la non composition des vitesses pour la lumière

[invite26323b36]

Bonjour à tous,
voici un petit commentaire concernant la démonstration "habituelle" de la non composition des vitesses pour la lumière.
Sans revenir sur les modalités adoptées par Michelson et Morley lors des expériences historiques de la fin du XIXème siècle, signalons que le point indubitable mis en évidence est l’absence de l’éther comme support de propagation de l’onde lumineuse.
Cependant, la vitesse de la lumière est une caractéristique du milieu dans lequel elle se propage. Ainsi, dans l’air elle reste constante, quelles que soient les vitesses relatives d’un émetteur et d’un récepteur.
Ainsi, quelle que soit l'orientation des bras du dispositif par rapport à la rotation de la terre, il n'y aura jamais d'interférence si le milieu de propagation reste fixe (d'où la démonstration de l'absence du vent d'éther, et par extension, de l'éther...).
Aussi, pour s’assurer de la non composition des vitesses pour la lumière, il serait peut-être nécessaire de réaliser l’expérience suivante :
Reprenons le dispositif d’interférométrie de Michelson/Morley et intercalons sur un des trajets lumineux un bloc de plexiglas (ou tout autre matériau transparent). L’introduction de cet élément implique un ralentissement de la lumière sur une portion d’un des trajets, donc un déphasage entre les deux faisceaux, donc l’apparition de franges d’interférence. Réglons le dispositif de manière à éliminer ces franges, puis mettons en mouvement le bloc le long du trajet lumineux où il est disposé, d’abord dans le sens du trajet lumineux, puis dans le sens opposé. Alors, selon la relativité restreinte, la taille du bloc diminue de longueur, quelque soit le sens du déplacement, ce qui conduit à l’apparition de nouvelles franges d’interférence, identiques dans les deux cas (si les vitesses de déplacement sont les mêmes). Par contre, si les franges apparues dépendent du sens du déplacement du bloc de plexiglas, c’est qu’il y a eu composition des vitesses avec la lumière.
Les idées sous-jacentes sont les suivantes : avec un indice n>1, le bloc de plexiglas implique une vitesse pour la lumière c' < c, virtuellement augmentable.
Par ailleurs, il existe de nombreuses similitudes de propriétés entre la lumière et une onde acoustique. L’expérience proposée correspond à « faire prendre l’avion » à une onde acoustique ; dans ce cas, on comprend que l'information se déplace plus vite que le son dans l'air (constante du milieu de propagation) et suit donc la loi de composition des vitesses… Par contre, si on reste sur l'expérience de Michelson/morley actuelle, cela reviendrait à pouvoir utiliser le son comme pivot d'une relativité qui conclurait : la vitesse du son dans l'air est une vitesse limite que l'on ne peut pas dépasser (si l'air ne se déplace pas dans le laboratoire, quelque soit l'orientation du dispositif par rapport à l'orientation de la terre, on ne détectera aucun décalage dans les interférences sonores : on en conclurait que la non composition des vitesses s'applique au son, et qu'il n'y a pas de de support pour le son !!! sic !!!) !!!
Enfin, pour s'affranchir d'un certain nombre de désagréments, il a été posé que les relations relativistes sont valables avec la vitesse de la lumière dans le vide (signalons encore une fois que les expériences fondatrices ont consisté à considérer les propriétés de non composition des vitesses pour la lumière dans l'air, et nous devrions en conclure, d'ailleurs, que la vitesse de la lumière dans l'air est une limite infranchissable, ce que l'on sait être faux).
Ainsi, on conclurait : la lumière dans le vide ne subi pas la loi de composition des vitesses, alors que dans tout autre matériau de propagation, ce serait le cas !
Il s'ensuit les remarques suivantes : comment considérer le vide ? N'est-ce pas un matériau de propagation comme un autre, simplement moins dense (il y a toujours : énergie, création spontanée de paire particule/antiparticule, atomes ou ions plus ou moins "dilués", champs, rayonnement résiduel du big bang... : autant d'éléments susceptibles de modifier la vitesse de la lumière) ? Il s'en suivrait qu'il existerait un milieu réellement vide (sans matière et sans énergie sur le trajet lumineux), limite vers laquelle le vide actuel (les "vides" : interplanétaire, interstellaire, intergalactique...) tendrait. Alors, d'une part, la vitesse de la lumière serait variable en fonction du degré de vide concerné ; d'autre part, comment considérer la non composition des vitesses pour la lumière, si l'expérience de michelson/morley + plexiglas montre le contraire (le plexiglas n'étant qu'un exemple quelconque dans l'échelle des densités des matériaux traversés par la lumière, au même titre que le vide actuel) ?

Ainsi, le résultat de cet expérience pourrait être suffisant pour statuer sur la non composition des vitesses pour la lumière : s'il n'y a pas composition avec le plexi, il n'y en a pas dans le vide ; s'il y a composition avec le plexi, il y en a dans tout matériau non vide, autrement dit dans tout matériau de propagation de la lumière car le vide absolu n'existe pas (cela compliquerait certains aspects de la relativité)...

qu'en pensez-vous ?

ps : excusez moi pour la longueur de mon argumentation...
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[invite88ef51f0]

Salut,
Cette notion de "non-composition de la vitesse de la lumière" me paraît être une façon maladroite voire fausse de présenter les choses.

Toutes les vitesses sont susceptibles d'être composées, c'est simplement qu'en relativité restreinte, contrairement à la relativité galiléenne, la loi de composition n'est pas une simple addition. Et cette loi se trouve être telle que lorsqu'on compose c avec n'importe quelle vitesse, on obtient c.

Pour ce qui est de l'expérience de pensée à proprement parler, mettre le plexiglas en mouvement ne changera rien. Lorsque l'avion prend le son, il va plus vite car son milieu de propagation prend l'avion aussi. Donc vouloir accélérer la vitesse en déplaçant un objet consiste à revenir à la notion d'éther (milieu de propagation de la lumière).
Soit on reste dans le référentiel de l'interféromètre et alors bouger le plexiglas ne change rien, soit on se place dans le référentiel du plexiglas et alors on observe une contraction des longueurs accompagnée d'une dilatation du temps, si bien qu'au final, on n'observe rien non plus. C'est normal : ce que va enregistrer le détecteur ne va clairement pas dépendre du référentiel dans lequel on se place pour réfléchir.

[invite82fffb5c]

Moi j'ai trouvé ça interessant, en revanche, c'est ici que je ne suis pas d'accord :

Par contre, si les franges apparues dépendent du sens du déplacement du bloc de plexiglas, c’est qu’il y a eu composition des vitesses avec la lumière.

.
Même si la lumière était effectivement accéléré ou ralentit par le mouvement du bloc de plexi, est tu sur que cela changerait quelque chose au figure d'interférence ? Car elle le parcourt moins longtemps quand elle est ralenti et plus longtemps quand elle est accélérée, ce qui ne changerait rien du tout sur la phase de la lumière au niveau de l'écran par rapport à ces deux cas symétriques (même contraction relativiste car même vitesse).

[invite26323b36]

Moi j'ai trouvé ça interessant, en revanche, c'est ici que je ne suis pas d'accord : .
Même si la lumière était effectivement accéléré ou ralentit par le mouvement du bloc de plexi, est tu sur que cela changerait quelque chose au figure d'interférence ? Car elle le parcourt moins longtemps quand elle est ralenti et plus longtemps quand elle est accélérée, ce qui ne changerait rien du tout sur la phase de la lumière au niveau de l'écran par rapport à ces deux cas symétriques (même contraction relativiste car même vitesse).

bonjour... tu as raisopn, j'ai été un peu rapide sur ce point... ce serait le mouvement des franges en cours d'accélération qu'il faudrait observer dans ce cas, mais les accélérations sont difficiles à gérer ... Disons : réglons le dispositif au repos de manière à garder les interférences. Avec le bloc de plexi en mouvement, selon la relativité, le nouveau décallage sera le même quelque soit le sens du mouvement ; s'il y a composition des vitesses, l'effet sera différent selon le sens du mouvement... Est-ce mieux ainsi ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite82fffb5c]

Je ne suis pas en mesure de fournir une réponse clair. Mieux vaut attendre les réponses des spécialistes
Cordialement,

[yat]

Pour ce qui est de l'expérience de pensée à proprement parler, mettre le plexiglas en mouvement ne changera rien. Lorsque l'avion prend le son, il va plus vite car son milieu de propagation prend l'avion aussi. Donc vouloir accélérer la vitesse en déplaçant un objet consiste à revenir à la notion d'éther (milieu de propagation de la lumière).

Un truc m'échappe, là...

Dans ce contexte et sans revenir à la notion d'éther, on a quand même un milieu dans lequel la lumière va moins vite que dans le vide. Donc si je fais parcourir à la lumière un long tube de plexiglas, je vais pouvoir mesurer sa vitesse, elle sera inférieure à c. Du coup, si je me place dans un référentiel en mouvement qui va dans la même direction que la lumière, la vitesse observée va diminuer : par exemple je peux me placer dans un référentiel qui se déplace à la même vitesse quez la lumière dans le plexiglas, alors la lumière semblera ne pas avancer du tout. A l'autre extrème, si on se place dans un référentiel qui va dans le sens inverse, alors on pourra voir la vitesse de la lumière dans notre bloc de plexiglas accélérer, et même pouvoir tendre vers c à mesure que notre référentiel accélère et tend lui aussi vers c.

Non ?

[invite82fffb5c]

Oui, je crois qu'on a le droit de dire ça.
Certaines particules vont plus vite que la lumière, effet Tcherenkov. Bien sur cela uniquement dans la matière. Ce qui est troublant, comme l'a fait remarquer bibicema c'est que de la matière il y en a toujours.
Pour revenir à la notion de vide, il est vrai qu'il n'existe jamais, le vide quantique avec ces paires de particules virtuelles doit interagir avec la lumière aussi.

C'est peut être ce vide quantique qui fournit la valeur de c que nous connaissons ?

Ne serait il pas intéressant de tester la célérité de la lumière dans des régions de l'espace ou l'énergie du vide est inférieur à sa valeur habituelle ? (par exemple en faisant passer la lumière entre des plaques soumis à l'effet casimir)

Moi je ne serais pas surpris qu'on obtienne des valeurs supérieur à c...

Qu'en pensez vous ?

[hterrolle]

Se qui est interessant dans cette experience c'est de valider la contraction des longeur du plexiglasse lorsque celui ci est en mouvement.

par contre il faut quand même modifier le dispositif et le tourner de 90 degre.

[invite26323b36]

Oui, je crois qu'on a le droit de dire ça.
Certaines particules vont plus vite que la lumière, effet Tcherenkov. Bien sur cela uniquement dans la matière. Ce qui est troublant, comme l'a fait remarquer bibicema c'est que de la matière il y en a toujours.
Pour revenir à la notion de vide, il est vrai qu'il n'existe jamais, le vide quantique avec ces paires de particules virtuelles doit interagir avec la lumière aussi.

C'est peut être ce vide quantique qui fournit la valeur de c que nous connaissons ?

Ne serait il pas intéressant de tester la célérité de la lumière dans des régions de l'espace ou l'énergie du vide est inférieur à sa valeur habituelle ? (par exemple en faisant passer la lumière entre des plaques soumis à l'effet casimir)

Moi je ne serais pas surpris qu'on obtienne des valeurs supérieur à c...

Qu'en pensez vous ?

bonjour... tu ne seras pas surpris si je suppose aussi qu'il serait possible de trouver des vitesses légerement supérieures à c actuellement mesurée (malgré tout, il y a une limite au vide du vide ), sans oublier l'évolution de c au cours du temps du fait de l'expansion de l'univers... Mais ici, le problème soulevé concerne plus directement les propriétés de c, utilisées pour certaines démonstrations de phénomènes relativistes . Il ne s'agit de remettre en question les phénomènes relativistes (bien au contraire ) mais de savoir quel chemin prendre pour y arriver...

[invité576543]

bonjour... tu ne seras pas surpris si je suppose aussi qu'il serait possible de trouver des vitesses légerement supérieures à c actuellement mesurée

Source? Référence? Yat et Youri ont soigneusement distingué "c" et "vitesse de la lumière". Quand on discute ce genre de problème la distinction est obligatoire. Or, dès le premier message, la confusion entre les deux notions est apparente.

sans oublier l'évolution de c au cours du temps du fait de l'expansion de l'univers...

Source? Références?

Cordialement,

[invite5456133e]

Sans revenir sur les modalités adoptées par Michelson et Morley, signalons que le point indubitable mis en évidence est l’absence de l’éther comme support de propagation de l’onde lumineuse.

L'expérience de Michelson et Morley n'avait effectivement pour but que de monter l'existence ou au contraire l'absence d'éther. Il estdonc assez étrange que le résultat de cette expérience soit celle de l'invariance de la célérité de la lumière avec la vitesse de la source.
Il y a une divergence entre le but de cette expérience et sa conclusion.
Salut à toutes et à tous,
Rik

[invite26323b36]

Source? Référence? Yat et Youri ont soigneusement distingué "c" et "vitesse de la lumière". Quand on discute ce genre de problème la distinction est obligatoire. Or, dès le premier message, la confusion entre les deux notions est apparente.



Source? Références?

Cordialement,

bonjour et merci d'avoir mis le doigt sur cette petite confusion... Effectivement, c comme célérité de la lumière dans le vide peut être considéré comme une constante (dans la mesure ou il y a une limite au vide du vide ). La confusion vient de la distinction entre la grandeur théorique et la grandeur mesurée. Disons, il me semble que la mesure de la vitesse de la lumière tend vers c (théorique)... De plus, on suppose que la vitesse de la lumière est égale à c, en tout point de l'univers et en tout temps. Je voulais juste envisager que "au cours du temps" implique une densité de l'univers plus importante dans la passé, et en tout point implique que l'on considère de la même manière l'espace interplanétaire et l'espace intergalactique... Tout ceci pourrait permettre de se poser la question : la vitesse de la lumière (mesurée et observée) est-elle constante ? Cela ne me semble pas aller de soit, étant donné les variations de milieux traversés par la lumière, et sachant que la vitesse de la lumière n'est pas une constante du milieu de propagation... Effectivement, dans le premier message, on pourrait y voir apparaître un manque de rigueur de ce côté ... Disons, si il existe, qu'il vient en partie de l'expérience de Michelson-Morley elle même (na !) : quel que soit le milieu de propagation que tu choisisses pour l'expérience, elle mettra en oeuvre une vitesse de la lumière mesurée a priori inférieure à c, et pourtant les conclusions apportées traitent de c... toutes mes excuses donc pour ne pas avoir été assez clair sur ce point en reprenant les conclusions qui traitent de c, et en discutant en même temps sur les variations de la vitesse de la lumière... . Tiens, il me vient une idée, toutes les expériences de pensée destinées à nous faire comprendre les effets relativistes, se passent-elles dans le vide ?

[invité576543]

Bonjour,

A mon sens, "c" ne devrait pas être appelée "vitesse de la lumière", même en précisant "dans le vide" (la notion même de vide posant problème, comme mentionné). On devrait parler de "vitesse asymptotique", ou quelque chose comme cela.

De fait, si les mesures actuelles de la vitesse de la lumière dans le vide sont telles que l'intervalle d'incertitude inclut la vitesse asymptotique, il n'y a pas de preuve expérimentale qu'elle soit égale à la vitesse asymptotique.

Ensuite, la vitesse asymptotique est une notion dont l'origine fondamentale n'est pas la lumière. La relativité restreinte suppose l'existence d'une vitesse asymptotique, le facteur "c" qui intervient dans les formules de changement de référentiel, mais ne suppose strictement rien (contrairement à ce qu'on voit souvent écrit) sur la vitesse de la lumière. Cela vient ensuite: les mesures de la vitesse de la lumière (dans un vide approximatif) dans différents référentiels montrent qu'elle est très proche, et indistinguable aux précisions disponibles, de la vitesse asymptotique. (Ca inverse le processus historique, mais il est courant dans l'histoire des sciences que l'approche conceptuelle a posteriori ne calque pas l'approche conceptuelle historique.)

Cordialement,

[invité576543]

Tiens, il me vient une idée, toutes les expériences de pensée destinées à nous faire comprendre les effets relativistes, se passent-elles dans le vide ?

Pas vraiment besoin, parce que les effets relativistes sont non négligeables pour des vitesses proches mais inférieures à c. Prendre la vitesse de la lumière égale à l'asymptotique simplifie les calculs, mais n'est pas strictement nécessaire.

Cordialement,

[invite26323b36]

Pas vraiment besoin, parce que les effets relativistes sont non négligeables pour des vitesses proches mais inférieures à c. Prendre la vitesse de la lumière égale à l'asymptotique simplifie les calculs, mais n'est pas strictement nécessaire.

Cordialement,

merci pour ces éclaircissements... c'est effectivement plus raisonnable de présenter les choses ainsi. Cependant, les discussions autour de c, la mise en place des transformations de lorentz (et la conservation des lois physiques dans un changement de référentiel) s'appuient tout de même sur des caractéristiques de cette vitesse limite de l'information. Ces caractéristiques sont celles de la lumière. Il s'ensuit le raisonnement (historique) suivant : les observations sur la lumière sont interprétées de manière à lui trouver quelques propriétés interressantes (dont sa non composition tel que mentionnée plus haut) ; on en déduit des principes plus généraux, et des effets relativistes permettant, en particulier, de conserver les lois physiques dans un changement de référentiel ; on rembobine : supposons la conservation des lois physiques dans un changement de référentiel. Si nous supposons également que l'information ne peut pas dépasser une vitesse limite, alors on retrouve les effets relativistes (et le fait que cette vitesse limite implique un comportement spécifique face à la composition des vitesses). En prenant c comme quasiment égal à la vitesse de la lumière mesurée dans le vide (aux incertitudes près), expérimentalement, les données sont en accord avec les hypothèses... tout est OK.
A ceci près : si les propriétés de la lumière sont différentes de celles envisagées pour les prémices de la théorie, on arrive à quelque chose d'interressant : une théorie vraie avec un point de départ faux... Cela ne pose pas de problème en soi, si nous considérons que le réel point de départ et celui du "rembobinage". La question nouvelle est alors celle-ci : comment prouver la justification des hypothèses de départ ? ou, en gros, où trouver une desccription phénoménologique en accord avec ces hypothèses, si la lumière n'est pas un candidat suffisant ?

[invité576543]

on arrive à quelque chose d'interressant : une théorie vraie avec un point de départ faux...

C'est un peu trop fort de dire "faux". Le point de départ était bien que la vitesse de la lumière ne se comportait pas comme prévu par la mécanique newtonienne lors d'un changement de référentiel. Et ça, c'est parfaitement juste. Ensuite, c'est plutôt l'inférence faite historiquement qui est (éventuellement) fausse, pas vraiment le point de départ. On pourrait réécrire les raisonnements de l'époque proprement sans que ça change quoi que ce soit au fond (en remplaçant partout "la lumière va dans le vide à la vitesse limite" par "la lumière va dans le vide à une vitesse indistinguable expérimentalement de la vitesse limite"). Juste un problème bénin de rigueur.

La question nouvelle est alors celle-ci : comment prouver la justification des hypothèses de départ ? ou, en gros, où trouver une description phénoménologique en accord avec ces hypothèses, si la lumière n'est pas un candidat suffisant ?

En fait, l'existence de particules de masse nulle n'est en rien nécessaire à la relativité. Ca en a rendu la découverte plus facile, et ca permet des explications plus simples et des exemple plus directs. Mais que les changements de référentiel newtonniens soient faux pour les grandes vitesses peut se détecter, se montrer et se mesurer même en se limitant à des vitesses de, disons, c/2.

Un phénomène de base est la composition des vitesses ne respectant pas la simple addition. Vu comme ça, tout cas de vitesse non négligeable devant la vitesse limite permet de présenter la relativité restreinte.

Cordialement,

[invite26323b36]

C'est un peu trop fort de dire "faux". Le point de départ était bien que la vitesse de la lumière ne se comportait pas comme prévu par la mécanique newtonienne lors d'un changement de référentiel. Et ça, c'est parfaitement juste. Ensuite, c'est plutôt l'inférence faite historiquement qui est (éventuellement) fausse, pas vraiment le point de départ. On pourrait réécrire les raisonnements de l'époque proprement sans que ça change quoi que ce soit au fond (en remplaçant partout "la lumière va dans le vide à la vitesse limite" par "la lumière va dans le vide à une vitesse indistinguable expérimentalement de la vitesse limite"). Juste un problème bénin de rigueur.



En fait, l'existence de particules de masse nulle n'est en rien nécessaire à la relativité. Ca en a rendu la découverte plus facile, et ca permet des explications plus simples et des exemple plus directs. Mais que les changements de référentiel newtonniens soient faux pour les grandes vitesses peut se détecter, se montrer et se mesurer même en se limitant à des vitesses de, disons, c/2.

Un phénomène de base est la composition des vitesses ne respectant pas la simple addition. Vu comme ça, tout cas de vitesse non négligeable devant la vitesse limite permet de présenter la relativité restreinte.

Cordialement,

Effectivement, il y avait des indices qui permettaient de glisser des propriétés supposées de la lumière, à la relativité restreinte … Mais justement, pour revenir au comportement de la lumière face à la mécanique newtonienne, il me semble que le type d’expérience décrite dans le premier message (ou ses dérivés, selon les commentaires), serait réellement qualifié pour statuer sur ce fait (surtout en comparaison du comportement d’autres types d’onde…). C’est parce que ce point ne me semble pas évident que nous avons cette discussion, d’ailleurs … Ainsi, s’il s’avère que l’onde lumineuse n’a pas un comportement foncièrement différent de celui d’une autre onde, le raisonnement consistant à passer de la non addition des vitesses pour les grandes vitesses à la relativité restreinte devrait se trouver d’autres points d’encrage, peut-être en considérant différemment les notions de vitesse et d’énergie...

Cela dit, comme vous le faisiez remarquer les effets relativistes sont indiscutables et la théorie construite pour les décrire, un model du genre… Ce que je cherche à mettre en avant, c’est que ces effets ne sont pas nécessairement liés aux propriétés « d’une particule de masse nulle », même si elles permettent d’en approcher certaines explications, comme vous le souligniez justement. Ainsi, il pourrait être gênant de risquer de faire des raccourcis dommageables pour la bonne compréhension de ces phénomènes en expliquant la relativité uniquement à partir du comportement de la lumière (comme on le voit très souvent). Du coup, peut-être serait-il nécessaire changer de point de vue, en abordant la relativité restreinte de manière différente…

[invité576543]

Ainsi, il pourrait être gênant de risquer de faire des raccourcis dommageables pour la bonne compréhension de ces phénomènes en expliquant la relativité uniquement à partir du comportement de la lumière (comme on le voit très souvent). Du coup, peut-être serait-il nécessaire changer de point de vue, en abordant la relativité restreinte de manière différente…

Bien d'accord. Ca fait partie de ce que cherchais à exprimer.

Cordialement,

[juliendusud]

Bonjour à tous,
Reprenons le dispositif d’interférométrie de Michelson/Morley et intercalons sur un des trajets lumineux un bloc de plexiglas (ou tout autre matériau transparent). L’introduction de cet élément implique un ralentissement de la lumière sur une portion d’un des trajets, donc un déphasage entre les deux faisceaux, donc l’apparition de franges d’interférence. Réglons le dispositif de manière à éliminer ces franges, puis mettons en mouvement le bloc le long du trajet lumineux où il est disposé, d’abord dans le sens du trajet lumineux, puis dans le sens opposé.

Le plexiglas est certainement un milieu dispersif pour la lumière qui produira une violation apparente de la relativité si tu n'en tiens pas compte.

[invite26323b36]

Le plexiglas est certainement un milieu dispersif pour la lumière qui produira une violation apparente de la relativité si tu n'en tiens pas compte.

oui, tu as raison... en l'occurrence, on fait comme ci quelques problèmes pratiques étaient résolus : dimension de l'instrumentation et des parcours lumineux, réglages en conséquence, taille du bloc de plexi, vitesse minimale du bloc pour espérer détecter quelque chose aux incertitudes près, effets dispersifs... C'est l'avantage du texte sur l'expérience