LUMIÈRE
Vitesse de la lumière
La lumière ne se propage pas instantanément. Il faut par exemple 8 minutes à la lumière émise à la surface du Soleil pour parvenir jusqu'à nous, soit une vitesse d'environ 300 000 kilomètres par seconde dans le vide ; cet ordre de grandeur est aujourd'hui largement connu. Ce n'est pourtant qu'à la fin du xviie siècle qu'une première valeur de cette vitesse – dénommée usuellement c pour célérité – a été obtenue par l'astronome danois Römer, déduite de l'observation de l'occultation des satellites de Jupiter par la géante gazeuse. Fizeau en 1849 obtint une valeur tout à fait honorable en mesurant le temps mis par la lumière pour parcourir la distance qui sépare Montmartre de Suresnes.
Une autre expérience célèbre est celle de Michelson et Morley en 1887. Réitérée en plusieurs points du globe et à plusieurs époques de l'année, elle visait à comparer par interférométrie la vitesse de la lumière se propageant dans le sens de révolution de la Terre et perpendiculairement à ce mouvement. Le but était de mettre en évidence le « vent d'éther » lié au milieu hypothétique qui serait le support de la propagation de la lumière et par rapport auquel la Terre serait en mouvement. Les résultats furent précis et reproductibles : aucune variation de c ne fut mise en évidence.
Einstein interpréta cette expérience dans le cadre de sa théorie de la relativité restreinte : c est une constante universelle de la physique, cette vitesse étant indépendante du référentiel. c est une vitesse frontière qu'aucun objet ayant une masse ne peut atteindre. Autre conséquence : l'éther n'existe pas et la lumière se propage à la fois dans le vide et dans les milieux matériels.
En 1983, la conférence du Bureau des poids et mesures fixa la valeur de c : 299 792 458 mètres par seconde, mesure la plus précise existant alors. C'est désormais la valeur du mètre qui est affinée au fur et à mesure de l'augmentation de la précision expérimentale obtenue.
Il est souvent difficile de se représenter certains ordres de grandeur : 300 000 kilomètres par seconde est une vitesse exceptionnelle à l'échelle de la technologie humaine (20 km/s pour une sonde spatiale actuellement), mais il faut quand même 4 ans à la lumière pour nous parvenir de l'étoile la plus proche du Soleil (Proxima Centauri) et plus de 2 millions d'années de la galaxie d'Andromède, la « voisine » de notre voie lactée...
c est une constante qui ne dépend pas du référentiel. En d'autres termes, quand une source de lumière s'approche ou s'éloigne, la lumière qui parvient à l'observateur a toujours la même vitesse. En revanche, sa fréquence augmente ou diminue. Cet effet, dit Doppler-Fizeau, permet par exemple de mesurer la vitesse d'éloignement des galaxies dans l'Univers.
La vitesse de la lumière décroît dans les milieux matériels, ce qui se manifeste par un changement de l'indice de réfraction en fonction du milieu. La vitesse – et donc l'indice de réfraction – dépend également de la longueur d'onde de la lumière : on explique ainsi la dispersion de la lumière blanche observée lors de son passage dans un prisme ou dans les gouttes d'eau d'un arc-en-ciel.
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Écrit par
- Séverine MARTRENCHARD-BARRA : chargée de recherche au C.N.R.S., Institut des sciences moléculaires d'Orsay, université de Paris-XI
Classification
Pour citer cet article
Séverine MARTRENCHARD-BARRA. LUMIÈRE [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Médias
Réflexion et réfraction de la lumière
Encyclopædia Universalis France
Lumière : phénomènes ondulatoires
Encyclopædia Universalis France
Lumière : propagation du champ électromagnétique
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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NATURE DE LA LUMIÈRE
- Écrit par Bernard PIRE
- 300 mots
Après ses études à Cambridge et un premier poste de professeur à l'université d'Aberdeen, le physicien écossais James Clerk Maxwell (1831-1879) est nommé professeur au King's College de Londres en 1860. C'est là qu'il obtient ses plus célèbres résultats sur l'...
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A DYNAMICAL THEORY OF THE ELECTROMAGNETIC FIELD (J. C. Maxwell)
- Écrit par Bernard PIRE
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- 1 média
Le physicien écossais James Clerk Maxwell envoie en octobre 1864 aux Comptes-rendus de la Royal Society de Londres le résumé d'un article intitulé « Une théorie dynamique du champ électromagnétique ». En six pages, le professeur de physique du King's College de Londres propose une théorie qui suppose...
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ASPECT ALAIN (1947- )
- Écrit par Bernard PIRE
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Lauréat du prix Nobel de physique 2022 (avec John Clauser et Anton Zeilinger), le Français Alain Aspect est un spécialiste de l’optique quantique, ce domaine de la physique qui sonde le comportement de la lumière dans des conditions extrêmes où la description classique du rayonnement électromagnétique...
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ATOME
- Écrit par José LEITE LOPES
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...nouveau, un remarquable développement quand il a montré que la constante h est indispensable à la formalisation de l'effet photo-électrique. D' après Einstein, ce phénomène est explicable si on considère la lumière comme constituée de particules d'énergie, les photons, dont l'énergie... -
ATOMIQUE PHYSIQUE
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L'action mécanique de la lumière sur les objets matériels avait été pressentie dès le début du xviie siècle par Kepler. Il expliquait ainsi que, si la queue des comètes est toujours orientée à l'opposé du Soleil, c'est en raison de la pression exercée par la lumière solaire sur les... - Afficher les 102 références
Voir aussi
- FRÉQUENCE, physique
- ONDE ou RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- IMPULSION, physique
- PRESSION DE RADIATION
- ABSORPTION, physique
- PROPAGATION DES ONDES
- INDICE DE RÉFRACTION
- CORPS NOIR
- BIOLUMINESCENCE
- LENTILLES, optique
- IMAGES OPTIQUES
- LUMIÈRE BLANCHE
- OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE
- DIFFRACTION DE LA LUMIÈRE
- MIRAGE
- FIBRES OPTIQUES
- MICHELSON-MORLEY EXPÉRIENCE DE
- ÉMISSION, physique
- INCANDESCENCE
- FLUORESCENCE
- DOPPLER-FIZEAU EFFET
- RÉFLEXION & RÉFRACTION DE LA LUMIÈRE
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- RÉSEAU, optique
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- POLARISATION CIRCULAIRE
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- POLARISATION DE LA LUMIÈRE
- POLARISEUR, optique
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- HUYGENS PRINCIPE DE
- EXCITATION, physique
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- CHIMILUMINESCENCE
- DIFFRACTION PAR LES CRISTAUX
- PHOTOLUMINESCENCE
- WIEN LOIS DE
- THERMOLUMINESCENCE
- ÉMISSION STIMULÉE ou ÉMISSION INDUITE
- TEMPÉRATURE
- VITESSE DE LA LUMIÈRE
- NIVEAU, physique atomique
- RÉFLEXION, physique
- RELATIVITÉ RESTREINTE
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- LONGUEUR D'ONDE
- SPECTRE, optique
- RAYONNEMENT THERMIQUE
- SPECTRE D'ABSORPTION
- SPECTRE D'ÉMISSION
- DUALITÉ ONDE-CORPUSCULE
