À quelle vitesse la lumière se propage-t-elle dans le vide ?

La vitesse de la lumière dans le vide est un indice très utilisé en physique et a permis à une époque de faire de nombreuses découvertes et d'expliquer la nature de nombreux phénomènes. Il y a quelques points importants à connaître pour comprendre le sujet et pour comprendre comment et dans quelles conditions il a été découvert.

Quelle est la vitesse de la lumière ?

La vitesse de la lumière dans le vide est considérée comme une quantité absolue qui représente la rapidité de propagation du rayonnement électromagnétique. Il est largement utilisé en physique et est désigné par une petite lettre latine "c" (prononcée "Ce").

Dans le vide, la vitesse de la lumière est utilisée pour déterminer la vitesse des différentes particules.

Selon la plupart des chercheurs et des scientifiques, la vitesse de la lumière dans le vide est la vitesse maximale possible à laquelle les particules et les différents types de rayonnement se propagent.

En ce qui concerne les exemples de phénomènes, ils sont les suivants :

1. La lumière visible provenant de n'importe quel source.
2. Tous les types de rayonnement électromagnétique (par exemple, les rayons X et les ondes radio).
3. Les ondes gravitationnelles (où certains experts ne sont pas d'accord).

De nombreux types de particules peuvent se déplacer à une vitesse proche de celle de la lumière, mais ne l'atteignent pas.

La valeur exacte de la vitesse de la lumière

Les scientifiques tentent de déterminer la vitesse de la lumière depuis de nombreuses années, mais les mesures exactes ont été effectuées dans les années 1970. En fin de compte le chiffre était de 299 792 458 mètres par seconde. avec une déviation maximale de +/-1,2 mètres. Aujourd'hui, c'est une unité physique immuable.Comme une distance d'un mètre correspond à 1/299 792 458 secondes, c'est le temps que met la lumière dans le vide pour parcourir 100 cm.

L'aspect scientifique formule pour déterminer la vitesse de la lumière.

Pour simplifier le calcul, le chiffre est simplifié à 300.000.000 m/s (3×108 m/s). Tout le monde le sait depuis l'école de physique, c'est sous cette forme que la vitesse est mesurée.

Le rôle fondamental de la vitesse de la lumière en physique

C'est l'un des principaux indicateurs, quel que soit le cadre de référence utilisé dans l'étude. Elle est indépendante du mouvement de la source de l'onde, ce qui est également important.

L'invariance a été adoptée comme postulat par Albert Einstein en 1905. C'était après qu'un autre scientifique, Maxwell, eut avancé la théorie de l'électromagnétisme après avoir trouvé aucune preuve de l'existence d'un éther porteur de lumière.

L'affirmation selon laquelle les effets causaux ne peuvent être transportés à des vitesses supérieures à celle de la lumière est désormais considérée comme fondée.

D'ailleurs ! Les physiciens ne nient pas que certaines des particules puissent se déplacer à une vitesse supérieure au chiffre en question. Mais ils ne peuvent pas être utilisés pour transmettre des informations.

Références historiques

Pour comprendre les particularités du sujet et savoir comment certains phénomènes ont été découverts, il faut étudier les expériences de certains scientifiques. Au XIXe siècle, de nombreuses découvertes ont été faites qui ont aidé les scientifiques par la suite, principalement en ce qui concerne le courant électrique et les phénomènes d'induction magnétique et électromagnétique.

Les expériences de James Maxwell

Les recherches du physicien ont confirmé l'interaction des particules à distance. Cela a ensuite permis à Wilhelm Weber de développer une nouvelle théorie de l'électromagnétisme. Maxwell a également clairement établi le phénomène des champs magnétiques et électriques et déterminé qu'ils pouvaient se produire l'un l'autre pour former des ondes électromagnétiques. C'est ce scientifique qui est à l'origine de l'utilisation de la désignation "c", qui est encore utilisée par les physiciens du monde entier aujourd'hui.

De ce fait, la plupart des chercheurs parlaient déjà de la nature électromagnétique de la lumière. Maxwell, en étudiant la vitesse de propagation des excitations électromagnétiques, a conclu qu'elle était égale à la vitesse de la lumière, un fait qui l'a surpris à l'époque.

Les recherches de Maxwell ont clairement montré que la lumière, le magnétisme et l'électricité ne sont pas des concepts distincts. Ensemble, ces facteurs déterminent la nature de la lumière, car elle est la combinaison d'un champ magnétique et d'un champ électrique qui se propagent dans l'espace.

Le mode de propagation d'une onde électromagnétique.

Michelson et son expérience pour prouver l'absolutisme de la vitesse de la lumière

Au début du siècle dernier, la plupart des scientifiques utilisaient le principe de relativité de Galilée, selon lequel les lois de la mécanique étaient les mêmes quel que soit le cadre de référence utilisé. Mais selon la théorie, la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques doit changer lorsque la source se déplace. Cela allait à l'encontre des postulats de Galilée et de la théorie de Maxwell, qui était la raison de la recherche.

À l'époque, la plupart des scientifiques penchaient pour la "théorie de l'éther", dans laquelle les indicateurs ne dépendaient pas de la vitesse de leur source, les caractéristiques du milieu étant considérées comme le principal facteur déterminant.

Michelson a découvert que la vitesse de la lumière était indépendante de la direction de la mesure.

Étant donné que la Terre se déplace dans l'espace dans une certaine direction, la vitesse de la lumière, conformément à la loi de l'addition des vitesses, sera différente lorsqu'elle sera mesurée dans différentes directions. Mais Michelson n'a constaté aucune différence dans la propagation des ondes électromagnétiques, quelle que soit la direction dans laquelle les mesures étaient effectuées.

La théorie de l'éther ne pouvait pas expliquer l'existence de la magnitude absolue, ce qui démontrait encore mieux sa fausseté.

La théorie de la relativité spéciale d'Albert Einstein

Le jeune scientifique de l'époque a présenté une théorie qui allait à l'encontre des croyances de la plupart des chercheurs. Selon elle, le temps et l'espace ont des caractéristiques qui font que la vitesse de la lumière dans le vide reste constante quel que soit le cadre de référence choisi. Cela explique les expériences infructueuses de Michelson, puisque la vitesse de propagation de la lumière ne dépend pas du mouvement de sa source.

[Une confirmation indirecte de l'exactitude de la théorie d'Einstein a été la "relativité de la simultanéité", dont l'essence est montrée dans la figure.[/tds_council].

Un exemple de l'influence de l'emplacement d'une personne sur sa perception de la propagation de la lumière.

Comment la vitesse de la lumière était mesurée auparavant

Il y a eu de nombreuses tentatives pour déterminer cet indicateur, mais en raison du faible niveau de développement de la science, il était problématique de le faire auparavant. Par exemple, les scientifiques de l'Antiquité pensaient que la vitesse de la lumière était infinie, mais par la suite, de nombreux chercheurs ont remis en question cette hypothèse, ce qui a donné lieu à une série de tentatives pour la déterminer :

1. Galilée utilisait des torches. Pour calculer la vitesse à laquelle les ondes lumineuses se propagent, lui et son assistant se trouvaient sur des collines, la distance entre eux étant déterminée avec précision. Ensuite, l'un des participants ouvrait la lanterne, l'autre faisait de même dès qu'il voyait la lumière. Mais cette méthode s'est avérée infructueuse en raison de la vitesse élevée de propagation de l'onde et de l'impossibilité de déterminer l'intervalle de temps exact.
2. Olaf Remer, un astronome danois, a remarqué une particularité en observant Jupiter. Lorsque la Terre et Jupiter se trouvaient à des points opposés de leur orbite, l'éclipse de Io (le satellite de Jupiter) avait 22 minutes de retard sur la planète elle-même. Sur cette base, il a conclu que la vitesse de propagation des ondes lumineuses n'est pas infinie et a une limite. D'après ses calculs, l'indice était d'environ 220 000 km par seconde.
   Détermination de la vitesse de la lumière selon Rehmer.
3. À la même époque, l'astronome anglais James Bradley a découvert le phénomène d'aberration de la lumière, selon lequel la position des étoiles dans le ciel et la distance qui les sépare changent constamment en raison du mouvement de la Terre autour du Soleil et de sa rotation autour de son axe. En raison de ces caractéristiques, les étoiles décrivent une ellipse au cours de chaque année. À l'aide de calculs et d'observations, l'astronome a calculé la vitesse, qui était de 308 000 km par seconde.
   L'aberration de la lumière
4. Louis Fizeau a été le premier à déterminer l'indice exact au moyen d'une expérience de laboratoire. Il a installé un verre avec une surface réfléchissante à une distance de 8633 m de la source, mais comme la distance est courte, il a été impossible de faire des calculs de temps précis. Le scientifique a alors mis en place une roue dentée qui, avec ses engrenages, recouvrait périodiquement la lumière. En faisant varier la vitesse de la roue, Fizeau a déterminé à quelle vitesse la lumière n'avait pas le temps de passer entre les rouages et de revenir. Il a calculé une vitesse de 315 000 kilomètres par seconde.
   L'expérience de Louis Fizeau.

Mesurer la vitesse de la lumière

Cela peut se faire de plusieurs manières. Il n'est pas nécessaire de les décomposer en détail, un aperçu distinct serait nécessaire pour chacun d'eux. Il est donc plus facile de trier les variétés :

1. Mesures astronomiques. C'est là que les méthodes Remer et Bradley sont le plus souvent utilisées, car elles ont fait la preuve de leur efficacité et ne sont pas affectées par l'air, l'eau ou d'autres conditions environnementales. Dans un vide cosmique, la précision des mesures augmente.
2. Résonance de cavité ou effet de cavité - est le nom donné au phénomène des ondes magnétiques stationnaires de basse fréquence entre la surface de la planète et l'ionosphère. En utilisant des formules spéciales et des équipements de mesure, il est facile de calculer la vitesse des particules dans l'air.
3. Interférométrie - Un ensemble de techniques d'investigation où plusieurs types d'ondes sont additionnés. Il en résulte un effet d'interférence qui permet d'effectuer de nombreuses mesures de vibrations électromagnétiques et acoustiques.

Grâce à des équipements spéciaux, il est possible d'effectuer des mesures sans avoir recours à des techniques particulières.

Le FTL est-il possible ?

Selon la théorie de la relativité, le dépassement de la vitesse d'une particule physique viole le principe de causalité. Grâce à cela, la transmission de signaux du futur vers le passé et vice versa est possible. Mais en même temps, la théorie ne nie pas l'existence de particules qui se déplacent plus rapidement en interagissant avec des substances ordinaires.

Ce type de particule s'appelle un tachyon. Plus ils se déplacent rapidement, moins ils transportent d'énergie.

Leçon vidéo : expérience de Fizeau. Mesurer la vitesse de la lumière. Physique 11e année.

La vitesse de la lumière dans le vide est une constante et de nombreux phénomènes en physique sont basés sur elle. Sa définition a constitué un nouveau jalon dans le développement de la science, car elle expliquait de nombreux processus et simplifiait un certain nombre de calculs.