Existe-t-il quelque chose dans l’univers plus rapide que la lumière ?

(Dan Tri) - La lumière se propage à une vitesse de 299 792 458 km/seconde, une valeur considérée comme la limite absolue de l'univers. Mais pourquoi la vitesse de la lumière est-elle limitée, et pourquoi rien ne peut-il dépasser cette limite ?

Les physiciens ont un jour essayé de « chasser » la lumière (Illustration : Getty).

L'histoire s'étend sur des siècles, depuis l'expérience ratée de Galilée jusqu'aux vérifications modernes d'Einstein, expliquant ce qui semble impossible.

De Galilée aux premières mesures de la vitesse de la lumière

Avant le XVIIe siècle, la plupart des théories supposaient que la lumière se propageait instantanément, ou que sa vitesse était absolue. Cependant, Galilée fut le premier à remettre en question cette hypothèse.

En 1638, Galilée et ses assistants menèrent une expérience sur deux montagnes, utilisant des lanternes, afin de mesurer le retard de la lumière. Cependant, ce retard était si faible (de l'ordre de quelques microsecondes) que l'équipement et les réflexes humains de l'époque ne permettaient pas de mesurer la vitesse réelle de la lumière. Malgré cet échec, Galilée conclut que la lumière, « si elle n'est pas instantanée, doit être extrêmement rapide ».

Les expériences de Galilée lui ont permis de découvrir que la vitesse de la lumière est finie, mais ce nombre est extrêmement grand (Photo : Medium).

Quelques décennies plus tard, l'astronome Ole Römer a réalisé la première estimation. En observant Io, la lune de Jupiter, il a constaté que le moment où Io passait dans l'ombre de Jupiter et en sortait variait selon la position de la Terre sur son orbite.

Cet écart cumulé de plus de 10 minutes fut expliqué par Römer comme le résultat du temps supplémentaire nécessaire à la lumière pour parcourir la plus longue distance. À partir de là, il estima la vitesse de la lumière à environ 214 000 km/s, un résultat révolutionnaire à l'époque.

En 1849, le physicien Hippolyte Fizeau mesure pour la première fois directement la vitesse de la lumière à l'aide d'un engrenage rotatif à grande vitesse associé à un miroir réfléchissant placé à 8 km de distance.

Lorsque les engrenages tournaient si vite que la lumière était bloquée par la dent suivante, Fizeau calcula une vitesse d'environ 315 000 km/s, à 5 % près de la valeur actuelle. Ce fut le tournant qui fit de la lumière un sujet d'étude quantitative plutôt qu'une hypothèse.

Einstein et les limites absolues de l'univers

La question la plus importante demeure : pourquoi la vitesse de la lumière est-elle la limite ultime ? Au début du XXe siècle, Albert Einstein a résolu ce problème grâce à ses célèbres théories.

Il posa la question suivante : si une lampe de poche était montée sur une fusée se déplaçant à grande vitesse, la lumière émise dépasserait-elle celle émise dans le vide ? La réponse surprenante fut non, car le temps et l’espace ne sont pas absolus.

Albert Einstein a résolu le problème de la lumière avec sa théorie (Photo : Getty).

Selon la théorie de la relativité restreinte (1905), lorsqu'un objet se déplace rapidement, sa masse augmente et, simultanément, le temps ralentit. Lorsqu'il atteint la vitesse de la lumière, le temps s'arrête, la masse devient infinie et ne peut plus accélérer. Il est donc impossible à une particule de matière de dépasser la lumière.

Des expériences ultérieures ont progressivement confirmé la théorie d'Einstein. En 1964, Bill Bertozzi, chercheur au MIT, a accéléré des électrons et a découvert qu'à mesure qu'ils approchaient de la vitesse de la lumière, les électrons devenaient si lourds qu'ils ne pouvaient plus accélérer.

Dans les années 1970, deux physiciens, Joseph Hafele et Richard Keating, ont emporté des horloges atomiques au césium à bord d'un avion pour faire le tour du monde . À leur retour, les horloges fonctionnaient plus lentement que l'horloge standard du laboratoire. C'était une preuve évidente de la dilatation du temps.

De nos jours, même les systèmes GPS embarqués sur satellite doivent calculer des corrections temporelles selon la théorie de la relativité. Si l'on néglige ces corrections, l'erreur de positionnement peut atteindre des kilomètres, provoquant l'effondrement total de tout le système mécanique moderne.

La vitesse de la lumière n’est donc pas seulement un nombre sec, mais une limite fondamentale de la nature, le fondement de la physique et de la technologie modernes.

Des échecs de Galilée aux progrès de Römer, de l'ingéniosité de Fizeau au génie d'Einstein, l'histoire de la lumière a prouvé une vérité : dans cet univers, rien ne peut aller plus vite que la lumière.

Source : https://dantri.com.vn/khoa-hoc/trong-vu-tru-co-thu-gi-nhanh-hon-anh-sang-20250929072502675.htm