La lumière se déplace à travers l'univers à la vitesse la plus rapide que les astronomes peuvent mesurer. En fait, la vitesse de la lumière est une limite de vitesse cosmique, et rien n'est connu pour se déplacer plus rapidement. À quelle vitesse la lumière se déplace-t-elle? Cette limite peut être mesurée et elle aide également à définir notre compréhension de la taille et de l'âge de l'univers.
Qu'est-ce que la lumière: onde ou particule?
La lumière se déplace rapidement, à une vitesse de 299, 792, 458 mètres par seconde. Comment peut-il faire cela? Pour comprendre cela, il est utile de savoir ce qu'est réellement la lumière et c'est en grande partie une découverte du 20e siècle.
La nature de la lumière a été un grand mystère pendant des siècles. Les scientifiques ont eu du mal à saisir le concept de sa nature ondulatoire et particulaire. Si c'était une vague, par quoi s'est-elle propagée? Pourquoi semblait-il voyager à la même vitesse dans toutes les directions? Et que peut nous dire la vitesse de la lumière sur le cosmos? Ce n'est qu'Albert Einstein a décrit cette théorie de la
relativité restreinte en 1905, tout est devenu clair. Einstein a soutenu que l'espace et le temps étaient relatifs et que la vitesse de la lumière était la constante qui reliait les deux.Quelle est la vitesse de la lumière?
On dit souvent que la vitesse de la lumière est constante et que rien ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Ce n'est pas entièrement précis. La valeur de 299 792 458 mètres par seconde (186 282 miles par seconde) est la vitesse de la lumière dans le vide. Cependant, la lumière ralentit en réalité lorsqu'elle passe à travers différents médias. Par exemple, lorsqu'il se déplace à travers le verre, il ralentit à environ les deux tiers de sa vitesse dans le vide. Même dans l'air, qui est presque un vide, la lumière ralentit légèrement. En se déplaçant dans l'espace, il rencontre des nuages de gaz et de poussière, ainsi que des champs gravitationnels, et ceux-ci peuvent modifier légèrement la vitesse. Les nuages de gaz et de poussière absorbent également une partie de la lumière lors de son passage.
Ce phénomène est lié à la nature de la lumière, qui est une onde électromagnétique. En se propageant à travers un matériau, ses champs électriques et magnétiques "perturbent" les particules chargées avec lesquelles il entre en contact. Ces perturbations font alors rayonner les particules de lumière à la même fréquence, mais avec un déphasage. La somme de toutes ces ondes produites par les "perturbations" conduira à une onde électromagnétique de même fréquence que la lumière d'origine, mais avec une longueur d'onde plus courte et donc une vitesse plus lente.
Intéressant, aussi vite que la lumière se déplace, son chemin peut être courbé lorsqu'il passe par des régions de l'espace avec des champs gravitationnels intenses. Cela se voit assez facilement dans les amas de galaxies, qui contiennent beaucoup de matière (y compris de la matière noire), ce qui déforme le chemin de la lumière des objets plus éloignés, tels que les quasars.
Vitesse lumineuse et ondes gravitationnelles
Les théories actuelles de la physique prédisent que les ondes gravitationnelles se déplacent également à la vitesse de la lumière, mais cela reste en cours de confirmation alors que les scientifiques étudient le phénomène des ondes gravitationnelles provenant de la collision des trous noirs et des neutrons étoiles. Sinon, aucun autre objet ne voyage aussi vite. Théoriquement, ils peuvent proche de la vitesse de la lumière, mais pas plus vite.
Une exception à cela peut être l'espace-temps lui-même. Il semble que lointain galaxies s'éloignent de nous plus vite que la vitesse de la lumière. C'est un "problème" que les scientifiques tentent toujours de comprendre. Cependant, une conséquence intéressante de ceci est qu’un système de voyage basé sur l’idée d’un entraînement de chaîne. Dans une telle technologie, un vaisseau spatial est au repos par rapport à l'espace et il est en fait espace qui bouge, comme un surfeur chevauchant une vague sur l'océan. Théoriquement, cela pourrait permettre un voyage supraluminique. Bien sûr, il y a d'autres limites pratiques et technologiques qui font obstacle, mais c'est une idée intéressante de science-fiction qui suscite un certain intérêt scientifique.
Temps de déplacement pour la lumière
L'une des questions que les astronomes posent aux membres du public est la suivante: "combien de temps faudrait-il pour objet X à objet Y? "La lumière leur donne un moyen très précis de mesurer la taille de l'univers en définissant distances. Voici quelques-unes des mesures de distance les plus courantes:
- La Terre à la Lune: 1,255 secondes
- Du Soleil à la Terre: 8,3 minutes
- Notre soleil à la prochaine étoile la plus proche: 4,24 ans
- À travers notre voie Lactée galaxie: 100 000 ans
- Au plus près galaxie spirale (Andromède): 2,5 millions d'années
- Limite de l'observable univers à la terre: 13,8 milliards d'années
Fait intéressant, il y a des objets qui sont au-delà de notre capacité à voir simplement parce que l'univers EST en expansion, et certains sont "à l'horizon" au-delà desquels nous ne pouvons pas voir. Ils ne nous parviendront jamais, quelle que soit la vitesse à laquelle leur lumière se déplace. C'est l'un des effets fascinants de la vie dans un univers en expansion.
Édité par Carolyn Collins Petersen