Dépasser la vitesse de la lumière

[invite6111ef29]

Bonjour à tous!
Je poste pour la première fois sur ce forum; j'ai une question qui me taraude depuis presque 10 ans maintenant, mais faute de contacts professionnels, je n'ai jamais pu avoir de réponse.
Voilà ma pensée:
Je sais qu'il est possible de dépasser la vitesse de la lumière en "trichant", par exemple avec l'effet Tchérenkov (d'après ce que j'en ai compris, dans les centrales nucléaires, des particules lancées à la vitesse de la lumière (dans l'air) arrivent subitement dans l'eau.
Hors, la vitesse de la lumière dans l'eau est inférieure à la vitesse de la lumière dans l'air. Donc, lorsque la particule arrive au contact de l'eau, elle doit ralentir,et ce phénomène crée une sortie de flash bleu.

Bref, voilà ma question:
Supposons que nous disposions d'une barre d'un métal quelconque, d'une longueur de 2 millions de kilomètres. Supposons également que nous emportons cette barre dans l'espace (où il n'y aurait pas de contrainte gravitationnelle ni de resistance liée à une atmosphère).
Enfin, supposons que nous disposions d'un moteur capable de faire tourner cette fameuse barre (comme un ventilateur avec une seule pale).
Lorsqu'on regarde un ventilateur tourner, il est clair que la base qui actionne la barre tourne bien moins vite proche du moteur, qu'à l'extrémité de cette barre.
Reprenons le tout. Nous avons cette barre de 2 millions de kilomètres dans l'espace et un moteur suffisament puissant pour pouvoir la faire tourner.
Si plus la barre est longue, plus l'extrémité tourne vite,d'après mon idée, alors le moteur n'aurait qu'à tourner sur lui-même à une certaine vitesse "faisable" pour que l'extrémité dépasse la vitesse de la lumière non?
Parce que je suppose que la longueur de la barre augmente exponentiellement la vitesse de l'extrémité par rapport au moteur?
Serait-ce possible? Que la vitesse de la lumière soit dépassée? A quelle vitesse la moteur devrait tourner sur lui-même pour que l'extrémité atteigne la vitesse de la lumière?
Quels phénomènes cela produirait-il dans l'espace?
Est-ce que cette vitesse de rotation si forte n'engendrerait pas un puit de gravité?
Si c'est le cas, pourrions nous atteindre une puissance type "trou noir"?
Je pars bien sûr du principe que la barre est dans un métal suffisemment résistant pour supporter une telle vitesse. D'ailleurs, y aurait-il une résistance, même dans un espace vide, qui serait créée par cette rotation?

J'ai hâte d'avoir une réponse! Et j'espère même plusieurs!
A bientôt j'espère,
Frank
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[invité576543]

Bonjour et bienvenue,

Si plus la barre est longue, plus l'extrémité tourne vite,d'après mon idée, alors le moteur n'aurait qu'à tourner sur lui-même à une certaine vitesse "faisable" pour que l'extrémité dépasse la vitesse de la lumière non?

Non. Il faudrait une barre infiniment rigide, et un tel matériau n'existe pas. La rigidité d'un solide vient des forces de liaison internes, et il y a des limites à ces forces.

Il faut imaginer tout solide comme élastique, et cassant si la limite d'élasticité est dépassée...

[Gloubiscrapule]

Salut, et bienvenue sur futura...

Tu ne pourras malheuresement pas dépasser la vitesse de la lumière parce que ta barre se pliera/cassera avant. Même dans le métal le plus solide qui existe, elle ne résistera pas:
Avec une barre de 2 kilométres, ça te fait un rayon d'un kilomètre, donc en commençant à tourner au milieu, il faudra 3 secondes environ pour que l'information arrive au bout de la barre, autrement dit au bout ça commencera à tourner en décalé par rapport au milieu, donc ça va tourner en spirale en enroulant la barre sur elle-même.

Pour ce qui est de l'effet produit, et bien sache qu'une barre très massive en rotation était la première expérience tentant de détecter les ondes gravitationnelles (ces petites perturbations de l'espace-temps qui se propagent comme des ondes), mais la puissance et l'amplitude de ces ondes est bien trop faible. Des objets compacts (comme les trous noirs, les étoiles à neutrons...) en rotation l'un autour de l'autre sont des sources bien plus intéressantes et plus faciles à détecter!

[invite2303ab1d]

Je sais qu'il est possible de dépasser la vitesse de la lumière en "trichant", par exemple avec l'effet Tchérenkov (d'après ce que j'en ai compris, dans les centrales nucléaires, des particules lancées à la vitesse de la lumière (dans l'air) arrivent subitement dans l'eau.
Hors, la vitesse de la lumière dans l'eau est inférieure à la vitesse de la lumière dans l'air. Donc, lorsque la particule arrive au contact de l'eau, elle doit ralentir,et ce phénomène crée une sortie de flash bleu.

La seule vitesse limite est la constante "c", égale à la vitesse de la lumière dans le vide. Il est donc parfaitement possible d'aller plus vite que la lumière dans un autre milieu (sans "tricher"), mais jamais plus vite que "c".

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6111ef29]

Merci à vous pour ces réponses!
Mais du coup, ça me soulève d'autres questions!
Par exemple, comment se fait-il qu'une barre puisse casser dans l'espace, alors qu'il n'y a aucune résistance extérieure?
Autre chose; connaît-on la vitesse de rotation d'un trou noir? Je veux dire, serait-il possible qu'on ne puisse pas le distinguer parce qu'il tournerait sur lui-même à une vitesse supérieure à la lumière? (dans l'hypothèse où sa force d'attraction ne serait pas déjà un frein pour son repérage)

Je sais que je rabache,mais, dans l'hypothèse où cette barre de métal ne casserait pas sous la force de rotation, l'idée est viable non? Ou alors cette vitesse de la lumière aurait une "force" qui empêcherait la barre de tourner plus vite, et "briderait" le moteur de rotation? Je trouverais ça fascinant, de "voir" comment se comporterait cette extrémité, lorsqu'elle dépasserait la vitesse de la lumière! Par exemple, verrait-on la barre dans son intégralité, du moteur, jusque vers le point qui atteint la vitesse de la lumière, puis de ce point vers l'extrémité, un effet Tchérenkov? ou alors un flou? ou alors... Je sais pas, peut-être une faille dans la réalité relative?
On pourrait s'attendre à quoi d'après vous dans cette hypothèse?
J'ai remarqué qu'à chaque fois que des évènements "contre nature" ont lieu, il y a systématiquement un désastre destructeur.
Par "contre nature", je parle par exemple des bombes nucléaires qui sont selon ce que j'ai compris, des fusions d'atomes forcées. Ou alors, lors d'une explosions d'étoiles super massives, les éléments "essaient" de partir si vite qu'ils n'y parviennent pas et s'effondrent sur eux-mêmes pour générer un trou noir.
D'où mon idée que c'est peut-être le fait de dépasser la vitesse de la lumière, qui conduirait au "cataclysme ultime": le trou noir?
Autre question entre parenthèse vu qu'on en parle: Si le temps ne compte pas dans un trou noir, alors un trou noir est-il éternel? Dois-je poster ça dans un autre sujet ou avez-vous un réponse précise?

En tout cas, merci de vos réponses si précises et rapides!
Je compte toujours sur vous!

[invité576543]

Par exemple, comment se fait-il qu'une barre puisse casser dans l'espace, alors qu'il n'y a aucune résistance extérieure?

Il y a nécessairement une "résistance extérieure" du côté du moteur qui augmente la vitesse de rotation de la barre : la conservations du moment cinétique oblige l'existence d'un autre objet que la barre qui va tourner dans l'autre sens. Le moteur "s'appuie" sur l'inertie de l'un pour faire tourner l'autre (et réciproquement).

Je sais que je rabache,mais, dans l'hypothèse où cette barre de métal ne casserait pas sous la force de rotation, l'idée est viable non?

Non, parce qu'on ne peut pas rejeter une partie d'une théorie et en accepter une autre comme prémisses pour obtenir une conclusion logique. Soit on ne prend rien, et on ne peut rien conclure (ou alors on invente une théorie d'un Univers qui n'est pas le nôtre, si on arrive --et c'est pas facile-- à produire une théorie auto-cohérente), soit on prend tout, et l'hypothèse que la barre ni ne casse ni ne plus n'est pas acceptable.

Ou alors cette vitesse de la lumière aurait une "force" qui empêcherait la barre de tourner plus vite, et "briderait" le moteur de rotation?

Non, même avec une barre rigide, la difficulté pratique serait de trouver l'énergie libre pour faire fonctionner le moteur. Il n'y en a pas assez dans l'Univers visible...

Je trouverais ça fascinant, de "voir" comment se comporterait cette extrémité, lorsqu'elle dépasserait la vitesse de la lumière!

"Se comporterait" est un conditionnel. Il y a un "si" sous-entendu. Le seul possible est "si les lois de l'Univers était différentes".

Malheureusement, il n'y a pas de réponse unique à imaginer un Univers différent. Se contenter de l'Univers qu'on a, c'est toujours frustrant, mais on ne peut pas faire autrement pour rester dans le cadre d'une discussion scientifique.

[invite6111ef29]

D'accord, d'accord, je me rends!

Mais du coup, je n'ai pas eu de réponses à mes autres questions concernant les trous noirs..?

[invité576543]

un trou noir est-il éternel?

Stephen Hawking a développé une théorie montrant qu'un trou noir "s'évapore" petit à petit. La durée d'évaporation totale (vu d'un observateur lointain) est d'autant plus grande que le trou noir est massif, et ces durées sont extraordinairement grandes pour un trou noir genre ce qu'on observe au centre des galaxies.

[rik 2]

Non, même avec une barre rigide, la difficulté pratique serait de trouver l'énergie libre pour faire fonctionner le moteur. Il n'y en a pas assez dans l'Univers visible...

j'ai du mal à comprendre comment on peut objecter des arguments techniques à un exercice de pensée, purement conceptuel.

[invité576543]

j'ai du mal à comprendre comment on peut objecter des arguments techniques à un exercice de pensée, purement conceptuel.

L'énergie n'est pas un argument technique, mais physique.

[Fanch5629]

Bonjour.

Je pense également que les réponses apportées ne correspondent pas à l'esprit de la question qui est en rapport avec le fameux problème du disque tournant en relativité restreinte, et dont on trouve de nombreux développements dans la littérature, ne serait-ce que sur Wikipedia.

Cordialement.

[Paminode]

Avec une barre de 2 kilométres, ça te fait un rayon d'un kilomètre, donc en commençant à tourner au milieu, il faudra 3 secondes environ pour que l'information arrive au bout de la barre, autrement dit au bout ça commencera à tourner en décalé par rapport au milieu, donc ça va tourner en spirale en enroulant la barre sur elle-même.

Bonjour,

J'ai du mal à saisir comment "l'information" que la barre s'est mise en mouvement en son centre, voyage le long de la barre jusqu'aux extrémités. Et pourquoi 3 secondes ?

[mach3]

J'ai du mal à saisir comment "l'information" que la barre s'est mise en mouvement en son centre, voyage le long de la barre jusqu'aux extrémités. Et pourquoi 3 secondes ?

La seule raison pour laquelle l'extrémité se met à bouger si on fait tourner le centre, c'est les liaisons entre atomes dans le matériau. Ces liaisons sont élastiques, c'est à dire que si on déplace un peu l'un des atomes, les autres ne vont suivre qu'avec un temps de retard.
Quand on commence à faire tourner la barre, les atomes qui sont au milieu, liés au moteur, se mettent à bouger, et entrainent les suivant avec du retard. On a une déformation élastique qui va alors se propager à la vitesse du son dans le matériau.
Par ailleurs si la déformation dépasse la limite élastique, elle sera irréversible, et si elle dépasse la limite plastique, on aura rupture.

Je ne suis pas d'accord avec les 3 secondes par contre: le son se propage bien plus vite dans les solides que dans l'air. On aura tout de même une durée de cet ordre de grandeur (seconde, voire dixièmes de secondes).

m@ch3

[rikarena]

Il faut réfléchir à un exemple dans la même veine que " l'épée qui casse tous les matériaux VS le bouclier incassable "

c'est à dire essayer de trouver un exemple physique ou chimique qui fasse naitre un paradoxe.

On peut déja exclure toute implication de la chimie car celle-ci traite de composé et les composés sont toujours reliés entre eux par des liaisons ou intéractions cassables.

Donc une barre dans n'importe qu'elle matériaux casserait.

Il faut donc se tourner vers un systéme élémentaire. Un atome par exemple casserait, si on prend un atome dont le nombre quantique principal n est égal à 1 et le nombre magnétique égal à 1 on obtient une orbitale ( zone où les éléctions ont une forte proba de se trouver) en forme de double hélice. Si par je ne sais quel moyen on en faisait un genre de baton tournant les électrons se trouvant aux extrémités seraient arrachés à grande vitesse.

[mach3]

Un atome par exemple casserait, si on prend un atome dont le nombre quantique principal n est égal à 1 et le nombre magnétique égal à 1 on obtient une orbitale ( zone où les éléctions ont une forte proba de se trouver) en forme de double hélice. Si par je ne sais quel moyen on en faisait un genre de baton tournant les électrons se trouvant aux extrémités seraient arrachés à grande vitesse.

sauf qu'une orbitale n'est pas un objet matériel qu'on peut manipuler ou faire tourner. Et même si on le pouvait, ça n'aurait aucune influence sur la vitesse des électrons décrits par l'orbitale.
La vitesse d'une particule massive est bornée par c, même en mécanique quantique.

m@ch3

[invite2303ab1d]

Si les lois de la nature permettent l'existence une épée qui casse tous les matériaux, alors elles ne permettent pas l'existence d'un bouclier incassable.

De même, les lois de la physique, incluant l'impossibilité de dépasser c, interdisent l'existence d'une matériau de rigidité infinie. N'importe quel objet est constitué de multitudes de particules individuelles, seulement reliées entre elles par des forces de liaisons limitées. Une barre ne tourne en fait pas "d'un bloc", mais de proche en proche, ces forces déplacent les particules composant la barre, et ce assez vite pour qu'on aie l'impression qu'il s'agit d'un ensemble rigide.

En upposant que la barre soit assez élastique pour ne pas casser, elle se spiralerait, d'abord parceque l'information se déplace à une vitesse finie, inférieure à c (les forces de liaison agissant de proche en proche), ensuite à cause d'effets relativistes.

Il ne faut pas oublier que n'importe quel objet apparemment rigide est constititué de particules individuelles, se déplaçant en bloc grâce à la force électromagnétique. Il n'est donc pas plus possible de dépasser ainsi c qu'avec un (gros) aimant.

[kamor]

Je ne suis pas d'accord avec les 3 secondes par contre: le son se propage bien plus vite dans les solides que dans l'air. On aura tout de même une durée de cet ordre de grandeur (seconde, voire dixièmes de secondes).

m@ch3

Mais de toute façon, même si l'ordre de grandeur est plus faible, il y aura quand même un temps de latence, qui avec l'augmentation de vitesse provoquera une courbure de plus en plus importante de la barre. Non ?

[jgiovan]

Que d'interventions dénuées d'intérêt pour un problème qui a été réglé par Einstein il y a bientôt un siècle !

Pourquoi s'entêter à faire des expériences de pensée dignes d'une cour d'école quand un des plus brillants scientifiques de l'histoire s'est déjà penché sur le sujet ?

Un peu de lecture ne faisant pas de mal : http://fr.wikipedia.org/wiki/Contraction_des_longueurs

[rik 2]

Pourquoi s'entêter à faire des expériences de pensée dignes d'une cour d'école quand un des plus brillants scientifiques de l'histoire s'est déjà penché sur le sujet?

parce que si l'on ne peut pas faire tourner un repère par rapport à un autre c'est que la théorie de la relativité est fausse.

[invité576543]

parce que si l'on ne peut pas faire tourner un repère par rapport à un autre c'est que la théorie de la relativité est fausse.

Voilà autre chose !

Une théorie physique est fausse uniquement si elle fait des prédictions qui ne se réalisent pas.

La RR est limitée, c'est tout. C'est bien pour cela que la RG a été développée rapidement après, d'ailleurs.

[Paminode]

On a une déformation élastique qui va alors se propager à la vitesse du son dans le matériau.

Compris, merci.

[invite2d9f8ffe]

cet outil de taille astronomique qualque soient ses caracteres construction ne va permetre atteindre que des vitesses proches de c mais jamais c car la theorie prevoit une divergence d'energie pour une convergence vers la vitesse c.

[invite68591fb5]

Juste des elements de reponses pour t'aider a reflechir sur le cas de ta barre tournante dans le vide:

Pour evaluer ta vitesse de rotation en bout de barre:
(si j'ai bien compris, en gros tu ferais tourner ta barre comme une helice geante avec ton moteur )

Pour une barre de longueur L en metre avec un moteur placé au milieu, la vitesse de rotation aux extremites de la barre est:
V= L/2*(pi*N/30)
avec V en metre/seconde
L en metre
N en tour/minute

Ensuite, la barre cassera car il ne faut pas oublier que ta barre va se mettre en traction rapidement sous l'effet des forces centrifuges.
Et vu la longueur, la masse est enorme!
Donc sa masse+ effort centrifuge ca va faire tres mal et elle va casser pile au milieu, la ou il y a l'axe de rotation!

Voila desoler si tu connaissais deja et sinon jespere que ca t'aidera a y reflechir

[rik 2]

L'énergie n'est pas un argument technique, mais physique.

Il faudrait une barre infiniment rigide, et un tel matériau n'existe pas. La rigidité d'un solide vient des forces de liaison internes, et il y a des limites à ces forces.
Il faut imaginer tout solide comme élastique, et cassant si la limite d'élasticité est dépassée...

et ça c'est pas technique peut-être?!
amicalement quand même!

[invité576543]

et ça c'est pas technique peut-être?!
amicalement quand même!

En creusant un peu, on peut voir que c'est physique. Mais faut faire l'effort.

[_Goel_]

sinon,
-en plus de la déformation
-en plus des forces centrifuges

il y a aussi la vitesse du bout de la barre:
plus un objet va vite, plus l'énergie pour l'accélérer est importante.
ex : si je j'utilise x Joules pour doubler la vitesse d'un objet, il me faudra x+gamma.x joules pour redoubler la vitesse. ce facteur gamma est lié à la vitesse et tend vers l'infini à mesure que la vitesse de l'objet à accélérer approche de c.

Manifestation réelle : on dépense des MW pour accélérer des protons dans un accélérateurs. c'est pas lourd, un proton et même s'il arrive à 10km/h de la vitesse de la vitesse de la lumière (dans le LHC), il faudra toujours dépenser une énergie infinie pour atteindre la vitesse de la lumière.

[rik 2]

Mais faut faire l'effort.

ne peut-on pas faire l'effort d'un exercice de pensée où deux rérérentiels sont en rotation l'un par rapport à l'autre? sans considérations techniques.

[mach3]

et ça c'est pas technique peut-être?!
amicalement quand même!

L'argument, parfaitement physique est que dans un matériau infiniment rigide, la vitesse du son est infinie.
Or, la cadre de la relativité interdit toute propagation d'information à des vitesses supérieure à c. La vitesse du son dans un matériau est donc limitée à c et il ne peut exister de matériau infiniment rigide.
Si on prend une barre de 300000 km de long et qu'on attache une extrémité à un axe, il y aura au minimum une seconde entre le début de la rotation de l'axe et le début du mouvement de l'autre extrémité (dans le référentiel de l'axe).

ne peut-on pas faire l'effort d'un exercice de pensée où deux rérérentiels sont en rotation l'un par rapport à l'autre?

pas facile les référentiels tournant... c'est limite de la RG là.

m@ch3

[rik 2]

pas facile les référentiels tournant... c'est limite de la RG là.

Oui! mais ce qu'il y a de "drole" avec les référentiels tournants c'est que du point de vue de celui qui est "immobile" le temps n'est pas homogène dans celui qui tourne!

[invite311a1e2f]

Une nouvelle expérience à verser au débat :

Soit un laser dont la source effectue sur elle même un tour complet par seconde.

Soit un plan sur lequel le faisceau du laser arrive perpendiculairement :

o-------------------.|

dessinant un point lumineux (qui se déplace) lorsque le laser rencontre le plan au cours de sa rotation.

Expérience :

Si la source est placée à 1 km du plan, la vitesse du point lumineux sur ledit plan est de approximativement 6,28 km/s.

Si la source est placée à 100.000 km du plan, la vitesse du point lumineux sur ledit plan est de approximativement 628.000 km/s ?

Naturellement il y aurait une sorte d'effet tourbillon mais on pourra en reparler...