Pourquoi "c" est une constante?

[invite7edac043]

"c" est une constante qui tient une place centrale dans la physique moderne.
J'aimerais savoir comment a-t-on pu affirmer théoriquement (donc sans faire référence aux expériences de Michelson-Morley) la constance de la vitesse de la lumière?
-----

[invite8241b23e]

Bonjour à toi aussi.

Si je ne dis pas de bêtises, c'est l'expérience qui a amené à considérer "c" comme constante dans tous les référentiels. Donc si tu veux savoir comment on a fait sans l'expérience, ben y'aura pas de réponses.

[invite7edac043]

BONJOUR
désolé pour l'entrer en matière un peu brutale...
merci pour la réponse
Il me parait assez surprenant que la constante qui est au centre d'une des théories les moins empiriques du début 20ème ne soit étayée par aucun argument.
Si mes souvenirs sont bons, l'expérience de Michelson et Morley date des années 1950, soit 50 ans environ après l'établissement de la relativité restreinte.
Il doit bien avoir certaines raisons qui ont poussé Einstein à poser l'invarinace de c quelquesoit le référentiel choisi. D'ailleurs il me semble qu'il a été démontré récement que l'invariance de c serait une conséquence de la relativité restreinte et non un axiome de départ...

[invité576543]

Si mes souvenirs sont bons, l'expérience de Michelson et Morley date des années 1950, soit 50 ans environ après l'établissement de la relativité restreinte.

Non. Elle date des années 1880, des décades avant la relativité restreinte.

C'est d'abord les équations de Maxwell, qui viennent bien de l'expérimentation, qui ont soulevé le problème. L'expérience de Michelson-Morley a confirmé le problème. Et il a fallut 25 ans de discussions, d'études et de recherches pour que la solution se battisse petit à petit, avec les équations de Lorentz, les travaux de Poincaré, l'article d'Einstein et enfin le modèle de Minkowski.

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7edac043]

BONJOUR

Si mes souvenirs sont bons, l'expérience de Michelson et Morley date des années 1950, soit 50 ans environ après l'établissement de la relativité restreinte.

Mea culpa, mes souvenirs sont très mauvais... l'expérience date des années 1880...
je comprends mieux ta réponse benjy_star, mais je reste qd meme un peu sur ma faim...

[invite8241b23e]

je comprends mieux ta réponse benjy_star, mais je reste qd meme un peu sur ma faim...

comme ça, si t'en dis pas plus, personne ne pourra t'aider...

[invite7edac043]

merci pour tes remarques benjy_star qui me permette de mieux comprendre le fonctionnement des forums...

comme je le disais, une équipe à établit la relativité restreinte en partant uniquement du premier postulat d'einstein ( c'est à dire l'invariance des lois physiques dans l'espace et le temps) et cette équipe a montré que le second postulat (concernant l'invariance de c) était une conséquence de la relativité restreinte.
Quelqu'un sait-il comment arrive-t-on à montrer l'invariance de c a partir de la RS? sinon où est-il possible de trouver des infos à ce sujet?
merci

[invité576543]

Bonjour,

comme je le disais, une équipe à établit la relativité restreinte en partant uniquement du premier postulat d'einstein ( c'est à dire l'invariance des lois physiques dans l'espace et le temps) et cette équipe a montré que le second postulat (concernant l'invariance de c) était une conséquence de la relativité restreinte.

Ca ressemble un peu à ce qu'a fait Poincaré, mais ce n'est pas "une équipe". A partir de considérations de symétrie, il a montré qu'il y avait une vitesse maximale universelle. Si celle-ci est infinie, on trouve la mécanique classique, si elle est finie, on trouve le modèle de la relativité restreinte, avec un paramètre libre, cette vitesse limite. Les équations de Maxwell étaient compatibles avec ce deuxième modèle, avec comme vitesse limite finie la vitesse de propagation des ondes électro-magnétiques prédite par les équations de Maxwell.

sinon où est-il possible de trouver des infos à ce sujet?

On trouve la démo de Poincaré (si c'est bien cela dont tu parles!) dans différents bouquins sur Poincaré ou la relativité restreinte.

Cordialement,

[invite7ce6aa19]

"c" est une constante qui tient une place centrale dans la physique moderne.
J'aimerais savoir comment a-t-on pu affirmer théoriquement (donc sans faire référence aux expériences de Michelson-Morley) la constance de la vitesse de la lumière?

Bonjour,
.
Ta question est très pertinente et pourrais donner lieu a une stratégie différente et plus actuelle d'enseigner la RR.
.
Comme tu le sais l'unification du magnétisme et de l'électricité à donner lieu à l'unification sous la forme des équations de Maxwell et que l'on appelle électromagnétisme. On note que l'on peut ignorer toute considération de lumière dans cette synthèse, ce que je fais systèmatiquement par la suite.
.
Dans ces équations apparait une constante c qui a la dimension d'une vitesse et qui bien entendu dépend du système d'unité. Je rappelle que cette vitesse c n'est pas la vitesse de la lumière puisque j'ignore ce qu'est la lumière.
.
L'examen mathématiques des équations de Maxwell montre que la forme de celles-ci laissent invariantes la forme:

dS2 = c2.dt2 - (dx2 + dy2 +dz2)

sous des transformations mathématiques dites de Lorentz (que je n'écrit pas).
.
Cela signifie que l'on a une nouvelle géométrie dans un espace a 4 dimensions, appelée géométrie de Minkowski définie par la métrique (la distance) ci-dessus. (conforme au programme d'Erlangen de Klein)
.
La constance c est dans ce cadre la constante qui "attache" le temps et l'espace et définie la géométrie.
.
On note qu'il n'y a dans ce schéma aucune référence à la démarche originale d'Einstein. Pour la culture Einstein s'est moqué du point de vue de Minkowski et a été obligé prendre en compte la vision géométrique en 1912 pour la RG après avoir publiquement fourni des "excuses" relatif à l'espace de Minkowski.

[invite9c9b9968]

Ceci dit, on a fondamentalement quelque part le postulat de l'existance d'une vitesse limite (puisque on l'introduit en demandant l'invariance des equations de la physique sous le groupe SO(3,1) )

Mais la vision geometrique a ceci de plus performant qu'elle montre que si un jour on trouve que la lumiere ne va pas tout a fait a c, ceci ne remet pas en cause la relativite restreinte

[invite7ce6aa19]

Ceci dit, on a fondamentalement quelque part le postulat de l'existance d'une vitesse limite (puisque on l'introduit en demandant l'invariance des equations de la physique sous le groupe SO(3,1) )

.
Absolument on peut en déduire qu'un particule ne peut dépasser c comme vitesse limite et même que toute particule de masse nulle se déplace à la vitesse c.

Mais la vision geometrique a ceci de plus performant qu'elle montre que si un jour on trouve que la lumiere ne va pas tout a fait a c, ceci ne remet pas en cause la relativite restreinte

.
Absolument. Ce qui montre l'interet de rattacher c non pas à la vitesse de la lumière mais a la sstructure de la géométrie de Minkowski.
.
C'est la raison pour laquelle il faut dans un cours moderne de RR aller au plus vite à la géométrie de Minkowski ce qui amène a forcer les raisonnements purement géométriques et pour ceux qui s'interessent aux particules élémentaires cela permet de fixer tout le cadre de la TQC.
.

[invite786a6ab6]

"c" est une constante qui tient une place centrale dans la physique moderne.
J'aimerais savoir comment a-t-on pu affirmer théoriquement (donc sans faire référence aux expériences de Michelson-Morley) la constance de la vitesse de la lumière?

Le terme "constante" peut vouloir dire plusieurs choses : Que la vitesse de c est toujours la même quelque soit le référentiel , ça c'est l'objet de la RR et ça semble bien établi par l'expérience, mais ça peut aussi vouloir dire que cette vitesse n'a jamais changé dans l'histoire de l'univers, ou encore qu'elle est la même partout dans l'univers. Les deux dernières possibilités ne semblent pas du tout démontrées.

[invité576543]

Le terme "constante" peut vouloir dire plusieurs choses : Que la vitesse de c est toujours la même quelque soit le référentiel , ça c'est l'objet de la RR et ça semble bien établi par l'expérience, mais ça peut aussi vouloir dire que cette vitesse n'a jamais changé dans l'histoire de l'univers, ou encore qu'elle est la même partout dans l'univers. Les deux dernières possibilités ne semblent pas du tout démontrées.

J'ai du mal à te suivre. "Quel que soit le référentiel" couvre aussi l'intégralité du temps et de l'espace.

On dirait que pour toi "Quel que soit le référentiel" se limite au degré de liberté de la vitesse. Il me semble que dans la RR cela comprend tous les degrés de liberté, donc l'origine (homogénéité, partout dans le temps et partout dans l'espace), l'orientation (isotropie) et la vitesse.

Ensuite, il me semble que c'est aussi démontré qu'on puisse le souhaiter. Les raies spectrales de étoiles sont observée partout les mêmes par exemple, ce qui contraint très fortement les variations possibles des lois physiques. Et tout phénomène astronomique observable se déroulant de manière similaire dans l'univers observable corrobore l'universalité des lois de la physique dérivées des observations sur Terre.. Comme dit un bouquin d'astronomie (et un autre Livre), Sur Terre comme au ciel...

En bref, la théorie postule l'existence d'une vitesse limite universelle au sens le plus fort, à savoir sa valeur mesurée localement à l'origine de tout référentiel sert d'unité universelle pour la grandeur vitesse, dans un modèle de la physique universel appliqué aux mesures dans le référentiel.

Cordialement,

[invite786a6ab6]

J'ai du mal à te suivre. "Quel que soit le référentiel" couvre aussi l'intégralité du temps et de l'espace.

On dirait que pour toi "Quel que soit le référentiel" se limite au degré de liberté de la vitesse. Il me semble que dans la RR cela comprend tous les degrés de liberté, donc l'origine (homogénéité, partout dans le temps et partout dans l'espace), l'orientation (isotropie) et la vitesse.
...

L'expérimentation qui a pu être faite de la constance de c est assez locale dans l'espace et dans le temps. Est-il certain que ce l'on observe de l'espace très lointain prouve la constance de c dans tout l'univers ? Il me semble que l'on part plutot de cette hypothèse (raisonnable il est vrai) pour expliquer les observations mais les observation ne sont pas forcément une preuve de la constance absolue de c.

[invité576543]

Bonjour,

L'expérimentation qui a pu être faite de la constance de c est assez locale dans l'espace et dans le temps. Est-il certain que ce l'on observe de l'espace très lointain prouve la constance de c dans tout l'univers ? Il me semble que l'on part plutôt de cette hypothèse (raisonnable il est vrai) pour expliquer les observations mais les observation ne sont pas forcément une preuve de la constance absolue de c.

Je te poses la question en retour. Quelle serait la conséquence d'une valeur différente de c dans une autre galaxie observable? Quelles observations deviendraient différentes?

Pour montrer la non constance de c, il faut

a) extraire des observations une mesure de dimension vitesse qui reflète la vitesse limite locale (à la galaxie observée)

b) extraire des observations une autre mesure de dimension vitesse reflétant un phénomène local (tj à la galaxie observée)

c) montrer que le rapport des deux mesures n'est pas celui prédit par les théories développées sur Terre

A ma connaissance, personne n'a encore observé de tel cas. Ce n'est pas une hypothèse, c'est un fait d'observation. Tant qu'une telle observation n'a pas eu lieu, garder la théorie de la constance universelle de la vitesse limite est en droite ligne de la méthode scientifique, non?

Cordialement,

[BioBen]

Et comment on fait pour mesurer une variation de "c" avec notre définition du metre ?

[invite786a6ab6]

... Tant qu'une telle observation n'a pas eu lieu, garder la théorie de la constance universelle de la vitesse limite est en droite ligne de la méthode scientifique, non?
...

Bien sûr ! d'autant plus que la très grande homogénéité du fond cosmologique est un indice fort pour une vitesses c constante, partout dans l'univers ou alors il faudrait supposer être au "centre" de l'univers. Mais pour ce qui est de la variation éventuelle de c dans le temps, c'est moins évident car en ce qui concerne le temps, nous sommes au centre de ce que nous observons dans l'espace.

[invité576543]

Bien sûr ! d'autant plus que la très grande homogénéité du fond cosmologique est un indice fort pour une vitesses c constante, partout dans l'univers ou alors il faudrait supposer être au "centre" de l'univers. Mais pour ce qui est de la variation éventuelle de c dans le temps, c'est moins évident car en ce qui concerne le temps, nous sommes au centre de ce que nous observons dans l'espace.

Quand on regarde l'univers observable, le temps et l'espace se mélange. Ce qu'on voit loin n'est pas que loin, c'est aussi dans le passé.

Faire l'induction que ce qu'on voit de l'Univers observable (ce qu'on voit qui est à distance ET dans le passé) à ce qu'on ne peut pas observer (ailleurs présent, ou passé ailleurs que sur le cône de lumière arrière) est évidemment rien d'autre qu'une induction. Mais ce n'est pas une opposition variation dans l'espace vs. variation dans le temps, mais une opposition entre portion observable de l'univers et portion non observable, non?

Cordialement,

[invite7edac043]

merci à tous pour ces éléments de réponse.

si je comprends bien, en adoptant le point de vue de mmy, une theorie physique ne pourra se réveler vrai que dans la protion d'espace-temps qui nous est accessible.
Ainsi, les loi physiques ont une portée locale, les résultats obtenus s'accordent avec la théorie pour des observations ponctuelles. Y-a-t-il des arguments qui expliquerait que les lois physiques d'un espace-temps non obsevable serait les mêmes que les lois physiques usuelles? Ne sort-on alors pas du cadre scientifique en discutant de phénomènes ,qui par définition, nous sont inaccesibles?

[invité576543]

Y-a-t-il des arguments qui expliquerait que les lois physiques d'un espace-temps non observable serait les mêmes que les lois physiques usuelles?

C'est peut-être la question la plus profonde et la plus fondamentale de la méthodologie scientifique!

En pratique, on l'accepte parce que, à toutes fins utiles, ça marche. Et on laisse aux philosophes le soin d'argumenter pour ou contre.

Ne sort-on alors pas du cadre scientifique en discutant de phénomènes ,qui par définition, nous sont inaccessibles?

Non, parce qu'une toute petite partie de ce qui nous est inaccessible maintenant, nous sera accessible dans le futur. A tout moment, en progressant vers le futur, l'Univers observable grandit un peu.

Et l'un des buts de la science est de faire des assertions sur le futur, donc sur une partie de l'espace-temps non observable maintenant, mais observable dans le futur.

Cordialement,