La VITESSE DE LA LUMIERE: infranchissable?!

obiyann
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  • l’année dernière
Bonjour les padawans de la physique. Aujourd'hui je vous explique ce qu'est la lumière. D'ailleurs, la vitesse de la lumière, c'est une limite ou pas? je vous dit tout dans la vidéo. N'hésitez pas à partager cette vidéo, c'est gratuit
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Transcription
00:00 Eh tu connais la différence entre la lumière et toi ?
00:02 Bah non
00:03 C'est que la lumière c'est un photon
00:05 J'ai rien compris
00:06 Ouais je confirme t'es vraiment pas une lumière
00:08 FUSION !
00:10 AAH !
00:11 Bonjour les padawans de la physique, Obi-Yan pour vous servir
00:17 Bienvenue sur la chaîne qui répond à vos questions
00:19 Et pour ce faire, laissez-les en commentaire et je répondrai lors d'une prochaine vidéo
00:23 Aujourd'hui on répond à A-A et on voit comment marche la lumière
00:26 La semaine dernière, on a vu ce que c'était le son
00:28 Et on a vu que c'était une onde
00:30 Et bien la lumière, c'est aussi une onde, une onde électromagnétique
00:33 Donc pour comprendre ce qu'est la lumière, on va devoir définir ce qu'est une onde
00:36 Et surtout, qu'est-ce que ça veut dire électromagnétique
00:38 Commençons par qu'est-ce que c'est une onde
00:40 Une onde, c'est une perturbation qui va se propager dans un milieu donné
00:43 Et là on voit bien que ça correspond exactement à ce qu'on a vu sur le son la semaine dernière
00:47 Le son est donc bien une onde
00:48 Attaquons-nous à la partie électromagnétique
00:51 Qu'est-ce que ça veut dire électromagnétique ?
00:53 C'est quoi une onde électromagnétique ?
00:55 Je crois que le lien entre l'électricité et le magnétisme, on l'a déjà vu plein de fois sur cette chaîne
00:59 Que ce soit sur l'alternateur, sur les micros, etc.
01:02 On a déjà vu plein de fois que grâce à de l'électricité, on pouvait créer du magnétisme
01:06 Et que grâce à du magnétisme, on pouvait créer de l'électricité
01:09 Mais tout ça, ça a été expliqué grâce à Maxwell, en 4 équations
01:13 Les 4 équations de Maxwell
01:14 Si vous êtes un habitué de la chaîne, vous savez très bien qu'ici on essaie de simplifier au maximum
01:18 Donc je ne vais pas vous sortir des équations de Maxwell stricto sensu
01:21 C'est-à-dire qu'il y a des équations vectorielles, etc. C'est trop compliqué
01:24 Donc je vais vous les expliquer le plus simplement possible
01:26 La première équation, qu'est-ce qu'elle dit ?
01:28 Elle dit qu'un champ électrique est créé grâce à des charges électriques
01:31 C'est logique !
01:32 La deuxième, qu'est-ce qu'elle dit ?
01:33 Elle nous dit qu'en magnétisme, il n'y a pas de monopole
01:36 Un seul pôle, ça n'existe pas
01:38 S'il y a un pôle nord, il y a forcément un pôle sud
01:40 Et s'il y a un pôle sud, il y a forcément un pôle nord
01:41 La troisième équation de Maxwell, qu'est-ce qu'elle dit ?
01:44 Elle dit qu'une variation du champ magnétique va créer un champ électrique
01:47 Vous vous rappelez ?
01:48 On faisait parcourir un aimant auprès d'une bobine
01:50 Et dans cette bobine se créait une intensité
01:52 La quatrième et dernière équation de Maxwell, qu'est-ce qu'elle dit ?
01:55 Elle dit qu'une variation de champ électrique fait varier le champ magnétique
01:59 Ce qui va nous intéresser pour expliquer ce qu'est un champ électromagnétique
02:03 C'est bien sûr les deux dernières équations
02:05 Parce qu'en fait, si on vient perturber un champ électrique
02:08 On a vu que ça va venir perturber le champ magnétique
02:11 Mais on a vu qu'une perturbation de champ magnétique vient perturber le champ électrique
02:15 Et là, il y a une réaction en chaîne qui va se mettre en route
02:17 On perturbe le champ magnétique, qui va perturber le champ électrique
02:19 Qui va perturber le champ magnétique, qui va perturber le champ électrique
02:22 Etc, etc, etc
02:24 Et bien du coup, ce qui se passe c'est que l'énergie électromagnétique
02:28 Se propage dans l'espace
02:30 Donc c'est grâce à une première perturbation d'un champ magnétique ou d'un champ électrique
02:34 Qu'il va y avoir de la lumière
02:35 Bon là je parle de la lumière, mais des ondes électromagnétiques, il y en a plein
02:38 Le spectre est très large
02:40 Ça passe des micro-ondes, aux infrarouges, aux ultraviolets, aux rayons X, aux rayons gamma
02:45 Vous voyez, il n'y a pas que la lumière qu'on peut voir, il n'y a pas que la lumière visible
02:48 En fait, il y a un moyen de définir à quelle onde électromagnétique on a affaire
02:51 C'est grâce à ce qu'on appelle la longueur d'onde
02:53 Mais la longueur d'onde, qu'est-ce que c'est ?
02:55 En fait, c'est assez simple
02:56 On a vu la semaine dernière qu'un signal périodique, c'était un motif qui se répétait plusieurs fois
03:00 Et bien si je vous dis que les ondes électromagnétiques sont périodiques
03:04 On a aussi dit qu'un signal périodique comme le son était défini par une période
03:08 Et que la période, c'était le temps pour créer un motif
03:11 Et bien pour les ondes électromagnétiques, on va plutôt parler de longueur d'onde
03:15 Mais en gros, c'est la même chose, à un coefficient près, à une vitesse près si vous voulez
03:19 Et donc pour être précis, la longueur d'onde, c'est la longueur d'un motif
03:22 Cette longueur peut varier, elle peut être grande ou petite
03:25 Et en fonction de ça, on va pouvoir classer les ondes électromagnétiques
03:27 La lumière va avoir des longueurs d'onde comprises entre 400 nanomètres et 800 nanomètres
03:31 Lorsqu'on est inférieur à 400 nanomètres, on va passer par les ultraviolets, les rayons X, puis les rayons gamma
03:38 Lorsqu'on va passer au-dessus de 800 nanomètres, nous allons avoir les infrarouges, puis les micro-ondes, et enfin les ondes radio
03:44 Mais la vidéo d'aujourd'hui ne parle pas de toutes les ondes électromagnétiques, mais bien de la lumière
03:48 Donc on va s'intéresser aux ondes électromagnétiques avec une longueur d'onde comprise entre 400 et 800 nanomètres
03:53 Là ce qu'il faut comprendre, c'est que la lumière est composée de plein de couleurs
03:56 Et donc plus on se rapproche des 800 nanomètres, et plus on va avoir une couleur rouge
04:01 Et à l'inverse, plus on se rapproche des 400 nanomètres, et plus on va avoir une couleur violette
04:06 Avec entre les deux, toutes les couleurs de l'arc-en-ciel
04:09 Et enfin, le mélange de toutes ces couleurs de l'arc-en-ciel, ça va créer la lumière blanche, comme la lumière du soleil par exemple
04:15 Un autre détail que je voulais vous préciser, c'est qu'il existe un moyen de faire varier les longueurs d'ondes
04:19 Chaque chose qui existe émet des ondes électromagnétiques, une onde avec une longueur d'onde spécifique
04:25 Et bien si je me mets à chauffer cet objet, et bien je peux rallonger la longueur d'onde de cet objet
04:29 Ce qui fait qu'on va pouvoir le faire changer de couleur, ça vous l'avez déjà vu
04:33 Par exemple dans une forge, quand je chauffe certains métaux, ils vont passer par le rouge, puis par le jaune
04:37 Et si on pouvait chauffer encore plus, on continuerait sur le spectre visible
04:41 Maintenant on a vu la lumière sous forme d'onde, mais normalement vous savez aussi qu'elle est composée de photons
04:45 Vous savez, ce sont des petites billes de lumière, mais qui n'ont pas de masse
04:48 Si vous voulez un peu comprendre pourquoi ils n'ont pas de masse, il existe sur ma chaîne une vieille vidéo où je parle du boson de Higgs
04:53 Et où on explique un peu ces phénomènes de particules sans masse ou avec masse
04:57 Je vous invite à aller la voir pour comprendre, même si elle a un peu mal vieilli, le fond reste intéressant
05:01 Bon, je pense que vous savez juste avec mon pseudo que je suis un gros fan de Star Wars
05:04 Et donc c'est le moment où on va parler de la vitesse de la lumière
05:08 On connait la valeur de la vitesse de la lumière, à savoir environ 300 000 km/s
05:16 Maintenant si ça vous intéresse de savoir comment on a découvert cette valeur, je vous redirige vers cette vidéo de la chaîne du Pôle Génus qui vous explique tout ça en détail
05:22 La valeur de la vitesse de la lumière est une constante dans le vide
05:25 Mais suivant les milieux qu'elle traverse, elle peut donc varier, elle peut être ralentie
05:30 Maintenant je n'ai pas exactement répondu à la question qui était posée dans le commentaire de A
05:34 La question était, est-ce qu'il existe un mur de la lumière comme il existe un mur du son ?
05:38 Et oui, la semaine dernière on a vu que quand un objet dépassait la vitesse du son, il passait le mur du son, il y avait création d'un manque supersonique
05:45 Le problème c'est que tonton Albert nous explique que c'est pas possible, on ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière dans le vide
05:52 Et j'insiste, dans le vide, mais on verra ça un peu plus tard
05:54 Bien sûr le concept qu'on ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière dans le vide, c'est une limite infranchissable
05:59 Mais est-ce que vous vous êtes déjà demandé pourquoi on ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière dans le vide ?
06:05 Non
06:06 Eh bien reprenons la fameuse formule qu'on associe tout le temps à Albert Einstein, à savoir E=mc2
06:12 Qui veut dire énergie égale à la masse multipliée par la célérité par la vitesse de la lumière au carré
06:18 On a dit tout à l'heure que la vitesse de la lumière c'est une constante, donc C c'est juste une constante
06:22 Par contre E, l'énergie, et m, la masse, peuvent varier
06:26 Et surtout, on voit que l'énergie c'est de la masse et que la masse c'est de l'énergie
06:31 Maintenant, l'énergie c'est de la masse et je veux augmenter l'énergie cinétique d'un objet
06:37 Donc je veux le faire monter en vitesse, c'est ça l'énergie cinétique
06:40 Donc si je veux augmenter l'énergie cinétique d'un objet, je suis obligé d'augmenter sa masse
06:46 Et donc plus cet objet accélère, plus il va prendre de masse
06:49 Mais plus la vitesse va augmenter, plus elle va se rapprocher de la vitesse de la lumière, plus cette augmentation de masse va devenir exponentielle
06:55 Et imaginons hypothétiquement que j'arrive à le faire
06:58 Vu qu'on est sur une courbe exponentielle, il faudrait que la masse de mon objet atteigne l'infini pour pouvoir atteindre la vitesse de la lumière
07:06 Physiquement, vous comprenez bien que c'est impossible
07:08 On ne peut donc pas dépasser la vitesse de la lumière dans le vide
07:11 Ça, c'est ce qu'on va voir un peu partout sur internet
07:13 Mais en fait, c'est pas exactement vrai
07:15 Parce que la masse est invariante
07:17 Peu importe sa vitesse, elle restera la même
07:20 Et donc la question qui va venir derrière, c'est, dans ce cas là, est-ce que la vitesse de la lumière est toujours inatteignable ?
07:25 Oui, c'est toujours le cas
07:27 C'est juste qu'il faut prendre le problème dans un autre sens
07:29 Il faut regarder vis-à-vis de l'énergie
07:31 Un objet qui a une masse a besoin d'énergie pour accélérer
07:35 Et si on devait tracer une courbe de l'énergie en fonction de la vitesse, elle serait exponentielle avec une énergie qui part vers l'infini quand on s'approche de la vitesse de la lumière
07:43 Ce qui prouve bien que quand un objet a une masse, l'énergie nécessaire à l'accélération pour le faire arriver à la vitesse de la lumière est infinie
07:49 On ne peut donc pas atteindre la vitesse de la lumière dans le vide
07:52 Mais là, vous allez me dire, alors dans ce cas là, pourquoi la lumière, elle, elle peut aller à cette vitesse ?
07:56 Bien tout simplement, on a dit quoi tout à l'heure ?
07:58 Un photon a une masse nulle
08:00 C'est pour ça que seuls les photons peuvent atteindre cette vitesse
08:02 Une fois de plus, c'est extrêmement simplifié, c'est juste pour que vous compreniez le concept
08:05 Mais en gros, ça permet de comprendre pourquoi il y a cette limite de vitesse dans le monde dans lequel on vit
08:10 Du moins théoriquement
08:11 Tout à l'heure, j'insistais sur le fait que tout ça, ça se passe dans le vide
08:14 Mais pourquoi j'ai insisté ?
08:15 Parce que dans certains milieux, certaines particules peuvent aller plus vite que la lumière
08:20 Laissez-moi vous introduire ma bite
08:22 Putain mais on avait dit qu'on arrêtait cette vanne les gars là, merde, c'est pas sérieux là
08:26 J'ai encore passé pour un bouffon là, merde
08:28 Du coup, c'est le moment de vous parler de l'effet Tcherenkov
08:31 C'est un effet qui est généralement détecté quand des matières radioactives sont plongées dans l'eau
08:35 En fait, le truc c'est que quand la lumière arrive dans l'eau, la vitesse de la lumière est divisée par 4
08:38 Elle va donc beaucoup moins vite
08:39 Et dans le nucléaire, on sait que des particules qui composent des atomes peuvent être projetées, peuvent aller à une certaine vitesse dans l'eau
08:44 Et en l'occurrence, vu que la vitesse de la lumière est 4 fois moins importante
08:48 Ce qui se passe c'est que des particules chargées se déplacent dans la matière
08:50 Et donc arrivent au contact d'atomes
08:52 Vu qu'elles sont chargées électriquement, elles vont perturber l'équilibre énergétique de ces atomes
08:56 Et pour retrouver une énergie normale, ces atomes vont libérer un photon
09:00 Un photon bleu-violet
09:01 C'est ça l'effet Tcherenkov
09:03 C'est une onde bleu-violette qui apparaît lorsque les particules chargées qui composent les atomes
09:08 Vont plus vite que la vitesse de la lumière dans le milieu donné dans l'eau
09:12 *Bruit de fusil*
09:14 Voilà, c'est tout pour moi
09:25 Bon, la lumière est un sujet tellement vaste que j'aurais pu en parler pendant des heures
09:29 Mais ici, on reste simple, comme d'habitude, je l'ai déjà dit pendant la vidéo
09:32 Mais je pense que je vous ai présenté déjà pas mal de choses
09:34 N'hésitez pas à mettre en commentaire un sujet que vous voudriez que j'explique dans une future vidéo
09:37 Si la vidéo vous a plu, comme d'habitude, n'hésitez pas à vous abonner, à liker
09:41 Et si vous voulez rater aucune des prochaines vidéos, à mettre la cloche
09:44 C'était Obi-Yan qui vous dit que la science soit avec vous
09:47 Vous savez, ce sont des petites billes de lumière, mais qui n'ont pas de masse
10:03 Comme Jeanne, j'ai la de masse
10:05 Bon, on va oublier celle-là