Comment la vitesse de la lumière a été mesurée

Comment la vitesse de la lumière a été mesurée

La vitesse de la lumière dans le vide se situe à “exactement 299 792 458 mètres par seconde“. La raison pour laquelle nous pouvons aujourd’hui obtenir un chiffre exact est que la vitesse de la lumière dans le vide est une constante universelle mesurée au moyen de lasers; et quand une expérience implique des lasers, il est difficile de discuter des résultats. Ce n’est pas une coïncidence si la longueur du mètre est définie par cette constante: «la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide pendant un intervalle de temps de 1/299 792 458 de seconde . "

Il y a quelques centaines d'années, il était généralement admis ou du moins présumé que la vitesse de la lumière était infinie, alors qu'en réalité, elle est vraiment, vraiment, très rapide - pour référence, la vitesse de la lumière est légèrement plus lente que la plus rapide. Ce qui se passe dans l’univers connu - le temps de réponse d’une adolescente si Justin Bieber disait sur Twitter: "Le premier à répondre à ce tweet sera ma nouvelle petite amie."

Le philosophe Empedocles, du Ve siècle avant notre ère, fut la première personne connue à s'être interrogée sur toute la question de la «vitesse de la lumière est infinie». Moins d'un siècle plus tard, Aristote serait en désaccord avec Empédocle et l'argument perdura pendant plus de 2 000 ans.

L'un des premiers personnages éminents à proposer une expérience concrète pour tester si la lumière avait une vitesse rapide était le scientifique néerlandais Isaac Beeckman en 1629. Bien qu'il fût vivant à une époque antérieure aux lasers - ce qui me donne le frisson de penser - Beeckman comprit que En l'absence de lasers, toute bonne expérience scientifique devrait toujours comporter des explosions; ainsi, son expérience impliquait de détoner de la poudre à canon.

Beeckman a placé les miroirs à différentes distances de l'explosion et a demandé aux observateurs s'ils pouvaient voir une différence entre le moment où le flash de lumière réfléchi par chaque miroir atteignait leurs yeux. Comme vous pouvez probablement le deviner, l'expérience a été «Non concluant».

Une expérience similaire plus célèbre, ne comportant pas d'explosions, a peut-être été menée ou tout au moins proposée par Galileo Galilei un peu moins d'une décennie plus tard, en 1638. Galileo, comme Beeckman, soupçonnait également que la vitesse de la lumière n'était pas infinie et faisait des références de passage à une expérience impliquant des lanternes dans certains de ses travaux. Son expérience (si jamais il la menait) consistait à placer deux lanternes à un kilomètre de distance et à essayer de voir s’il y avait un décalage notable entre les deux; les résultats n'étaient pas concluants. La seule chose que Galileo pouvait supposer, c’était que si la lumière n’était pas infinie, elle était rapide et que des expériences de cette envergure étaient vouées à l’échec.

Ce n’est que lorsque l’astronome danois, Ole Römer, est entré dans la mêlée que les mesures de la vitesse de la lumière sont devenues sérieuses. Dans une expérience qui faisait ressembler les lanternes de Galileo sur une colline à un projet de foire scientifique organisé par une école primaire, Römer a déterminé que, sans lasers ni explosions, une expérience devait toujours concerner l'espace extra-atmosphérique. Ainsi, il basa ses observations sur le mouvement des planètes elles-mêmes, annonçant ses résultats novateurs le 22 août 1676.

Plus précisément, alors qu’il étudiait l’une des lunes de Jupiter, Römer remarqua que le temps entre les éclipses pouvait varier au cours de l’année (selon que la Terre se dirigeait vers Jupiter ou s’en éloignait). Curieux à ce sujet, Römer commença à noter soigneusement le moment où I0 (la lune qu’il observait) entre en scène et sa corrélation avec l’heure à laquelle il était normalement prévu. Après un moment, Römer s'aperçut que lorsque la Terre tournait autour du soleil et s'éloignait de Jupiter, le moment où Io se rapprocherait deviendrait plus lent que le temps prévu dans ses notes. Römer (à juste titre) a émis l'hypothèse que c'était parce que la lumière réfléchie par Io ne voyageait pas instantanément.

Malheureusement, les calculs exacts qu’il a utilisés ont été perdus lors de l’incendie de Copenhague de 1728, mais nous avons un assez bon compte-rendu de reportages relatant sa découverte et d’autres scientifiques à cette époque qui utilisaient les chiffres de Römer dans leur propre travail. En substance, grâce à une série de calculs astucieux sur le diamètre des orbites terrestre et de Jupiter, Römer a pu conclure qu’il fallait environ 22 minutes à la lumière pour traverser le diamètre de l’orbite terrestre autour du Soleil. Christiaan Huygens l’a ensuite convertie en chiffres plus ordinaires, ce qui montre que, selon l’estimation de Römer, la lumière a parcouru environ 220 000 kilomètres par seconde. Ce chiffre est légèrement inférieur (environ 27%) au chiffre indiqué dans le premier paragraphe, mais nous y reviendrons dans un instant.

Lorsque les collègues de Römer ont presque universellement exprimé des doutes sur sa théorie à propos d’Io, celui-ci leur a répondu calmement que l’éclipse d’Io du 9 novembre 1676 aurait 10 minutes de retard. Le moment venu, les sceptiques restèrent sidérés alors que le mouvement de tout un corps céleste rendait crédible sa conclusion.

Les collègues de Römer ont eu raison d'être stupéfiés dans son estimation, car même aujourd'hui, son estimation de la vitesse de la lumière est considérée comme incroyablement précise, considérant qu'elle a été faite 300 ans avant l'existence des deux lasers, d'Internet et de Conan O'Brien. cheveux.Très bien, 80 000 kilomètres par seconde étaient trop lents, mais compte tenu de l’état de la science et de la technologie de l’époque, c’est impressionnant, surtout qu’il travaillait au départ.

Ce qui est encore plus étonnant, c’est que la raison de l’estimation de Römer un peu trop lente semble être moins liée à une erreur de sa part qu’au fait que le diamètre communément accepté des orbites de la Terre et de Jupiter était absent lorsque Römer a fait ses calculs. Cela veut dire oui, Römer avait tort seulement parce que autre les gens n’étaient pas aussi géniaux en science qu’il était. En fait, si vous insérez les nombres d'orbite corrects dans ce que l'on pense être ses calculs initiaux à partir de rapports antérieurs à la destruction de ses papiers dans l'incendie susmentionné, son estimation est presque exacte.

Donc, même s’il avait techniquement tort et que James Bradley avait proposé un chiffre plus précis en 1729, Römer restera dans l’histoire en tant que type qui a prouvé pour la première fois que la vitesse de la lumière n’était pas infinie et a élaboré un chiffre approximatif assez précis sur la vitesse exacte en observant les mouvements d’un grain en orbite autour d’une boule de gaz géante placée à environ 780 millions de kilomètres. C’est là, mesdames et messieurs, qu’un scientifique insensé, dépourvu de lasers, fait de la science.

Faits bonus:

  • L’énergie nécessaire pour arrêter la Terre en orbite autour du Soleil est d’environ 2,6478 × 10 ^ 33 joules ou 7,3551 × 10 ^ 29 wattheures ou 6,3285 * 10 ^ 17 mégatonnes de TNT. Pour référence, la plus grande explosion nucléaire jamais éclatée (le tsar Bomba de l'Union soviétique) n'a «produit» que 50 mégatonnes d'énergie TNT. Il faudrait donc environ 12 657 000 000 000 de ces bombes nucléaires qui ont explosé au bon endroit pour empêcher la Terre de tourner autour du soleil.
  • Outre le débat sur la question de savoir si la vitesse de la lumière était infinie ou non, un débat parallèle au cours de l'histoire a été de savoir si la lumière provenait ou non de l'œil même ou de quelque chose d'autre. Parmi les scientifiques célèbres qui ont cru à la théorie de la «lumière émise par les yeux», figuraient Ptolémée et Euclide. La plupart des personnes qui pensaient que cette théorie était correcte pensaient également que la vitesse de la lumière devait être infinie, car à l'instant où nous ouvrons les yeux, nous pouvons voir un grand nombre d'étoiles dans le ciel nocturne et ce nombre n'augmente pas à mesure que nous cherchons, à moins que nous regardions auparavant une lumière brillante et nos yeux s’adaptent à la noirceur.

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