Point sur la nature de la lumière, sa perception et son interaction avec la matière. ©Electre 2024

La vitesse de la Lumière

Dans le passé, on considérait que la vitesse de la lumière était infinie mais un astronome danois, Römer, en observant les éclipses de Io par Jupiter, lui donne en 1 676 une valeur finie, environ 285 000 km/s. Par la suite, d'autres mesures donnent 308 300 km/s (Bradiey en 1725) puis 299 774 km/s (Fizeau-Foucault en 1850). Aujourd'hui, cette valeur est : c = 299 792 458 m/s dans le vide.

Un aspect étonnant de la lumière est que sa vitesse est constante dans le vide, quelle que soit la vitesse d'un observateur qui la mesure. En d'autres termes, on ne peut pas composer la vitesse de la lumière (additionner/retrancher) avec une autre vitesse, comme on le fait couramment lorsque, par exemple, on marche dans un train en mouvement. Cette découverte surprenante, due à Michelson en 1887, a eu des conséquences fabuleuses sur l'évolution de la physique, dont les moindres ne sont certainement pas la théorie de la relativité et le développement de l'énergie nucléaire ; cette constance, admise aujourd'hui comme un principe, permet de redéfinir le mètre-étalon.

La valeur de c fixée en 1983 à 299 792 458 m/s par le Bureau international des poids et mesures sert aujourd'hui à définir le mètre-étalon à partir de la relation c = I/t où le temps est lui-même défini ? partir de la fréquence ultraprécise d'une transition micro-onde entre deux niveaux d'énergie de l'atome de césium (voir Petit Guide n° 88 Atomes et molécules).

Deux vaisseaux spatiaux vont à la rencontre l'un de l'autre, tous les deux à la vitesse v = 0,8 c (par rapport à un observateur placé entre les deux) : leur vitesse relative n'est pas 2v mais u = 2v / (1 + v²c²) (correction de Lorentz). Ainsi, un observateur placé dans l'un des vaisseaux voit l'autre s'approcher à une vitesse relative de 0,975 c et non pas 1,6 cl

Un aspect tout aussi étonnant réside dans le fait que la vitesse de la lumière dans le vide constitue une limite que l'on ne saurait franchir : il faudrait en effet dépenser une énergie infinie pour donner une telle vitesse à une particule quelconque, si petite soit-elle. En conséquence, les voyages interplanétaires demanderont, quoi qu'il arrive, des temps extrêmement longs : rappelons-nous que l'une des étoiles les plus proches de nous, Sirius, se trouve à 8,7 années-lumière, c'est-à-dire la distance que la lumière parcourt en 8,7 années à la vitesse de 300 000 km/seconde !

Lumiere et Metaphysique

La lumière joue un rôle fondamental dans notre vie culturelle. Dans les religions, on fait constamment appel à elle mais c'est souvent le Soleil qui est déifié : en Mésopotamie, c'est Shamash ou Outou, en Égypte, c'est Ra ou Horus, chez les Phéniciens, c'est Baal, dans la Grèce antique, c'est Hélios, au Japon, c'est la déesse Amaterasu, chez les Incas, c'est Inti et chez les Aztèques, c'est Huitzilopochtli.

En Perse et en Grèce, Ahura Mazda et Apollon sont associés à la lumière et à la sagesse. Dans la Bible, de façon plus métaphysique, la lumière est associée à Dieu : « Par Ta lumière nous voyons la Lumière » (PS, 36, 10), à la vie : « La vie est la Lumière du monde » (Jn 1,4) et à la morale : « J'espérais le Bien, le Mal est venu, j'attendais la Lumière, l'obscurité est venue » (Jb 30, 26).

Le XVIII^e siècle est le siècle des lumières. En poésie c'est un symbole de vie et de beauté : « l'ange Liberté, le géant Lumière » (Victor Hugo, « Stella ») ; « Il fait s'évaporer les soucis vers le ciel » (Charles Baudelaire, « Le soleil »).

En peinture, la lumière détermine la vision du peintre, son style, sa façon de représenter son sujet, comme le clair-obscur chez Rembrandt, l'impressionnisme chez Monet, le soleil chez Van Gogh.