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Et si les scientifiques étaient en train de découvrir que la vitesse de la lumière n'est pas constante ?
Publié le 28 mai 2017
Selon la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, la vitesse de la lumière est une constante fondamentale de la nature. Est-ce vraiment le cas ?
Olivier Sanguy est spécialiste de l’astronautique et rédacteur en chef du site d’actualités spatiales de la Cité de l’espace à Toulouse.
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Selon la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, la vitesse de la lumière est une constante fondamentale de la nature. Est-ce vraiment le cas ?

Selon la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, la vitesse de la lumière est une constante fondamentale de la nature. Mais de plus en plus de théories viennent contredire cette affirmation, en expliquant que la vitesse de la lumière a évolué depuis le Big Bang, et n'est donc pas constante. Quels sont les arguments principaux en faveur d'une vitesse de la lumière constante?

Olivier Sanguy : Cette approche théorique selon laquelle la vitesse de la lumière a pu changer dans le temps vient essentiellement des travaux du cosmologique portugais João Magueijo. Son modèle sert à résoudre certains problèmes posés par le Big Bang. D'un autre côté, les arguments en faveur d'une vitesse de la lumière constante sont nombreux et confirmés par de multiples observations. Ainsi, même en scrutant des phénomènes très lointains, on constate que la vitesse de la lumière est partout la même dans le cosmos. En plus, regarder loin en distance revient à regarder loin dans le temps puisque la lumière se déplace à environ 300 000 km/s. Donc, si j'observe une galaxie située à 2 milliards d'années-lumière, je la vois telle qu'elle était il y a 2 milliards d'années ! Et au-delà des observations, plusieurs expériences pointues ont été menées, certaines grâce à des satellites, pour tenter de trouver les limites de la théorie de la relativité d'Einstein. Et pour le moment, l'édifice d'Einstein, qui a 100 ans, tient toujours debout !

A l'inverse, quels sont les arguments principaux en défaveur d'une vitesse de la lumière constante?

Il y a eu de nombreux modèles qui ont tenté de poser une alternative à la théorie d'Einstein, comme la théorie MOND (MOdified Newtonian Dynamics). Mais pour le moment, expériences et observations donnent l'avantage à Einstein. Il faut bien comprendre tout d'abord que la vitesse de la lumière peut varier et que c'est tout à fait connu : la lumière ne voyage pas à la même vitesse selon le milieu qu'elle traverse. Les fameux 300 000 km/s (exactement 299 792 km/s) s'entendent dans le vide. Dans l'eau, la lumière se propage plus lentement, si on peut dire, à 225 000 km/s. C'est un phénomène physique bien compris et qui ne pose aucun problème théorique. En revanche, le modèle actuel le plus courant de naissance de l'Univers, le Big Bang, repose sur le postulat que la vitesse de la lumière a toujours été la même. Cela engendre des problèmes, notamment comment expliquer que des régions de l'Univers très éloignées soient homogènes si elles n'ont pas pu échanger d'information (qui se propage à la vitesse de la lumière) ? La solution est la théorie de l'inflation où l'univers était suffisamment petit peu après le Big Bang pour que cet échange d'information produise un cosmos primordial homogène avant une très grande inflation (d'où le terme) de la taille. Si on veut éviter l'inflation, alors il faut imaginer que la lumière se propageait beaucoup plus vite au tout début. C'est le postulat de João Magueijo. Et il ne s'agit pas d'une petite variation : il envisage une vitesse 10 puissance 60 fois plus élevée, c'est-à-dire multipliée par 1 suivi de 60 zéros !

Pourquoi cette question est-elle cruciale pour l'étude et la compréhension de l'univers ?

Dans la réponse précédente, je vous ai montré que cette variation éventuelle de la vitesse de la lumière est envisagée pour expliquer une période critique du Big Bang. Or, notre Univers dépend des conditions qui régnaient à ses débuts. On pourrait même dire que l'édifice de notre physique moderne se teste sur sa capacité à décrire correctement ce qui s'est passé voici un peu de 13 milliards d'années lors du Big Bang. Pourquoi ? Parce que des conditions extrêmes (température, pression, etc.) y régnaient et qu'il n'y a rien de mieux pour tester la validité d'une théorie que de la confronter à des conditions extrêmes. Toutefois, aussi séduisante soit l'idée de João Magueijo, il faut reconnaître qu'elle est très loin de faire l'unanimité. Cela ne signifie pas qu'elle doive être balayée d'un revers de la main bien évidemment. N'oublions pas que les idées d'Einstein furent ainsi accueillies avec scepticisme au départ. Einstein lui-même refusa tout d'abord l'une des conséquences de son modèle à savoir précisément le Big Bang. Terme d'ailleurs forgé par un opposant à cette théorie des débuts du cosmos pour s'en moquer ! Aujourd'hui, 100 ans plus tard, la relativité d'Einstein tient toujours et le Big Bang aussi.

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