Sciences

Römer et la découverte de la finitude de la vitesse de la lumière

VidéoClassé sous :physique , vitesse de la lumière , Romer

L'astronome danois Olaus Römer démontra en 1676 que la vitesse de la lumière est finie. La méthode qui fut utilisée pour cela est expliquée ici par des acteurs. Cette vidéo reconstitue en effet une discussion qui s'est peut-être déroulée entre Römer et son collègue Jean-Dominique Cassini.

Descartes a parfois été tourné en dérision, en comparaison de Galilée et Newton qui ont fondé leur physique sur l'expérience et pas seulement sur des raisonnements et des calculs mathématiques. Ainsi, selon certains, Descartes aurait affirmé que la vitesse de la lumière était infinie. Une analyse serrée de son œuvre montre qu'en réalité cela n'était pas vraiment le cas. Le mathématicien et philosophe avait fini par envisager une vitesse finie, bien qu'extrêmement grande. Il avait même examiné la possibilité de tester cette hypothèse avec les éclipses de Lune.

Galilée, de son côté, avait conduit une expérience sur Terre avec un collaborateur. Ils se sont tous les deux placés sur des collines : l'un devait découvrir une lanterne en premier et le second faire de même dès qu'il observait la lanterne. Un décalage entre les deux observations, du fait du temps d'aller et de retour de la lumière pouvait alors indiquer que la vitesse était finie et permettre de la mesurer. Le résultat nul de l'expérience conduisit finalement Galilée à une conclusion similaire à celle de Descartes : si la lumière se déplace bien à vitesse finie, contrairement à ce que pensait l'immense majorité de ses contemporains, sa célérité devait être très grande.

Römer n'avait pas mesuré la vitesse de la lumière

C'est finalement l'astronome danois Olaus Römer qui démontra que la vitesse de la lumière est bien finie : il l'expliqua publiquement le 7 décembre 1676. Remarquablement, Römer va lui aussi utiliser une éclipse de lune pour aboutir à son résultat, mais avec Io, l'un des quatre satellites de Jupiter découvert par Galilée. Comme son collègue Jean-Dominique Cassini à l'observatoire de Paris avant lui, Römer avait remarqué de curieux décalages dans la périodicité des éclipses de Io qui se produisait tantôt avec du retard tantôt avec une avance, selon que Jupiter était éloignée ou proche de la Terre au cours de leur mouvement autour du Soleil. Cassini avait déjà envisagé que ce phénomène pouvait être dû à une vitesse finie pour la lumière avant de rejeter l'hypothèse, constatant qu'on ne voyait rien de similaire avec les autres lunes de Jupiter.

Römer ne fut pas arrêté pas cette constatation mais, connaissant les imprécisions sur les déterminations du rayon de la Terre qui se répercutaient sur les estimations des distances dans le Système solaire, il se borna à affirmer une vitesse finie pour la propagation de la lumière sans donner une valeur précise. C'est finalement le physicien, astronome et mathématicien hollandais Christian Huygens qui en donna la première estimation dans son Traité de la Lumière : environ 200.000 km/s. La valeur admise actuellement, ou plus exactement fixée par définition est de 299.792,458 km/s dans le vide. Elle est différente, moins grande, dans les milieux matériels.

© Université Paris-Sud