Astrophysique : Peut-on voyager plus vite que la lumière ?

Peut-on voyager plus vite que la lumière ?  Qui ne s’est pas posé cette question ? Qui n’en a pas rêvé ? Malheureusement, au risque de briser des tas de rêves, voyager plus vite que la lumière dans le vide (299.792.458 mètres par seconde exactement, que l’on arrondit souvent à 300.000.000 mètres par seconde) est impossible. Le principe a été énoncé au début du 20e siècle par Albert Einstein avec sa théorie de la relativité restreinte.

D’après cette théorie, un objet (ou une particule élémentaire) qui subit une accélération va acquérir de la masse. En accélérant jusqu’à atteindre la vitesse de 300.000 kilomètres par seconde, il aurait ainsi potentiellement une masse infinie. Or, pour qu’un objet accélère, il faut lui fournir de l’énergie, une énergie d’autant plus importante que l’objet est lourd ! Pour atteindre ou dépasser la vitesse de la lumière, il faudrait donc à cette énergie une énergie de plus en plus grande, jusqu’à tendre vers l’infini, ce qui est impossible.

Les tachyons, des particules qui font rêver

Il n’empêche qu’on n’a pas baissé les bras pour autant et dans les années 1960, des physiciens imaginent l’existence de particules – nommées «tachyons» – qui circuleraient plus vite que la lumière dans le vide et auraient une énergie qui diminue lorsque la vitesse augmente ! Les caractéristiques «hors normes» de ces tachyons, ainsi que l’improbabilité de leur observation et les possibles paradoxes qu’engendreraient leur existence-même font d’eux un objet d’intérêt pour nombre d’œuvres de science-fiction, comme dans la série «The Flash» où ils sont très utiles pour produire de la vitesse et voyager dans le temps.

Reste une question, que beaucoup d’entre nous peuvent se poser : est-ce que la lumière accélère pour atteindre sa vitesse ? Non, car les photons – les particules qui constituent la lumière – n’accélèrent pas. Ils se propagent à environ 300.000 kilomètres par seconde (km/s) sans accélération dès qu’ils sont émis, tout simplement car… ils n’ont pas de masse.

Aller plus vite que la lumière… ailleurs que dans le vide !

«Si la vitesse de la lumière dans le vide est d’environ 299.792 km/s, elle n’est que de 225.563 km/s dans l’eau et 200.000 km/s dans le verre. La lumière peut donc être ‘dépassée’ dans un milieu matériel», explique le CEA (France – Ndlr) sur son site internet. Ainsi, si une particule ne peut dépasser la vitesse de la lumière dans le vide, elle peut voyager plus rapidement que la lumière dans certains milieux ! Cette découverte étonnante a été réalisée par un physicien russe, Pavel Tcherenkov, et lui permettra d’obtenir le prix Nobel de physique en 1958.

Ce phénomène, nommé ainsi «effet Tcherenkov», permet notamment de détecter et d’étudier des particules cosmiques, ou encore d’expliquer la lumière bleue des piscines de refroidissement des centrales nucléaires. Car une particule qui dépasse la vitesse de la lumière provoque l’émission d’une lumière intense et bleutée, que l’on appelle le «rayonnement Tcherenkov».

In Sciences et Avenir