La vitesse de la lumière

Mesure de la vitesse de la lumière

Pendant longtemps, les scientifiques pensaient que la lumière était instantanée. Il a fallu attendre le 17^e siècle pour mesurer pour la première fois sa vitesse… Cette histoire est retracée dans la vidéo suivante :

Et voici la suite des vidéos pour plus de détails sur les mesures modernes…

• la première mesure sur Terre ;
• la recherche de la précision ;
• la course à la précision ;
• de la vitesse à la célérité.

Vitesse de la lumière

La lumière n’est pas instantanée. Elle se déplace à une vitesse très élevée qu’on note \(c\)¹.

Dans le vide, la vitesse de la lumière vaut \(c\) ≈ 300 000 km/s.

Pour être exact : \(c\) = 299 792,458 km/s.

Lorsque la lumière traverse la matière, elle se déplace plus lentement (par exemple 225 000 km/s seulement dans l’eau), mais dans l’air, la différence est tellement faible qu’on considère que la vitesse de la lumière dans l’air est la même que celle dans le vide.

La vitesse de la lumière est énorme mais les distances dans l’univers le sont aussi et le temps de trajet de la lumière pour aller d’un point à un autre peut être long. Par exemple, la lumière met plus de 8 minutes pour aller du Soleil à la Terre (environ 150 000 000 km).

Calculs de vitesse

La distance \(d\) (en m) que la lumière parcourt et la durée \(t\) (en s) du parcours dépendent de la vitesse de la lumière \(c\) (en m/s) selon la relation :

\[c = \frac{d}{t} \qquad \mathrm{ou} \qquad d = c \times t \qquad \mathrm{ou} \qquad t =\frac{d}{c}\]

On peut utiliser d’autres unités que les unités internationales à condition qu’elles soient compatibles entre elles : par exemple si la distance est en km et la durée en s, la vitesse est en km/s (voir la fiche méthode « conversion »).

Année lumière

Au delà du système solaire, les distances sont tellement grandes qu’il a fallu inventer une unité plus adaptée que le mètre ou l’unité astronomique : on utilise alors une nouvelle unité appelée l’année-lumière (symbole al).

Une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en une année² : 1 al ≈ 10 000 000 000 000 km (soit environ 10 000 milliards de kilomètres, ou 10¹³ km).

On peut retrouver une valeur plus précise de l’année-lumière par le calcul :

\[d = c \times t = \ ...\ = 9,47 \times 10^{12} \mathrm{ km}\]

Quelques ordres de grandeur de distances dans l’espace en années lumière :

• Soleil-Terre : 0,000 02 al ;
• Système solaire (jusqu’au nuage d’Oort) : 1 al ;
• Proxima du Centaure (étoile la plus proche) : 4,2 al ;
• Voie lactée (notre galaxie) : 10 000 al de large et 100 000 al de long ;
• Galaxie d’Andromède (galaxie la plus proche) : 2,6 millions d’al ;
• Limite observable de notre Univers : 13,8 milliards d’al.

Notes

1. C’est le même \(c\) que celui qu’on retrouve dans la célèbre formule d’Einstein qui relie énergie et masse : \(E = m c^2\). ↩

2. L’année utilisée dans la définition de l’année-lumière est ce qu’on appelle l’année julienne qui vaut exactement 365,25 jours. ↩