Vitesse de la lumière dans l'espace

[curiossss]

Bonjour,

Je suis tombé sur cette vidéo :
https://www.youtube.com/watch?v=pTn6Ewhb27k

N'a-t-on vraiment aucune preuve expérimentale qui prouve que la vitesse de la lumière est la même dans toutes les directions ?

Merci
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[Deedee81]

Salut,

N'a-t-on vraiment aucune preuve expérimentale qui prouve que la vitesse de la lumière est la même dans toutes les directions ?

Pas le temps de regarder une vidéo mais :

- dans l'espace ce n'est évidemment pas facile de vérifier mais on a les aller retours de signaux vers les sondes. Et c'est dans toutes les directions. On a des mesures relatives pour des sources lointaines (grâce à divers effets, comme l'effet Shapiro ou la comparaison avec les neutrinos) mais impossible d'avoir une mesure absolue de la vitesse de la lumière, disons, autour de la galaxie d'Andromède par exemple.
- Reste souvent le soucis de la mesure qui nécessite soit un aller-retour soit des horloges distances synchronisées mais on peut faire une mesure sans aller-retour : on mesure localement la longueur d'onde et la fréquence et hop. Pour les mesures absolues c'est même le plus précis (en combinant réseau de diffraction et comparaison de la fréquence à une horloge atomique)
- Reste un loophole : si on imagine que déplacer une horloge en provoque un décalage et que ce décalage se combine de manière perverse avec une vitesse variable non pas avec la direction mais avec le sens (aller ou retour) alors on ne peut le mesurer. Mais puisque c'est non mesurable, alors c'est non réfutable et non scientifique (en fait ça dépend de chois arbitraires de synchronisation respectant ou pas le principe de relativité)

Je ne sais pas si ça correspond à la vidéo.

[jiherve]

Bonjour
voir là :https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3...lson_et_Morley.
JR

[Deedee81]

Quelqu'un pour faire peut-être un résumé en disons trois ou quatre lignes de ce qui est réellement abordé dans la vidéo ? Car là c'est un peu une discussion dans le vide spatial (sans mauvais jeu de mots).
(petit coup d'oeil rapide et ça me semble en effet relever de ce que j'ai expliqué dans le message 2, mais faudrait peut-être des précisions)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwinver]

Bonjour.

AMAH, l'expérience de Michelson rappelée par Jihervé est une preuve que la vitesse de la lumière est indépendante de la direction.
C'est une des bases de la physique moderne.
Il faudrait que le primo posteur nous dise quelle démonstration est donnée de l'inverse du résultat de cette expérience, à moins que ce ne soit une affirmation non démontrée.

[Deedee81]

D'après ce que j'ai vu ils ne parlent pas d'une variabilité avec la direction mais avec le sens de parcourt (pour une direction donnée). Probablement un petit soucis de sens du mot "direction".

[Matmat]

La vidéo est une explication didactique de la différence entre les vitesse One-way et Two-way .

il disent que soit on se soumet à une convention, soit on ne peut pas sortir du raisonnement circulaire suivant :

on a besoin de 2 horloges synchronisées pour la mesure one-way
on a besoin de connaitre la mesure one-way pour synchroniser 2 horloges .

donc ils disent que la vitesse est indépendante de la direction par convention, ou peut être par rasoir d’Occam, et non pas parce que des mesures l'ont prouvé.

[curiossss]

Oui. La vidéo explique assez bien que la seule chose qui peut être mesurée c'est la vitesse moyenne d'un aller-retour entre une source lumineuse et un miroir.

On suppose par convention (?) (référence au papier d'Einstein) que la vitesse Aller est égale à la vitesse Retour, mais si elle ne l'était pas on mesurerait la même durée pour l'aller-retour du rayon lumineux entre la source et le miroir (c'est à partir de la durée du parcours qu'on détermine la vitesse, connaissant la distance).

[curiossss]

Je croyais que la constance de la vitesse de la lumière était une conséquence directe des équations de Maxwell. En tout cas je me rappelle de l'avoir lu il y a longtemps.
C'est le problème des articles de divulgation scientifique, ils sont farcis de raccourcis et peuvent nous induire en erreur. Dans notre cas, les mesures ont indiqué uniquement que l'aller-retour se fait à une vitesse moyenne de c, mais que du point de vue de l'expérimentateur considérer c constante semble bien fonctionner.

Je me rappelle avoir lu aussi qque part que du temps où l'on imaginait l'existence d'un Ether alors la vitesse de la lumière serait différente suivant notre propre vitesse par rapport à l'Ether, mais qu'en final ce serait indétectable. Même mécanisme que celui décrit dans la vidéo.

Et encore ailleurs j'avais lu que l'interféromètre de Morley & Michelson supposait implicitement que les bras tenant les miroirs ne se contractaient/dilataient pas, en fonction de la vitesse, de la même manière que les rayons de lumière, et que si c'était le cas alors l'expérience de Morley serait incapable de détecter une différence, via les interférences, fonction de la vitesse de l'appareil dans l'espace.

Bref, ça fait beaucoup de choses à digérer. Même si du point de vue de ce qu'on détecte avec nos appareils ça ne change rien qu'on dise que la vitesse de la lumière est constante ou variable, puisque pas de conséquences dans nos mesures, je pense que ça a une importance vitale dès lors qu'on essaye de comprendre ce qui se passe au niveau subatomique. Ce n'est pas le boulot des physiciens mais des philosophes d'après ce qu'on m'a dit ici, mais si les philosophes partent sur de mauvaises bases ils ne risqueront pas de trouver les bonnes réponses. J'aimerais être sûr que l'expérimentation leur fournit les bonnes billes pour réfléchir !

Attention, je ne veux pas ouvrir un nouveau débat sur l'Ether, qui serait de toutes façons stérile et mal venu ici. Mais simplement pointer du doigt que plus on creuse plus on découvre des postulats plus ou moins explicités, et qu'il serait intéressant de se repencher dessus ne serait-ce que pour un petit exercice mental : qu'impliquerait-il si tel ou tel postulat était finalement faux ?
Pour ne rien arranger, le théorème d'incomplétude de Gödel indique qu'on ne peut pas s'appuyer sur une théorie cohérente pour démontrer qu'elle est fausse (c.a.d. qu'un de ses postulats de base est faux). Donc c'est un peu compliqué de naviguer sans la béquille des théories reposant sur un postulat qu'on aimerait remettre sur la sellette, juste pour voir.

[Deedee81]

Salut,

Donc c'est bel et bien ce que j'avais imaginé : le sens (aller ou retour) et non la direction (nord, ouest par exemple). Ambiguïté du mot "direction".

Je croyais que la constance de la vitesse de la lumière était une conséquence directe des équations de Maxwell. En tout cas je me rappelle de l'avoir lu il y a longtemps.

Ca l'est aussi vu que ces équations sont relativistes ! Ca dépend donc pas quel bout on regarde

Je me rappelle avoir lu aussi qque part que du temps où l'on imaginait l'existence d'un Ether alors la vitesse de la lumière serait différente suivant notre propre vitesse par rapport à l'Ether, mais qu'en final ce serait indétectable. Même mécanisme que celui décrit dans la vidéo.

Pas l'éther luminifère du 19e ça, ça reste détectable (et a été réfuté). Et un éther "relativiste" au sens de l'effet pervers que j'avais indiqué (décalage des horloges + anisotropie) est inutile :
- comme c'est non réfutable, ça sert à rien de se casser la tête. On adopte le principe de relativité et hop.
- un tel éther pourrait être au repos dans n'importe quel référentiel sans rien changer
- rien de physiquement connu n'indique une nécessité ou une possibilité d'un tel éther (surtout depuis que la lumière est bien expliquée par l'électrodynamique quantique où il faut noter que le "champ de base" omniprésent s'efface, disparait, après quantification : reste juste les états quantifiés, le champ de base n'étant qu'un intermédiaire mathématique pratique). A condition de ne pas appeler éther n'importe quoi portant déjà un nom : c'est idiot et sans intérêt (et je l'ai vu trèèèès souvent : champ gravitationnel, vide quantique, etc....). Si un chat est appelé un chien, non, non, y va pas se mettre à aboyer

Et donc l'hypothèse en question est sans intérêt physique (même futur, le principe de relativité est juste un principe.... logique, même pas physique. J'en discute longuement dans ma série sur la relativité sur youtube)

Par exemple, quand on fait de l'électromagnétisme en jauge de Coulomb, ce qui est fréquent, on viole le principe de relativité : on choisit un référentiel privilégié. Mais c'est un pur choix pratique pour avoir si possible des charges électrostatiques. De plus à basse énergie les calculs sont beaucoup plus simples. Mais il ne faut évidemment pas prendre des vessies pour des lanternes : un choix arbitraire n'est que ça : un choix arbitraire, et il ne faut pas croire à l'instantanéité de la force de Coulomb en électrostatique, c'est normal : c'est statique !!!! Et en dynamique il y a compensation avec un autre terme et pas de "truc supraluminique", mais c'est pas facile à voir, Cohen-Tanoudji le fait dans son livre d'électrodynamique quantique).

J'espère que ça répond à tes questions.

Pour ne rien arranger, le théorème d'incomplétude de Gödel indique qu'on ne peut pas s'appuyer sur une théorie cohérente pour démontrer qu'elle est fausse (c.a.d. qu'un de ses postulats de base est faux). Donc c'est un peu compliqué de naviguer sans la béquille des théories reposant sur un postulat qu'on aimerait remettre sur la sellette, juste pour voir.

Attention, c'est pire que ça. En physique les théorèmes de Gödel n'ont aucun intérêt. Il ne faut surtout pas lui faire dire ce qu'il ne dit pas. Le théorème de Gödel sur la cohérence dit juste "qu'on ne peut démontrer la cohérence d'une théorie axiomatique dans le cadre de cette même théorie axiomatique". Mais :
- une théorie mathématique inconsistante, ça on sait le démontrer. Suffit de trouver une inconsistance !!!! Donc akuna matata les théories ne posent normalement pas de problème.
(c'est une bizarrerie mais purement mathématique : on peut être sûr qu'une théorie est consistante sans pouvoir le démontrer dans le cadre de cette théorie. Inutile de dire qu'à l'époque ça a fait bondir. Démontrer ne veux pas dire "vrai" mais juste qu'un enchainement logique à partir des axiomes peut aboutir à une proposition donnée exprimée dans le langage de la théorie, ni plus, ni moins.
- On peut démontrer la consistance mais par des raisonnements métamathématique : on a démontré la consistance de l'algèbre linéaire (très utilisée, notamment en relativité restreinte). Là je ne sais pas comment on fait mais on doit pouvoir trouver.
EDIT ah si me souviens, on démontre (en logique formelle) que si une théorie mathématique à un modèle, alors la théorie est consistante. Et on peut construire des modèles de pas mal de théories. Modèles au sens "modèle de la théorie mathématique des modèles", bien sûr, pas modèle au sens de la physique.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%...s_mod%C3%A8les
- Une théorie physique n'est pas une théorie mathématique. Même pas approchant, même pas comme intermédiaire. La ou les théories mathématiques utilisées dans la partie "théorisation" n'y sont que des outils de calculs (au sens parfois large). Faut pas confondre les clous et le marteau Et d'ailleurs les postulats de la théorie physique et les axiomes mathématiques sont totalement séparés, ils ne sont pas du tout liés !

Donc en physique : oublie Gödel.

[curiossss]

Salut,
- Une théorie physique n'est pas une théorie mathématique. Même pas approchant, même pas comme intermédiaire. La ou les théories mathématiques utilisées dans la partie "théorisation" n'y sont que des outils de calculs (au sens parfois large). Faut pas confondre les clous et le marteau Et d'ailleurs les postulats de la théorie physique et les axiomes mathématiques sont totalement séparés, ils ne sont pas du tout liés !

C'est bizarre que tu dises ça : en théorie quantique tout me semble n'être que maths. Une théorie mathématique qui colle à des observations. Idem pour la RG.

Or nos théories reposent sur un nombre restreint de postulats.
D'autres théories tout aussi consistantes pourraient se baser sur un autre jeu de postulats, et expliquer tout aussi bien les observations, et faire des prédictions tout aussi efficacement, et si possible mieux.

Quel serait l'intérêt de développer de telles théories puisque celles existantes fonctionnent déjà (partiellement du moins) ?
Pour commencer, elles serviraient à occuper certains de nos chercheurs théoriques qui s'ennuient au point d'imaginer des univers parallèles qui se dupliquent des milliards de milliards de fois à chaque picoseconde (énergie gratuite au passage). (j'avoue, c'est une provocation, j'ai pas pu résister, mea culpa)

Certains postulats erronés pourraient-ils irrémédiablement cacher (en nous faisant regarder dans une mauvaise direction) un pan d'une réalité qu'on essaye de décrire avec nos théories ? C'est ce qui m'inquiète.

[Deedee81]

C'est bizarre que tu dises ça : en théorie quantique tout me semble n'être que maths. Une théorie mathématique qui colle à des observations. Idem pour la RG.

Hé bien non, pas du tout. Il ne faut pas confondre :
- y a beaucoup de maths
avec
- c'est une théorie mathématique

Et là aussi les postulats (par exemple de la RG) sont très différents des axiomes mathématiques (ceux de la géométrie différentielle pour la RG).

Or nos théories reposent sur un nombre restreint de postulats.

On fait ce qu'on peut

(mais attention, il y en a souvent bien plus qu'on ne croit :
en MQ là l'article wikipedia sur le sujet est complet
en RR : tout le monde ou presque te dira "il y en a deux", hé bien non il y en a 8 !!!!
En théorie quantique des champs : il y a ceux de la RR, ceux de la MQ, plus quelques autres.... et encore d'autres pas clair (la théorie axiomatique n'es pas complète, et dans la formulation habituelle il y a pas mal de trucs quelque peu ad hoc. Compter les postulats est trèèèèès compliqué)

D'autres théories tout aussi consistantes pourraient se baser sur un autre jeu de postulats, et expliquer tout aussi bien les observations, et faire des prédictions tout aussi efficacement, et si possible mieux.

Oui, bien sûr, c'est même toute l'histoire de la physique ça (y a même des théories qui ont totalement disparu, par exemple la théorie des deux fluides électriques (on en parle dans les trucs historiques, dans l'encyclopedia universalis par exemple)/

Quel serait l'intérêt de développer de telles théories puisque celles existantes fonctionnent déjà (partiellement du moins) ?

J'avoue que je ne comprend pas où tu veux en venir ??? Quel rapport avec le sujet. Par exemple la mécanique classique et la relativité utilise les mêmes axiomes mathématiques mais pas les mêmes postulats physiques. Donc je ne vois pas le rapport avec Gödel et consort ???

(j'avoue, c'est une provocation, j'ai pas pu résister, mea culpa)

Non, ça va, c'était très drôle et même pas faux

Certains postulats erronés pourraient-ils irrémédiablement cacher (en nous faisant regarder dans une mauvaise direction) un pan d'une réalité qu'on essaye de décrire avec nos théories ? C'est ce qui m'inquiète.

Qui sait ? Mais irrémédiablement ça m'étonnerait vu que les théoriciens passent leur temps à changer les postulats (et pas seulement parce qu'ils s'ennuient ).
Par exemple, vu qu'on manque de données expérimentales coté gravitation quantique, les théoriciens essaient tout. Et TOUS les postulats ont été modifiés dans l'une ou l'autre des théories spéculatives (boucles, cordes, twisteurs, géométries non commutatives, super-espace, calcul de Regge enfin pas tout à fait là, mais c'est utilisé hors cadre RG, triangulations causales, etc... etc...).
Lorsqu'on arrivera enfin à valider/réfuter ces théories, s'il y avait un méchant postulat avant, il devrait avoir rendu l'âme. Enfin, j'espère

Faut pas oublier la finalité des postulats (physiques) et axiomes (mathématiques).

Les deuxièmes sont choisis pour leur utilité et fécondité mathématique, ni plus ni moins. Et ceux qu'on a et leurs différentes variantes sont très bien.
(je suis "très ZFC" plus bien sûr toute une série d'axiome liés aux ajouts de structures mathématiques, je rafolle pas de l’intuitionnisme mais si je ne me trompe pas tout ce qui se démontre dans l'un se démontre dans l'autre. Si je me trompe qu'on n'hésite pas à me le dire )

Les postulats eux doivent coller à la réalité. Et donc là on ne peut choisir arbitrairement et on les change juste pour voir si ça colle mieux (et bien sûr aussi selon les résultats expérimentaux s'ils disent "c'est pas bon". Un exemple, LA théorie de la supraconductivité est la théorie BCS, que j'ai appris à la fac d'ailleurs, or les supra haute température violent la théorie. On n'a pas encore trouvé la théorie de remplacement : y a beaucoup de sous à gagner là, celui qui aura une théorie complète et sera capable de calculer les matériaux à utiliser, y compris ductiles et tout et tout, c'est la fortune assurée, une start-up et énorme succès et marchés à la clef )

[curiossss]

Il y a encore autre chose qui me gêne :
la physique est entièrement basée sur l'observation, par principe. On mesure et on en tire des théories.
Ce sont donc des théories observationnelles.
Et là il y a la possibilité qu'on soit en train de mesurer des mirages. Je m'explique : par exemple dans l'expérience de Morley & Michelson, on a mesuré l'absence d'interférences et déduit que la vitesse de la lumière ne dépend pas de la vitesse de l'observateur. Ok. C'est vrai du point de vue observationnel.
Mais si la matière se contracte exactement de la même manière que la lumière en fonction de sa vitesse alors cet appareillage ne permet pas de déduire quoi que ce soit.
Donc il y a eu un postulat implicite : la matière ne se contracte pas comme la lumière, et de là l'affirmation que la vitesse de la lumière ne dépend pas de la vitesse de l'observateur.

Si le postulat implicite est faux, alors on voit bien par cet exemple que la simple observation par l'expérience peut amener à des conclusions fausses.

Depuis longtemps j'espère qu'on développera un jour des théories physiques à partir de règles de fonctionnement très simples (la "physique hyper élémentaire". La Physique 'émergerait' de ces règles très simples...) qui se révèleront par le calcul et l'expérimentation capables d'expliquer toutes les observations. N'étant pas nées à partir d'observations, mais à partir de conjectures intellectuelles, ces théories seraient moins sensibles au mirages observationnels.

[Deedee81]

Ce sont donc des théories observationnelles.

Ben oui c'est le principe de la science : expliquer le monde qu'on observe. Forcément. Sinon ce n'est plus de la science.

Et si l'observation nous trompe, on le sait comment, en demandant à madame Irma ?

Tu ne veux quand même pas qu'on développe des théories sur des trucs qu'on n'observe même pas. Quel intérêt ? On peut en pondre des millions différentes et même plus (même la lune en fromage en fait partie, aussi ridicule qu'elle soit moi j'avais inventé la théorie des canards cosmologiques et je crois que c'est Gwyddon qui avait inventé la théorie du nounours vert. Bon c'est un peu pour en rire mais ce n'est pas faux dans la mesure où c'est tout aussi valable que les millions d'autres en question)

Si le postulat implicite est faux, alors on voit bien par cet exemple que la simple observation par l'expérience peut amener à des conclusions fausses.

Ben non puisque le but est justement d'expliquer l'observation par l'expérience !!!! Le reste (réalité intrinsèque, vérité absolue etc... quel que soit le nom qu'on donne) c'est pour les philosophes, les métaphysiciens et les religieux mais pas pour la science (et donc surtout pas pour Futura). On peut, y a pas de sot métier, mais faut pas appeler ça science, ce n'en est pas et ne peut pas l'être. On ne plante pas des clous en disant "je visse".

La Physique 'émergerait' de ces règles très simples...

Ca, c'est le rêve de tous les théoriciens
Y compris le miens.

Tu peux patienter deux ou trois cent ans ? On y arrivera peut-être
Ou avant si j'y arrive (ça fait quarante ans que j'y réfléchis alors compte pas trop sur mon succès hein )

[Deedee81]

Ou avant si j'y arrive (ça fait quarante ans que j'y réfléchis alors compte pas trop sur mon succès hein )

J'ai pas chômé note : j'ai trois principes/axiomes/postulats : élémentaires, très généraux sans hypothèse implicite ou présupposé quelconque : un postulat d'existence, un postulat de consistance et un postulat de non imposition (pas trouvé de nom plus parlant, on pourrait dire de "non arbitraire"). J'ai même pu voir qu'on pouvait alors démontrer un principe de relativité (généralisé, pas d'espace-temps à ce stade) et un principe de superposition. Qui facilite la suite. Et je peux démontrer les bases des outils mathématiques à utiliser et je sais quelles sont les grandes étapes suivantes (j'aurais besoin d'une théorie des modèles physiques, attention, pas des modèles mathématiques !, et une théorie des équivalences physique. La théorie des représentations, mathématique cette fois, devrais aussi être fortement complétée). Mais à partir de là : ça coince tellement c'est difficile.

J'en parlerai pas plus, car je serais vachement hors charte.

Et je suis sûr que bien d'autres ont pensé à ça ou des approches dans le même esprit.

Mais on peut tous rêver et souvent on ne se rend pas compte qu'on rêve aux mêmes choses

[curiossss]

Je comprends l'argumentaire. La science est entièrement basée sur l'observation, c'est comme ça qu'on a commencé il y a quelques siècles à sortir de la sorcellerie pour expliquer le monde.
Et ça marche.
Ca marche tant que nos instruments ne sont pas trop intrusifs et ne détruisent pas ce qu'ils observent. Ou si on a la chance qu'ils ne sont pas en train d'observer un mirage (*). Il y a là une limite infranchissable à l'expérimentation. C'est dommage mais c'est comme ça on n'y peut rien.

Continuer à considérer que l'expérimentation nous permettra d'aller toujours plus loin que ce qui a déjà été accompli, c'est une sorte de postulat. Non ? Peut-être que la somme de connaissances à retirer de l'expérimentation est une asymptote...
Bien entendu je ne prône pas d'arrêter l'expérimentation, on est encore très loin d'en avoir tiré tout ce qu'elle peut nous apporter. Mais j'envisage l'Après.

Peut-être (et j'espère que non, j'espère sincèrement, car je suis pressé, que l'expérimentation sera suffisante pour arriver à une compréhension totale de la physique) que pour franchir ce cap il faille une théorie construite du bas vers le haut (quelques postulats dont émergerait toute la physique nous donnant une théorie capable d'expliquer tout ce qui a été mesuré jusqu'à ce jour, à postériori).

Ce serait miraculeux j'en conviens. On est dans le domaine du Faut qu'on et du Ya qu'à. Mais pour moi c'est la quête ultime que peut envisager la Science.

Et je suis toujours heureux d'entendre que beaucoup dans leur coin rêvent de la même chose.

(*) : l'observation du Hollandais Volant a conduit à des théories qui ont terrorisé bien des marins. C'était de la simple observation pourtant.

[Deedee81]

Salut,

Et puis d'une manière concrète on n'a en réalité que deux choses pour faire de la science/décrire le monde :
- la logique/rigueur mais ça c'est largement pris en compte
- les observations
Et absolument rien d'autre !!! Donc on fait avec ça.

Ce n'est pas qu'une question d'avoir commencé avec ça (au contraire, ça n'a pas commencé avec ça, voir la philosophie des anciens grecs, ils ont tout dit et leur contraire et souvent des co....ies. Et c'est justement quand on a vu les choses comme ça que ça a commencé à vraiment avancer : grosso modo avec Grosseteste, Bacon, etc... et bien sûr Galilée, Descartes,... Mais faut aussi ajouter les "non scientifiques" qui ont fait progresser les choses bien avant : métallurgistes, orfèvres, etc... et même les alchimistes qui ont beaucoup expérimentés)

Le caractère intrusif des instruments, ça aussi on en tient compte évidemment.

Rien à redire sur le reste de ton message.

Ah je comprend mieux ce que tu veux dire par "mirage" : infos incomplètes, éventuellement déformées sans qu'on le sache et interprétations erronées de ce qui est mesuré/observé.

(*) : l'observation du Hollandais Volant a conduit à des théories qui ont terrorisé bien des marins. C'était de la simple observation pourtant.

Ou les sirènes

Mais on peut trouver plus récent et plus scientifique (pas trop récent pour pas réveiller des polémiques ici hein) : les rayons N par exemple.
C'est aussi pour ça qu'il y a des procédures de validation, de reproduction, etc.... Mais même ainsi ..... l'erreur est humaine et on peut se balader parfois avec des boulets.