Théorie Relativité resreinte, vitesse lumière, longueur d'onde : question

[hardgratte]

Bonjour à tous,

Première chose, je ne suis pas un expert, juste très intéressé par le sujet. Cela veut dire que ce qui suit sera surement bourré d’énormités. Corrigez moi, je ne demande qu’à apprendre (après tout, nous sommes ici pour ça )

Il y a quelques semaines/mois, j’ai regardé une émission sur Arte qui parlait de l’univers et de son expansion.
Puis, récemment, je me suis intéressé à la relativité restreinte. Dans les textes que j’ai lus à ce sujet, il m’est apparu une contradiction par rapport à ce que j’ai cru comprendre de l’émission sur Arte.
Je pense que ces deux sources sont correctes. La contradiction vient de moi, d’un élément que j’aurais mal compris dans l’une ou l’autre.
Je m’explique :

Sur Arte :
La question de l’expansion de l’univers se posait, les galaxies s’éloignent-elles de nous avec une accélération positive ? Ils ont expliqué comment le mesurer.
Voici ce que j’ai compris:
Une galaxie (ou une étoile seule) émet une onde lumineuse (caractérisée par une longueur d’onde et donc une couleur perçue). Si cette galaxie s’éloigne avec une accélération positive, l’onde lumineuse va s’allonger (due à l’accélération). Ainsi, la longueur d’onde change, donc la couleur de la lumière émise par la galaxie. On peut ainsi savoir que l’univers est encore en expansion.

La relativité restreinte :
Un des deux postulats sur lesquels est basé la théorie de la relativité restreinte est que, dans un repère inertiel, la vitesse de la lumière, est toujours la même, qu'elle soit émise par un objet en mouvement ou en repos (voir l’expérience de Michelson et Morley : une onde lumineuse envoyée dans le sens de rotation de Terre autour du Soleil et une envoyée dans le sens inverse. Résultat, les deux ondes lumineuses ont la même vitesse. La vitesse de la Terre n’influe pas sur la vitesse de la lumière.)

En quoi ces deux faits me semblent contradictoires :
Si la vitesse de la lumière ne change pas en fonction de la vitesse du corps émetteur, pourquoi les ondes lumineuses émises par une galaxie (ou une étoile) en mouvement s’allongent lorsque celle-ci accélère ?
La fréquence des ondes lumineuse n’aurait-elle rien à voir avec la vitesse de la lumière…. Apparemment non !! Ça voudrait dire que c’est l’émission sur Arte que je n’ai pas bien saisi.

J’avoue me perdre tout seul dans mes interprétations alors je vous laisse en discuter. Merci d’avance à ceux qui pourront m’éclairer et me dire où je me plante.

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[Amanuensis]

Bonjour,

1) L'expansion de l'univers n'est pas analysable en RR, faut travailler avec la Relativité Générale.

(En RG, la vitesse de la lumière est bien une constante, mais il s'agit de la vitesse locale.)

2)

La fréquence des ondes lumineuse n’aurait-elle rien à voir avec la vitesse de la lumière…. Apparemment non !!

Dans le contexte, ce sont bien deux données indépendantes.

(C'est même assez général: par exemple (cas inverse) dans un milieu matériel simplement transparent (verre par exemple) la vitesse des ondes lumineuses baisse (strictement inférieure à c), mais la fréquence est de l'onde reste inchangée.)

[hardgratte]

Bonjour Amanuensis,

Ok alors la seule chose qui s'allonge lorsque ma galaxie accélère, c'est la longueur d'onde de la lumière qu'elle émet.
Du coup je ne comprend pourquoi elle s'allonge. Le ralentissement de la vitesse de la lumière aurait pu paraitre "logique" (mais n'a pas lieu), mais la longueur d'onde..... je ne vois pas.

Et revoici l'éternelle question : POURQUOI ?

Merci à toi

[Amanuensis]

Ok alors la seule chose qui s'allonge lorsque ma galaxie accélère, c'est la longueur d'onde de la lumière qu'elle émet.

Oui (pas besoin d'accélération, la vitesse ou la distance ont déjà cet effet ; l'effet de la vitesse existe déjà en classique, mais il est différent en RR)

Et revoici l'éternelle question : POURQUOI ?

Aucune réponse correcte et simple. Faut s'imprégner des théories, non pas pour répondre à "pourquoi", mais pour comprendre en quoi cela fait sens.

En très gros, c'est lié à ce qu'il n'y a pas de temps absolu.

Nos intuitions sont guidées très (trop) fortement par une certaine "idée" du temps, qui est contraire aux observations fines qu'on peut maintenant faire.

Ces intuitions ne posent aucun problème dans la vie courante, mais ne "marchent pas" si la précision des observations est suffisante, ou si on s'intéresse à de très grandes distances.

La notion de "temps" que présente la RG va jouer sur la notion de fréquence, et amener, dans le cas en question, une différence entre ce qui est émis mesuré là où c'est émis et ce qui est reçu mesuré là où c'est reçu.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tari-R]

Bonjour Amanuensis,

Ok alors la seule chose qui s'allonge lorsque ma galaxie accélère, c'est la longueur d'onde de la lumière qu'elle émet.
Du coup je ne comprend pourquoi elle s'allonge. Le ralentissement de la vitesse de la lumière aurait pu paraitre "logique" (mais n'a pas lieu), mais la longueur d'onde..... je ne vois pas.

Et revoici l'éternelle question : POURQUOI ?

Merci à toi

Pour essayer de répondre plus simplement, sans même la RR et RG...

La vitesse C est constante qu'importe le mouvement de la galaxie, mais le temps que sa lumière nous arrive si la distance entre nous et la galaxie à augmenté indépendamment de son mouvement d'origine, alors la longueur d'onde augmente.
Il faut imaginer la lumière qui traverse un espace se dilatant au fur et mesure qu'elle avance, même si elle conserve toujours sa vitesse C, la lumière gagne de la longueur d'onde (infinitésimale) à chaque oscillation du à l'expansion de l'univers.

[hardgratte]

Ok, merci à vous.

Alors dans ce cas, on pourrait (de manière très simpliste) représenter l'onde par une corde (avec des ondulations). Cette corde (avec ses ondulations) avance, en un seul bloc, à vitesse constante. Seulement si une extrémité de la corde s'éloigne de l'autre extrémité, les ondulation s’allongent.
Si vous êtes ok avec ça, je crois qu'il faut que je me penche sur les ondes pour mieux comprendre leur comportement.

Je vais aussi creuser du coté du "temps" en relativité générale (c'est d'ailleurs ça qui m'intéressait à la base, je crois que j'ai un peu dérivé ). D'ailleurs si vous avez un petit lien sur cette histoire de distorsion du temps, je suis preneur.

J'attends que vous me validiez vite fais l'image de la corde et je passe en résolu.

Encore merci
++

[Tari-R]

Ok, merci à vous.

Alors dans ce cas, on pourrait (de manière très simpliste) représenter l'onde par une corde (avec des ondulations). Cette corde (avec ses ondulations) avance, en un seul bloc, à vitesse constante. Seulement si une extrémité de la corde s'éloigne de l'autre extrémité, les ondulation s’allongent.
Si vous êtes ok avec ça, je crois qu'il faut que je me penche sur les ondes pour mieux comprendre leur comportement.


++

Pour moi l'exemple de la corde est bon (corde élastique c'est mieux), et je l'ai déjà vu justement pour expliquer le phénomène des galaxies qui s'éloignent d'autant plus vite plus elles sont éloigné, comme l'image du ballon qu'on gonfle avec des points s'éloignant tous les uns des autres illustrant les galaxies dans notre univers en expansion.
Si ont imaginent des photons à la place des galaxies, représenté par des balles de ping pong sur la corde élastique, et qu'on étire la corde élastique, on à l'éloignement des balles qui correspond à une longueur d'onde plus grande, soit l'éloignement entre les photons, donc le spectre qui tend vers le rouge.
Cependant il faut en plus imaginer le mouvement du photons à vitesse C sur la corde élastique qui s'étend de manière constante, ce qui fait que la distance entre deux photons depuis leurs point de départ, est d'autant plus grande plus ils sont longtemps sur le parcours de la corde élastique.

[hardgratte]

Une onde ne peut donc pas y être accrochée et s'étendre avec lui ! Seule la relation entre les objets compte, le vide ce n'est rien...

Donc pour ma part l'image de la corde c'est niet !

Dans ce cas là, comment expliquer le phénomène de diminution de la longueur d'ondes lumineuses émises par les galaxies qui s'éloignent par rapport à nous ?

l'accélération n'est pas vraiment en cause puisque ce n'est qu'une supposition récente et temporaire liée à la théorie actuelle (loin d'être définitive puisque pleine de trous... noirs)

D'après vous, il n'a jamais été confirmé que l'univers est encore en expansion ?