Que verrait-on à la vitesse de la lumière ?

[Musique] bonjour à tous aujourd'hui dans scienceclic que verrait-on en approchant la vitesse de la lumière embarquons ensemble dans un vaisseau spatial qui accélère depuis la Terre vers l'espace s'éloignant de notre planète de plus en plus vite que verrait-on en accélérant sans cesse quels effets d'optique pourrait se manifester et si l'on tenté de dépasser la vitesse de la lumière en courbant l'espace-temps comme dans les films de science-fiction que verrait-on répondre à ces questions nous servira à de prétexte pour explorer de multiples phénomènes de notre univers et nous plonger au cœur des théories de la relativité restreinte

et générale notre vaisseau spatial est initialement à l'arrêt une fois avitaillé nous commençons à accélérer on imaginera que notre système de propulsion nous permet d'accélérer en permanence aussi longtemps qu'on le souhaite en prenant de la vitesse on s'éloigne de la terre en accélérant toujours plus on pourrait penser que la vitesse du vaisseau finisse par devenir insoutenable mais non la vitesse n'a aucun effet sur notre corps lorsqu’un train passe devant les fenêtres d'une autre il est impossible de ressentir si c'est notre train ou l'autre qui est à l'arrêt de même à l'intérieur du vaisseau nous ne

pouvons pas ressentir sa vitesse mais uniquement son accélération la poussée des réacteurs qui nous plaque contre nos sièges si cette poussée est raisonnable elle sera parfaitement supportable tout au long de notre trajet même à l'approche de la vitesse de la lumière il existe tout de même un risque lié à la vitesse du vaisseau un risque de collision à des vitesses très élevées une simple poussière engendrerait des dégâts colossaux en opercutant heureusement notre vaisseau est équipé d'un champ de force qui repousse les objets dangereux et nous permet de foncer librement à travers l'espace à mesure que

l'on accélère un premier effet d'optique étonnant se manifeste les étoiles devant nous alors qu'on s'en rapproche semble peu à peu s'éloigner le ciel se contracte devant nous pour comprendre vous avez sûrement déjà vécu la situation suivante vous êtes dans une voiture qui roule à grande vitesse et il se met à pleuvoir la pluie tombe verticalement du haut vers le bas mais comme la voiture avance vous recevez les gouttes sur l'avant du pare-brise de votre point de vue la pluie ne semble pas provenir du haut mais de l'avant comme si sa trajectoire était inclinée et plus

vous accélérez plus elle vous semble venir de l'avant dans notre vaisseau spatial l'effet d'optique que l'on perçoit est parfaitement analogue la lumière des étoiles provient d'une certaine direction mais à mesure qu'on accélère les rayons lumineux nous semblent de plus en plus venir de l'avant lorsqu'on est en mouvement on voit les étoiles dans des directions différentes c'est l'effet d'aberration de la lumière et puisque la lumière se focalise devant nous l'intensité lumineuse augmente tandis que derrière nous l'image du ciel s'élargit et devient plus sombre l'aberration de la lumière a pour conséquence un autre phénomène étrange imaginons que

nous traversions une immense grille représentant la trame de l'espace en temps normal on verrait une grille rectiligne les traits qui la composent apparaissent comme des lignes droites qui filent devant nous par effet de perspective mais à mesure qu'on accélère au fil des jours le phénomène d'aberration déforme l'image du ciel tout autour de nous la grille semble se contracter vers l'avant et les lignes droites se courent si l'on passait à côté d'un objet immobile celui-ci nous semblerait être légèrement tourné dans notre direction c'est le phénomène de rotation de Thérèse Penrose comme on se déplace très vite

les images des objets semblent contractés devant nous et la perspective est fortement déformée [Musique] on entend souvent dire que plus on regarde loin dans l'espace plus on regarde loin dans le passé en effet la lumière que l'on reçoit d'une étoile lointaine a dû parcourir des milliards de kilomètres ce voyage n'est pas instantané il faut un certain temps à la lumière pour nous parvenir en conséquence on voit l'étoile telle qu'elle était dans le passé au moment d'émettre cette lumière il y a peut-être plusieurs milliers d'années qui sait si elle n'a pas déjà changé depuis notre vaisseau

spatial le même phénomène est à l'oeuvre à mesure que l'on s'éloigne de la terre la lumière de la planète prend de plus en plus de temps pour nous parvenir si l'on pouvait zoomer avec un télescope on verrait les personnes sur terre évoluer au ralenti c'est ce qu'on appelle l'effet Doppler chaque tic-tac de l'horloge sur terre prend de plus en plus de temps à nous parvenir on reçoit les rayons lumineux au ralenti et leur intensité semble s'affaiblir tandis que l'image de la planète tend vers le rouge [Musique] devant nous c'est l'effet inverse le vaisseau rattrape la

lumière et les étoiles semblent de plus en plus brillantes elles se décale vers le bleu et leur horloge semble tourner en accéléré [Musique] avec du matériel suffisamment précis nous pourrions mesurer les phénomènes d'aberration et d'effets Doppler dès nos premiers jours dans l'espace [Musique] mais si l'on décidait de s'arrêter et de revenir sur Terre ses effets n'auraient pu aucun impact ils ne sont que des illusions d'optique dû à la façon dont on reçoit la lumière lorsqu'on se déplace mais après plusieurs centaines de jours les réacteurs nous poussent toujours plus vite et le vaisseau commence à approcher

la vitesse de la lumière à de telles vitesse certains phénomènes ne seront plus seulement des illusions d'optique de vrais effets physiques vont entrer en jeu et engendrer des conséquences irréversibles la relativité restreinte commence à intervenir une première conséquence de la relativité est ce qu'on appelle la dilatation des durées notre univers est un immense tissu à 4 dimensions l'espace-temps trois dimensions d'espace et une dimension de temps dans l'espace-temps tous les corps même immobile trace une trajectoire puisque tous avancent vers leur futur avant le décollage notre vaisseau immobile se dirigeait dans la même direction que la terre

faire le futur mais en prenant de la vitesse et on s'éloignant de plus en plus vite notre trajectoire a peu à peu dévié de celle de la planète [Musique] désormais l'axe qu'on appelle le temps n'est plus aligné avec l'axe temps des habitants sur terre si l'on décidait de faire demi-tour et de revenir nos horloges auraient mesuré des temps différents nous aurions moins vieilli que les Terriens car notre trajectoire dans l'espace-temps aurait été différente [Musique] un autre effet fondamental de la relativité restreinte et ce qu'on appelle la contraction des longueurs lorsqu'un corps se déplace près de

la vitesse de la lumière sa longueur est contractée dans la direction de son mouvement depuis le vaisseau c'est l'univers tout entier qui nous semble se déplacer vers l'arrière pour nous l'univers est donc contracté selon notre mouvement en particulier la longueur du trajet pour atteindre notre destination et plus courte que ce qu'on aurait pu croire attention cette fois-ci il ne s'agit pas d'un effet d'optique mais bien d'un phénomène physique et concret si l'on tenté d'atteindre une étoile lointaine le trajet nous semblerait réellement plus court il prendrait d'autant moins de temps qu'on se déplace rapidement ainsi contrairement

à une idée reçue il serait tout à fait possible de parcourir des milliers d'années-lumière en quelques secondes dans le cas limite où l'on se déplacerait quasiment à la vitesse de la lumière tout traget serait même instantané pour les personnes restées sur terre toutefois plusieurs milliers d'années se seraient écoulés [Musique] la contraction des longueurs est un phénomène bien réel mais visuellement il serait difficile de la percevoir pour comprendre pourquoi imaginons que l'on croise l'orbite d'une planète comme elle se déplace très vite vers nous la planète est contractée dans sa longueur mais rappelons-nous plus on regarde loin

dans l'espace plus on regarde loin dans le passé par rapport à nous l'arrière de la planète se situe plus loin dans l'espace que l'avant de la planète l'image que l'on reçoit de l'arrière de la planète a donc mis plus de temps à nous parvenir on la voit telle qu'elle était dans le passé en somme même si elle est contractée la planète ne semble pas l'être visuellement car on reçoit l'image de son avant et de son arrière en décalé plutôt que contracté elle semble être tournée sur elle-même il s'agit en réalité d'un phénomène que nous avons

déjà vu la rotation de terre rose lorsqu'on se déplace très vite et que l'on regarde sur le côté la tranche des objets semble plus courte dans la direction de notre mouvement ceci peut s'interpréter soit comme une contraction des longueurs soit comme une rotation comme un effet de perspective pour la même raison une personne qui nous regarderait passer ne verrai pas vraiment notre vaisseau contracté mais plutôt tourné sur lui-même [Musique] au fur et à mesure notre champ de vision continue de se contracter il s'intensifie devant nous alors que tout devient noir derrière nous mais en accélérant

de plus en plus on pourrait s'attendre à atteindre à un moment la vitesse de la lumière que verrions nous alors cette question est peut-être l'une des plus fondamentales en relativité non même si nous accélérons sans cesse nous ne parviendrons jamais à atteindre la vitesse de la lumière pour cause la vitesse de la lumière est absolue même si vous foncier derrière un rayon lumineux de votre point de vue il s'échapperait toujours à la même vitesse la vitesse de la lumière vous auriez beau accéléré tant que vous le souhaitez même si depuis la Terre vous semble rien

approcher la vitesse de la lumière de votre point de vue tout se passerait comme si vous étiez encore immobile et la lumière vous échapperait inexorablement il est donc strictement impossible de dépasser voire d'atteindre la vitesse de la lumière au mieux notre vaisseau continuera d'accélérer pour toujours et notre champ de vision se réduira de plus en plus jusqu'à ne former plus qu'un point infiniment brillant devant nous entouré d'un ciel complètement noir fonçant presque à la vitesse de la lumière tous les effets d'optique prendraient des dimensions extrêmes comment rattrape la lumière dans la direction de notre mouvement

tous les rayons lumineux nous semblent provenir de l'avant les rayons derrière nous quant à eux nous nous atteindrons jamais dans notre référentiel l'univers est extrêmement contracté comme un fin tissu que l'on traverse de part en part en une fraction de seconde pour une personne sur terre nous nous déplaçons à la vitesse de la lumière mais pour nous le voyage semble instantané nous nous déplaçons infiniment vite pour conclure rien ne peut se déplacer plus vite que la lumière dans l'espace mais il pourrait peut-être exister une façon très spéculative de contourner cette interdiction en effet rien interdit

que l'espace lui-même se déplace plus vite [Musique] la théorie de la relativité générale nous enseigne que le tissu de l'espace-temps est dynamique il peut se courber de multiples façons on pourrait ainsi imaginer créer une bulle d'espace autour de notre vaisseau que l'on propulserait plus vite que la lumière c'est ce qu'on appelle en référence à la science-fiction un word drive il ne s'agirait plus de se déplacer dans l'espace mais bien de propulser le tissu de l'Univers lui-même notre vaisseau resterait immobile surfend sur une vague d'espace-temps supraluminique une telle structure peut paraître aberrante et on pense à

l'heure actuelle qu'elle est effectivement impossible à réaliser un Warp drive nécessiterait de courber l'espace-temps par de la masse négative en quantité immense une forme de matière qui a priori n'existe pas dans l'univers cela dit les mathématiques nous permettent toujours de rêver et l'on peut calculer ce que l'on verrait dans une telle situation vu de l'extérieur lorsqu'il passe devant nous le Hard Drive semble apparaître de nulle part la courbure de l'espace-temps dévie la trajectoire des rayons lumineux et forme une sorte de lentilles qui se déplace et sein dans deux une qui avance et une qui recule

pour cause la lumière voyage moins vite que le Warp drive lui-même lorsqu'il s'approche elle n'a pas encore eu le temps de nous parvenir et lorsqu'il passe devant nous on reçoit en simultané cette lumière qui ne nous était pas encore parvenue et les rayons qui ont été émis plus tard vu de l'intérieur nous verrions comme avant un ciel contracté vers l'avant et très brillant dans notre dos l'univers semblerait extrêmement sombre et toute une zone du ciel semblerait avoir disparu la lumière qu'elle aimait est trop lente pour nous rattraper un cône d'univers reste invisible derrière nous [Musique]