La VITESSE DE LA LUMIERE: infranchissable?!

obiyann

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  Ma chaine twitch: https://www.twitch.tv/obiyann Facebook: https://www.facebook.com/obiyannexplique twitter: https://twitter.com/obiyannexplique instagram: https://www.instagram.com/obiyannexplique/?hl=fr  la video de la chaine le point genius: https://www.youtube.com/watch?v=Mt5RjS6Dw1A source: https://www.youtube.com/watch?v=u4ji0z4grTU&list=WL&index=71&t=61s https://www.youtube.com/watch?v=LgOH6xxCBQA&list=WL&index=70 https://www.youtube.com/watch?v=gS2_1pezW_Y&list=WL&index=68 https://www.youtube.com/watch?v=FSEJ4YLXtt8&list=WL&index=67 https://www.youtube.com/watch?v=K40lNL3KsJ4&list=WL&index=66 https://www.youtube.com/watch?v=-_xZZt99MzY&list=WL&index=63

Transcript

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

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