le rouge. Au contraire plus elle se rapprochera, plus son spectre tendra vers le bleu. Il est également acquis que plus une galaxie sera lointaine, plus elle s'éloignera rapidement. Sa vitesse va donc augmenter jusqu'à un jour dépasser...la vitesse de la lumière ! Alors bien sur, ce n'est pas un déplacement né d'une force a proprement parlé. Nous l'avons déjà vu, ce n'est pas la masse en elle-même qui se déplace, mais l'Univers qui s'élargit et qui repousse ses limites, en bousculant les objets qui y gravitent. En résumé, au niveau physique, la lumière reste et restera la reine de la vitesse !

    Petite "étrangeté", la galaxie d'Andromède se rapproche de nous, tout comme certaines autres galaxies sont condamnées à se rencontrer et à fusionner. En réalité, l'étrangeté n'est qu'une erreur, une confusion entre "force" (ou dynamisme) et "géométrisme".
     

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    Oui, les galaxies s'éloignent sous l'effet de l'expansion et oui, certaines se rapprochent les unes des autres, car si quelques galaxies se trouvent très loin de nous et ont une vitesse supra-luminique qui nous empêche de les observer (elles vont plus vite que la lumière, donc cette dernière ne nous parvient jamais) l'expansion peut se heurter à une rivale de taille : la gravité  !
    Cette force qui attire les objets les uns aux autres peut dans certains cas, devenir plus forte que cette expansion, en particulier pour une galaxie proche de nous comme Andromède.

    Cette dernière subit l'expansion de l'Univers comme toutes les autres galaxies, et a donc tendance à s'éloigner de nous, mais elle est également attirée par la gravité de notre galaxie (cette dernière subit également celle d'Andromède), qui va surpasser cette expansion. L'espace se dilate et l'éloigne de nous, mais la gravité l'attire de manière plus forte et donc la rapproche (reculer d'un pas et avancer de deux, en quelque sorte.). Si l'expansion de l'Univers n'existait pas, la galaxie d'Andromède foncerait vers nous à une vitesse bien supérieure.

    Andromède va donc, d'ici 2,5 milliards d'années, nous rencontrer pour donner lieu à une somptueuse fusion avec notre galaxie, la voie lactée.

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    La lumière...sa vitesse...son comportement... Ce sujet est extrêmement vaste. Je ne m'étendrais pas plus dessus mais je pense avoir donné les meilleurs éléments pour s'initier avec quelques principes physiques, et se familiariser avec ces particules si complexes dont j'espère nous reparlerons dans un prochain article.

    Dossier réalisé par ALEXIS GIACOMONI.


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  • Commentaires

    1
    ML
    Lundi 6 Mai 2013 à 09:43
    Ton article est très intéressant sur la lumière Bizz :-)
    2
    Ganon2a Profil de Ganon2a
    Lundi 6 Mai 2013 à 16:17
    Merci ^^
    3
    Ciffo
    Samedi 9 Avril 2016 à 04:29

    Super intéressant, merci beaucoup!!

      • Mercredi 13 Avril 2016 à 11:23

        Avec plaisir :-)

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