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Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?



  1. #1
    gaiane

    Wink Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?


    ------

    Bonjour à tous,

    un élève de seconde m'a posée la question suivante à laquelle je n'ai pas su répondre :

    Pourquoi la lumière se propage-t-elle à 300000 km/s dans le vide ?
    Pourquoi peut-elle aller si vite ?

    Si vous avez une réponse "simple", merci d'avance!

    Gaiane

    -----

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  3. #2
    obi76
    Modérateur*

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Tout est relatif. Que voulez-vous dire par "vite" ? en marchant je me déplace vite par rapport à un escargot...
    pourtant une voiture qui ne peut rouler qu'à 50km/h ne va pas vite...

    C'est plus un problème d'étymologie que de sciences là...
    \o\ \o\ Dunning-Kruger encore vainqueur ! /o/ /o/

  4. #3
    Fgordon

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Ce n'est pas très rapide, rapporté à la taille de l'univers. Même le Soleil, notre très proche voisin, c'est 8 minutes !!!

  5. #4
    mariposa

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par gaiane Voir le message
    Bonjour à tous,

    un élève de seconde m'a posée la question suivante à laquelle je n'ai pas su répondre :

    Pourquoi la lumière se propage-t-elle à 300000 km/s dans le vide ?
    Pourquoi peut-elle aller si vite ?

    Si vous avez une réponse "simple", merci d'avance!

    Gaiane
    La réponse la plus simple est de mentionner que c'est un fait.

    en fait ce n'est pas la lumière qui se propage rapidement, mais c'est le fait que dans notre monde quotidien dans lequel nous vivons les vitesses sont très faibles (par rapport à celle de la lumière).

    Si nous pouvions nous déplacer rapidement (le même ordre de grandeur que la lumière) notre perception du monde serait radicalement différente.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Tu peux toujours dire que c est fonction de la permittivité électrique (epsilon0) et de la perméabilité magnétique (µ0) du vide :



    mais cela ne fait que déplacer la question. Ce sont des propriété fondamentale du vide, qui ne sont pas expliqué par la théorie mais donné par l'expérience.


    a+
    Parcours Etranges

  8. #6
    Butcherk

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Bonjour,

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    La réponse la plus simple est de mentionner que c'est un fait.

    en fait ce n'est pas la lumière qui se propage rapidement, mais c'est le fait que dans notre monde quotidien dans lequel nous vivons les vitesses sont très faibles (par rapport à celle de la lumière).

    Si nous pouvions nous déplacer rapidement (le même ordre de grandeur que la lumière) notre perception du monde serait radicalement différente.
    Je suis parfaitement d'accord. Il s'agit d'un fait, une constatation. La vitesse de la lumière que l'on mesure est c, on ne peut rien dire de plus. Le fait que l'on trouve que c'est rapide ou lent n'est qu'une question d'échelle.

    D'une manière générale, la physique ne peut répondre qu'à la question 'comment ?'. Elle ne peut pas répondre à la question 'pourquoi?'. Pour donner un exemple: on constate que les objets ayant une masse sont attirés vers le sol sur terre. On peut répondre à la question: 'comment?': on modélise le monde en introduisant un champ de gravité, on peut déduire les équations horaires, etc... Mais lorsqu'on demande: 'pourquoi une masse produit-elle un champ de gravité?', là la physique ne donne pas de réponse. De même: pourquoi une charge positive est attirée par une charge négative? On ne peut pas répondre, à part simplement dire que c'est ce que l'on constate.
    Dernière modification par Butcherk ; 19/03/2009 à 10h50.

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  10. #7
    calculair

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    bonjour,

    A ma connaissance il n'y a pas de theorie qui nous dit que la lumière se deplace à la vitesse C

    On pourrait peut être dire que les etudes de l'electricité et du magnetisme conduisent aux equations de Maxwell
    De ces equations on deduit qu'une onde se propage à la vitesse
    c= 1 / racine ( e°*µ° )

  11. #8
    Karibou Blanc

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Pourquoi la lumière se propage-t-elle à 300000 km/s dans le vide ?
    Pourquoi peut-elle aller si vite ?

    Si vous avez une réponse "simple", merci d'avance!
    La réponse que je donnerai a la première question est simple, et pertinente pour un élève de seconde. 300 000 ca parait beaucoup mais cela dépend exclusivement de l'unité choisie (ici le m/s). Un chiffre ne veut rien dire, je peux choisir une unité (le Stroumph, symbole Sph...évidemment cette unité n'existe pas, c'est juste pour illustration) dans la laquelle la vitesse de la lumière est 1.

    Une réponse complémentaire serait de rappeler que la vitesse de la lumière est fixée exactement dans notre système international d'unités, car la distance est désormais une unité dérivée d'un étalon de temps, et non plus définie par un étalon.

    La vrai question se cachant derrière la seconde est plutot : pourquoi (presque) tout le reste se déplace beaucoup moins vite que la lumière ?
    En ces termes, il devient clair que répondre simplement "c'est un fait" est un aveu d'impuissance trop prématuré. Il y a quand meme quelquechose à dire.
    La raison principale est l'inertie. Tout le reste va moins vite que la lumière car est sensible à l'inertie, cad à la résistance au changement de mouvement. En particulier tout le reste est massif, et cela demande donc de fournir un travail (une énergie), lorsque l'on souhaite augmenter la vitesse la corps, d'autant plus grand qu'il est massif. En particulier, il est non-trivial mais avérée que cette énergie devient infinie lorsque l'on souhaite accélérer un corps massif jusqu'à la vitesse de la lumière. C'est la relativité restreinte d'Einstein.
    Well, life is tough and then you graduate !

  12. #9
    LPFR

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par Karibou Blanc Voir le message
    ...
    La raison principale est l'inertie.
    ...
    Re.
    Oui. Pourquoi pas. Mais dans ce cas la lumière devrait aller encore plus vite. Infini, même.

    Je crois que si la lumière se traîne à cette vitesse, c'est parce que "Dieu l'a voulu ainsi". Si avait voulu qu'il en soit autrement, il aurait fixé d'autres valeurs à la perméabilité et à la permittivité.

    Il est vain de chercher des raisons à la valeur des constantes physiques fondamentales.
    A+

  13. #10
    Jeanpaul

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    George Gamow, un des acteurs du projet Manhattan a publié un livre des aventures de Mr Tomkins où la vitesse de la lumière est de 30 km/h. Intéressant de voir un monde où les effets relativistes apparaissent dans la vie quotidienne.

  14. #11
    Karibou Blanc

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Oui. Pourquoi pas. Mais dans ce cas la lumière devrait aller encore plus vite. Infini, même.
    Meme dans ce cas, les autres objets massifs iraient moins vite que la lumière. Cependant ce cas n'est pas très intéressant car la vitesse n'est bornée supérieurement.

    Je crois que si la lumière se traîne à cette vitesse, c'est parce que "Dieu l'a voulu ainsi". Si avait voulu qu'il en soit autrement, il aurait fixé d'autres valeurs à la perméabilité et à la permittivité. Il est vain de chercher des raisons à la valeur des constantes physiques fondamentales.
    Je suis profondemment en désaccord avec ce genre d'approche car implicitement non-scientifique. "dieu" n'invente pas les théories, l'homme le fait. Seul le physicien sait ce qu'est une constante physique dans sa théorie. En particulier, il est faux (et surtout completement contraire à l'approche scientifique) de penser que les constantes fondamentales sont vraiment fondamentales, au sens où elles nous sont "données" par une entité supérieure. Une constante physique n'a un caractère fondamental que dans le cadre d'une théorie donnée. Dans ce cadre, sa valeur numérique n'est pas arbitraire, elle doit être mesurée et le choix du résultat ne nous appartient pas, c'est vrai. En revanche, il est tout à fait possible que nos théories s'améliorent et qu'une constante "dite" fondamentale dans l'ancien cadre perde ce statut dans le nouveau. Ce dernier nous permettant alors de comprendre sa valeur numérique, et non plus de la postuler.
    Well, life is tough and then you graduate !

  15. #12
    LPFR

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par Karibou Blanc Voir le message
    ...
    Je suis profondemment en désaccord avec ce genre d'approche car implicitement non-scientifique. "dieu" n'invente pas les théories,...
    Re.
    Désolé que vous n'ayez pas remarqué les guillemets qui entouraient la phrase.
    A+

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  17. #13
    mariposa

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par Karibou Blanc Voir le message
    La raison principale est l'inertie. Tout le reste va moins vite que la lumière car est sensible à l'inertie, cad à la résistance au changement de mouvement. En particulier tout le reste est massif, et cela demande donc de fournir un travail (une énergie), lorsque l'on souhaite augmenter la vitesse la corps, d'autant plus grand qu'il est massif. En particulier, il est non-trivial mais avérée que cette énergie devient infinie lorsque l'on souhaite accélérer un corps massif jusqu'à la vitesse de la lumière. C'est la relativité restreinte d'Einstein.
    Tu pourrais concevoir un monde ou tout se déplacerait à des vitesses relatives non négligeables par rapport à celle de la lumière. l'inertie ferait que chaque objet serait cantonné dans un voisinage de sa vitesse de référence.

    Par contre la lumière se déplace rapidement par rapport a n'importe quel corps et donc tous les mouvement sont lents par rapport à la lumière.

    La lenteur des vitesses relatives des corps s'explique par l'histoire. Nous venons d'une condensation d'un gaz ou les vitesses relatives des "molécules" est faible devant celle de la lumière et nous héritons de cette situation.

  18. #14
    calculair

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Bonjour,

    Nous pourrions nous posez comme question:

    Cette vitesse pouvait elle être differente ?

    J'ajoute que ce n'est pas si vite

    300 m à la µs seulement....

  19. #15
    invité576543
    Invité

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    Nous pourrions nous posez comme question:

    Cette vitesse pouvait elle être differente ?
    Déjà discuté maintes fois. Et la réponse immédiate est que 1 c'est 1.

    La question de la différence doit être posée sur un rapport sans dimension, pas sur une valeur dimensionnée.

    On peut se poser la question de la valeur d'une vitesse autre que la vitesse limite, exprimée dans l'unité "vitesse limite" (i.e., c=1), ça oui! Mais la même question est absurde dans le cas de la vitesse limite.

    Cordialement,

  20. #16
    Butcherk

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Bonjour,

    Citation Envoyé par Michel (mmy) Voir le message
    Déjà discuté maintes fois. Et la réponse immédiate est que 1 c'est 1.

    La question de la différence doit être posée sur un rapport sans dimension, pas sur une valeur dimensionnée.

    On peut se poser la question de la valeur d'une vitesse autre que la vitesse limite, exprimée dans l'unité "vitesse limite" (i.e., c=1), ça oui! Mais la même question est absurde dans le cas de la vitesse limite.

    Cordialement,
    Sur le principe, je suis tout à fait d'accord avec votre commentaire. Il faut bien s'entendre sur ce que l'on définit pour c: est-ce la vitesse de la lumière? De l'information? La vitesse limite que tout 'objet' puisse atteindre dans notre description de l'univers?

    Vous me direz que ces questions de définition n'ont pas lieu d'être, et c'est effectivement vrai dans le modèle standard de l'univers: la vitesse de la lumière est la même que la vitesse maximale de transfert d'information et la vitesse limite que tout objet peut atteindre. Mais l'impasse théorique à laquelle sont confrontés les physiciens actuels en a amené certains à regarder de plus près ce que 'contenait' c.

    Notamment mon ancien professeur de relativité générale et de gravité quantique: Joao Magueijo, d'Imperial College à Londres. En très très gros, il part du principe que les 'constantes' fondamentales que sont la vitesse de la lumière, la constante de Planck, etc... ont évolué depuis le Big Bang, pour se 'figer' petit à petit avec le refroidissement de l'univers. En permettant à ce paramètre de varier, il obtient une description de l'univers tout à fait surprenante et passionnante. Dans sa description de l'univers, 'c' est la vitesse maximale de tout objet (qui ne coïncide alors pas toujours avec la vitesse de la lumière.) Et comme vous le dites: c vaut toujours 1. c n'évolue pas. C'est même la définition du système d'unité.

    Je ne suis pas là pour défendre sa théorie, que je n'ai fait qu'aborder (étudier une matière pendant un an ne permet pas d'avoir une maîtrise complète du sujet). Je voulais juste apporter ce petit point dans la discussion pour encore vous affirmer que je suis tout à fait d'accord avec votre commentaire, à condition que l'on s'entende pour les définitions.

  21. #17
    invité576543
    Invité

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par Butcherk Voir le message
    Sur le principe, je suis tout à fait d'accord avec votre commentaire. Il faut bien s'entendre sur ce que l'on définit pour c: est-ce la vitesse de la lumière? De l'information? La vitesse limite que tout 'objet' puisse atteindre dans notre description de l'univers?
    Je fais partie de ceux qui font attention de distinguer, dans le vocabulaire même, la vitesse limite de la vitesse de la lumière.

    La vitesse limite est celle de la métrique de la RR, laquelle est selon la RG, l'approximation locale au premier ordre de la métrique en toute région suffisamment petite de l'espace-temps.

    Vous me direz que ces questions de définition n'ont pas lieu d'être
    Au contraire. Sur ce point particulier, la confusion du vocabulaire entraîne couramment la confusion conceptuelle.

    En très très gros, il part du principe que les 'constantes' fondamentales que sont la vitesse de la lumière, la constante de Planck, etc... ont évolué depuis le Big Bang
    Quand on regarde bien, ce n'est qu'une manière de parler. En fin de compte, ce sont toujours des variations de paramètres non dimensionnés, surtout en RG. (Au passage je comprends "vitesse de la lumière" comme "vitesse limite" dans le passage ci-dessus -puisque la vitesse de la lumière n'est pas une constante; mais je peux me tromper.)

    Cordialement,

  22. #18
    Butcherk

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Bonjour,

    Je crois que l'on s'est mal compris. Je voulais simplement dire que j'abondais complètement dans votre direction et qu'il est nécessaire de distinguer vitesse limite et vitesse de la lumière. C'est d'ailleurs ce que fait et ce que m'a appris le professeur en question.

    En passant, j'aime beaucoup votre signature!

  23. Publicité
  24. #19
    invité576543
    Invité

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par Butcherk Voir le message
    En passant, j'aime beaucoup votre signature!
    Oscar Wilde, une plume acérée s'il y en a eu.

    Cordialement,

  25. #20
    Carcharodon

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par Karibou Blanc Voir le message
    300 000 ca parait beaucoup mais cela dépend exclusivement de l'unité choisie (ici le m/s).
    Ils se trainent les Karibou cette année !! ils ont oublié un facteur 1000 !
    Exactement 299 792 458 m/s pour c.
    Restons superficiel pour ne pas fâcher

  26. #21
    Deaven

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par Jeanpaul Voir le message
    George Gamow, un des acteurs du projet Manhattan a publié un livre des aventures de Mr Tomkins où la vitesse de la lumière est de 30 km/h. Intéressant de voir un monde où les effets relativistes apparaissent dans la vie quotidienne.
    Le seule et unique bouquin qui m'a permis de comprendre quelque chose à cette foutue relativité. Il est très bien fait, que ce soit d'un point de vue universitaire ou simplement informatif pour curieux.

    Pour répondre à la question, je pense pas que parler de vitesse limite à un seconde soit une bonne idée. Je lui parlerai plutot du fait qu'à l'heure actuelle, le photon n'a toujours pas de masse connue, on peut donc dire que c'est le corps le plus léger que l'on connaisse.

    En plus, ça permet de placer l'expression de l'énergie cinétique au passage

  27. #22
    GillesH38a

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    pour essayer de reformuler la question de la vitesse de la lumière : pourquoi la lumière se propage-t-elle beaucoup plus vite que ce qui nous entoure, qui a forgé nos capacités sensorielles à mesurer l'espace et le temps (il est bien sur bien plus interessant de percevoir le mouvement d'une proie ou d'un prédateur que la vitesse de la lumière, pour un humain ! )?

    donc,comme rappelle Mmy, la question est plutot : pourquoi nous déplaçons nous si lentement par rapport à la lumière ?

    à quoi est du l'ordre de grandeur de la vitesse des objets autour de nous? fondamentalement, au mouvement des molécules, qui est est lui meme lié à l'énergie disponible, dont l'ordre de grandeur est de l'ordre de l'énergie thermique moyenne kT. Cette énergie est bien plus petite que l'énergie de masse mc2, qui donnerait une vitesse proche de la lumière.

    Pourquoi l'énergie thermique est-elle bien plus petite que mc2 ? parce que la vie demande des échanges chimiques dont l'ordre de grandeur des énergies est bien plus faible que les énergie de masse. Les énergies chimiques sont de l'ordre de grandeur de l'eV, alors que l'énergie de masse du proton est de l'ordre de grandeur de mpc^2 = 1 milliard d'eV ! l'ordre de grandeur du rapport v/c est donc de l'ordre de 30 000. (ça donne 10 000 m/s). C'est une vitesse encore élevée, mais beaucoup plus raisonnable, et c'est une borne supérieure puisqu'on n'utilise qu'une petite fraction de l'énergie thermique disponible.

    d'ou vient fondamentalement cet ordre de grandeur ? l'énergie d'un électron externe dans une molécule est de l'ordre de est la constante de structure fine. Le rapport typique de vitesse thermique /c sera donc au plus où A est la masse molaire moyenne (environ 10). On retrouve l'ordre de grandeur précédent. La réponse que je donnerais est donc : la vitesse de la lumière est grande parce que la constante de structure fine et le rapport me/mp sont petits.

  28. #23
    invité576543
    Invité

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par gillesh38 Voir le message
    (...)La réponse que je donnerais est donc : la vitesse de la lumière est grande parce que la constante de structure fine et le rapport me/mp sont petits.
    Belle démo!

    Question annexe et hors sujet, ne pourrait-on pas donner exactement la même réponse à la question "Pourquoi tant d'atomes stables différents existent?"

    Cordialement,

  29. #24
    stefjm

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par gillesh38 Voir le message
    d'ou vient fondamentalement cet ordre de grandeur ? l'énergie d'un électron externe dans une molécule est de l'ordre de est la constante de structure fine. Le rapport typique de vitesse thermique /c sera donc au plus où A est la masse molaire moyenne (environ 10). On retrouve l'ordre de grandeur précédent. La réponse que je donnerais est donc : la vitesse de la lumière est grande parce que la constante de structure fine et le rapport me/mp sont petits.
    Belle démo. (J'ai toujours bien aimé l'analyse dimensionnelle.)
    137 ( et pas 273???) et 1836 sont donc de grands nombres devant 1.
    Ne reste plus qu'à trouver les relations qui permettrait de les calculer. (mais à partir de quoi?)
    Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».

  30. Publicité
  31. #25
    GillesH38a

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par stefjm Voir le message
    137 ( et pas 273???)
    oups en écrivant j'ai du penser inconsciemment à un poisson d'avril célèbre de Pauli, je crois, qui a réussi à publier dans Nature une démonstration totalement délirante que le zéro absolu devait etre de

    et 1836 sont donc de grands nombres devant 1.
    Ne reste plus qu'à trouver les relations qui permettrait de les calculer. (mais à partir de quoi?)
    ah ça c'est plus dur... principe anthropique ?

  32. #26
    GillesH38a

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par Michel (mmy) Voir le message
    Belle démo!

    Question annexe et hors sujet, ne pourrait-on pas donner exactement la même réponse à la question "Pourquoi tant d'atomes stables différents existent?"

    Cordialement,
    là il faut peut etre plutot faire intervenir la formule de Weizsäcker et la comparaison de la force répulsive électrostatique et de l'interaction nucléaire forte pour justifier le nombre de noyaux stables?

    Cdt

  33. #27
    invité576543
    Invité

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par gillesh38 Voir le message
    là il faut peut etre plutot faire intervenir la formule de Weizsäcker et la comparaison de la force répulsive électrostatique et de l'interaction nucléaire forte pour justifier le nombre de noyaux stables?
    Non, je parlais d'atomes, pas de noyaux. J'ai réalisé ensuite que ma remarque était débile, c'est juste la même chose que tu disais.

    Cordialement,

  34. #28
    stefjm

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par gillesh38 Voir le message
    oups en écrivant j'ai du penser inconsciemment à un poisson d'avril célèbre de Pauli, je crois, qui a réussi à publier dans Nature une démonstration totalement délirante que le zéro absolu devait etre de
    Tiens, c'est marrant, j'en ai récement parlé ici :
    http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post2233896

    Il y avait Bethe dans le coup, c'est sûr.
    Qui était les autres?
    Je n'aurais jamais pas cru Pauli capable d'une telle vacherie!
    Citation Envoyé par gillesh38 Voir le message
    ah ça c'est plus dur... principe anthropique ?
    (1836>137>1) car si ce n'était pas le cas, personne ne serait là pour l'observer?
    Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».

  35. #29
    gaiane

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Bonjour,

    Merci pour vos réponses, je retiendrai la réponse suivante, pour un élève de seconde : La valeur de la célérité de la lumière dans le vide est un fait, on ne peut pas l'expliquer mais l'admettre. Par contre, un photon a une masse très très petite (non encore déterminée..) et c'est pourquoi il peut se déplacer aussi vite.
    S'il y a des commentaires à faire, n'hésitez pas!

  36. #30
    predigny

    Re : Pourquoi la lumière se propage-t-elle si vite ?

    Citation Envoyé par gaiane Voir le message
    ... Par contre, un photon a une masse très très petite (non encore déterminée..) et c'est pourquoi il peut se déplacer aussi vite.....
    Ca a déjà été débattu souvent ici : le photon n'a pas de masse, si non il ne pourrait pas se déplacer à la vitesse de la lumière (ce qui serait dommage pour un photon !), par contre il a une quantité de mouvement mais il ne faut l'assimiler à un "m.v" où m serait la masse au repos.
    Et puis, la lumière ne se propage pas si vite que ça. Selon la relativité restreinte, elle met une éternité de son temps pour parcourir le moindre millimètre.

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