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Chapitre 2 • Lumière classique et changement de référentiel galiléen
22
La théorie de Maxwell montre que la vitesse de propagation c des ondes électromagnétiques (et donc de la lumière) est donnée parc= (t: 0 µ 0 )1
1
2 • La variation relative de la force que nous venons de trouver est donc en (1 - V
2 / c
2 ),
quantité très proche de 1 vu la valeur extrêmement élevée de c, mais non
nulle et donc en principe mesurable.
2.3 MESURES DE LA VITESSE DE LA LUMIÈRE
Il semble donc qu'il existe une différence majeure entre les phénomènes dynamiques,
qui obéissent au principe de relativité galiléenne, et les phénomènes lumineux et plus
généralement électromagnétiques, qui semblent impliquer 1' existence d'un référentiel absolu 'Ro qui est en quelque sorte le siège des oscillations des champs électriques
et magnétiques. Les ondes lumineuses se comportent apparemment comme les ondes
sonores : ces dernières consistant en des vibrations d'un milieu matériel, gazeux ou
solide, le référentiel 'Ro dans lequel ce milieu est au repos joue un rôle privilégié. Si
on se place dans un référentiel galiléen 'R autre que 'R 0 , la vitesse de 1' onde mesurée dans ce référentiel ne sera plus la même que dans 'R 0 , et surtout elle ne sera pas
isotrope et dépendra des orientations relatives du vecteur d'onde k de 1' onde et de la
vitesse V du référentiel 'R par rapport à
vitesse de propagation c de la lumière, et surtout l'évaluation de son éventuelle anisotropie, sont donc essentielles dans ce contexte.
2.3.1 Les premières mesures de la vitesse de la lumière
Mesurer la vitesse de la lumière n'est pas simple en raison de l'extrême rapidité
de cette propagation. La première tentative connue en Occident a été réalisée par
Galilée vers 1600, qui di sposa deux opérateurs munis de lanternes sur deux collines
éloignées. Le premier dévoile sa lanterne à un instant t 1 , le second dévoile la sienne
dès qu'il commence à voir la lumière de la première lanterne. Le premier note alors
le temps t2 auquel il commence à voir la lumière de la deuxième lanterne. Ce type
d' expérience réalisée avec des sources sonores permet de mesurer aisément la vitesse
de propagation du son dans l'air. En ce qui concerne la lumière, l'absence de retard
t2 - t 1 mesurable constaté par Galilée lui permettait de conclure que la lumière avait
une propagation «extrêmement rapide».
C'est à l'astronome O. Romer que revient le mérite d'avoir fait, en 1676, la première évaluation quantitative de cette vitesse. Les astronomes de !'Observatoire de
Paris avaient observé sur de très longues périodes la position du satellite de Jupiter
appelé Io, et en particulier, grâce aux horloges perfectionnées dont ils disposaient,
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La théorie de Maxwell montre que la vitesse de propagation c des ondes électromagnétiques (et donc de la lumière) est donnée parc= (t: 0 µ 0 )1
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2 • La variation relative de la force que nous venons de trouver est donc en (1 - V
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quantité très proche de 1 vu la valeur extrêmement élevée de c, mais non
nulle et donc en principe mesurable.
2.3 MESURES DE LA VITESSE DE LA LUMIÈRE
Il semble donc qu'il existe une différence majeure entre les phénomènes dynamiques,
qui obéissent au principe de relativité galiléenne, et les phénomènes lumineux et plus
généralement électromagnétiques, qui semblent impliquer 1' existence d'un référentiel absolu 'Ro qui est en quelque sorte le siège des oscillations des champs électriques
et magnétiques. Les ondes lumineuses se comportent apparemment comme les ondes
sonores : ces dernières consistant en des vibrations d'un milieu matériel, gazeux ou
solide, le référentiel 'Ro dans lequel ce milieu est au repos joue un rôle privilégié. Si
on se place dans un référentiel galiléen 'R autre que 'R 0 , la vitesse de 1' onde mesurée dans ce référentiel ne sera plus la même que dans 'R 0 , et surtout elle ne sera pas
isotrope et dépendra des orientations relatives du vecteur d'onde k de 1' onde et de la
vitesse V du référentiel 'R par rapport à
vitesse de propagation c de la lumière, et surtout l'évaluation de son éventuelle anisotropie, sont donc essentielles dans ce contexte.
2.3.1 Les premières mesures de la vitesse de la lumière
Mesurer la vitesse de la lumière n'est pas simple en raison de l'extrême rapidité
de cette propagation. La première tentative connue en Occident a été réalisée par
Galilée vers 1600, qui di sposa deux opérateurs munis de lanternes sur deux collines
éloignées. Le premier dévoile sa lanterne à un instant t 1 , le second dévoile la sienne
dès qu'il commence à voir la lumière de la première lanterne. Le premier note alors
le temps t2 auquel il commence à voir la lumière de la deuxième lanterne. Ce type
d' expérience réalisée avec des sources sonores permet de mesurer aisément la vitesse
de propagation du son dans l'air. En ce qui concerne la lumière, l'absence de retard
t2 - t 1 mesurable constaté par Galilée lui permettait de conclure que la lumière avait
une propagation «extrêmement rapide».
C'est à l'astronome O. Romer que revient le mérite d'avoir fait, en 1676, la première évaluation quantitative de cette vitesse. Les astronomes de !'Observatoire de
Paris avaient observé sur de très longues périodes la position du satellite de Jupiter
appelé Io, et en particulier, grâce aux horloges perfectionnées dont ils disposaient,