La lumière glisse dans l’espace, parcourant une distance de 299 792 458 mètres par seconde. Tout change lorsque cette onde électromagnétique doit vaincre d’autres champs électromagnétiques. La vitesse de la lumière peut alors ralentir.
On voit ce phénomène dans la réfraction de la lumière lorsqu’elle traverse un verre d’eau, ou encore dans la division éblouissante des vagues d’un arc-en-ciel. Même si les physiciens pouvaient décrire ce retard à l’aide des équations de Maxwell au XIXe siècle, la variation de la vitesse de la lumière dans différents milieux n’était pas suffisamment reflétée dans le contexte des ondes physiques.
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Trois physiciens de Université de Tampere (Finlande) propose une solution possible à ce problème et passe en revue quelques principes de base du mouvement des ondes lumineuses dans le temps et dans une dimension de l’espace.
« La seule hypothèse dont j’avais besoin était que la vitesse des vagues était constante. Ensuite, j’ai pensé : et si elle n’était pas toujours constante ? Cela s’avère être une très bonne question », explique Matthias Koivorova, premier auteur de l’étude.
La lumière se comporte comme une onde et comme une particule. Dans de nouveaux calculs, les auteurs suggèrent que cette onde peut changer de vitesse, mais que la vitesse de la lumière en tant que particule restera inchangée.
Envoyez un vaisseau spatial dans les profondeurs de l’espace à grande vitesse, et ses passagers connaîtront le temps et la distance différemment des observateurs lointains. Cette contradiction surgit grâce à la théorie de la relativité, qui a été testée avec succès à plusieurs reprises à toutes les échelles.
Lorsque l’on compare une onde accélératrice à une vitesse constante de la lumière, les effets de la nouvelle solution de l’équation de l’onde standard ressemblent exactement à ceux suggérés par la théorie de la relativité. Cela a de profondes implications pour le débat sur la question de savoir si l’impulsion d’une onde lumineuse augmente ou diminue lorsqu’elle traverse un nouveau milieu.
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« Nous avons montré que du point de vue de la vague, rien n’arrive à son élan. En d’autres termes, l’élan de la vague est conservé », explique Koivorova.
Quelle que soit l’onde, qu’il s’agisse d’un champ électromagnétique, des ondulations d’un étang ou de l’oscillation d’une corde, les mesures de relativité et de conservation de la quantité de mouvement doivent prendre en compte l’équation lorsqu’elle prend de la vitesse.
Qu’il s’agisse des courageux voyageurs de l’espace qui dérivent vers Alpha Centauri ou de leur famille en deuil qui vieillit lentement sur Terre, les horloges de chacun indiqueront leur propre heure. Ces deux moments ne coïncident peut-être pas, mais chacun avance de manière fiable au sein de sa propre structure.
Toute physique basée sur les ondes doit avoir une direction temporelle stricte : une onde ne peut pas se refléter.
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Jusqu’à présent, les équations n’ont été résolues que pour une seule dimension de l’espace (et du temps). Des expériences devraient également être réalisées pour voir si cette perspective de vague est correcte.
Si tel est le cas, alors notre voyage collectif à travers l’univers est véritablement une voie à sens unique. L’article scientifique décrivant l’étude a été publié dans une revue Visuel.
