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title: 'What I have to know about light'
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visible: true
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####The speed of the light

#####The light propagates

Lorsque j'appuie sur l'interrupteur pour allumer la lumière, la pièce où je me trouve passe instantanément de l'obscurité à la lumière. 

!!! REFLEXION&nbsp; &nbsp; &nbsp;: Lorsque j'allume la lampe, LA LUMIERE EST ? partout et instantanément ? Ou bien LA LUMIERE SE PROPAGE ? progressivement avec une certaine vitesse ?
!!
!! INDICES : même lumière allumée, il reste des zones d'ombre, des zones obscures :  difficile à expliquer si la lumière ne se propage pas, et si elle ne peut pas être absorbée par certaines surfaces.

Je vois que la lumière est issue de l'ampoule électrique, et je sais que je la vois parce qu'elle entre dans mes yeux. 

Lorsque je regarde l'ampoule, la lumière émise par celle-ci parcourt en ligne droite la distance qui sépare l'ampoule de mes yeux. Si je vois les murs et les objets dans la pièce éclairée, c'est que la lumière de l'ampoule s'est dabord dirigée en ligne droite vers chaque point de la surface de ces objets. Chacun de ces points a rediffusée la lumière reçue dans toutes les directions, et l'une de ces directions correspond au trajet emprunté par la lumière jusqu'à mes yeux. Ainsi pour chaque objet que je vois dans mon champ de vision, la lumière correspondante a parcouru une distance différente depuis l'ampoule à mes yeux. Depuis l'instant unique où j'allume la lumière, la lumière diffusée par les différents murs et objets devrait me parvenir à des instants différents. Si la lumière se propageait à la vitesse de 30 centimètres par seconde, je verrais d'abord s'illuminer l'ampoule car le trajet direct entre l'ampoule et mes yeux est le plus court et donc celui parcouru le plus rapidement. Se révèleraient ensuite à ma vue progressivement les objets et portions de murs situés en avant de l'ampoule. Les objets et les portions de murs situés au-delà de l'ampoule m'apparaîtraient progressivement en dernier, car liés aux trajets les plus longs parcourus par la lumière.

![](light-propagation-tr-615.png)

Si j'ai l'impression que la pièce s'illumine instantanément, c'est que la lumière reçue directement depuis l'ampoule et la lumière diffusée par tous les murs et les objets semblent atteindre mes yeux en même temps. Il ne devrait pas en être ainsi si la lumière se déplaçait à une vitesse finie. De cette instantanéïté perçue de l'éclairement, je pourrais en déduire que la lumière n'a pas de vitesse, que "la lumière est" ou "la lumière n'est pas", ou alors qu'elle se propage à une vitesse infinie ce qui revient au même. Cette impression est trompeuse, et n'est due qu'à mon incapacité à distinguer des évènements qui parviennent à mes sens à des instants très proches dans le temps.

! PLUS LOIN&nbsp; &nbsp; &nbsp;: Notre conscience ne perçoit pas deux évènements distincts espacés de moins de un vingtième de seconde comme deux évènements distinctes. Ainsi, un film est constitué de photos prises à un rythme minimum d'environ 20 photos par seconde, et projetés à cette même fréquence. A 20 photos projetés par seconde notre oeil perçoit une photo différente chaque 5 millièmes de secondes, mais notre conscience perçoit ces séquences comme un mouvement continue. Il en est de même pour notre oreille. En-deça de 20 battements secs par seconde, notre ouïe perçoit la succession temporelle des battements individuels. Au delà de 20 battements par seconde, notre conscience attribue une hauteur (plus ou moins grave ou aigü) à un son perçu comme continu.
!
! 5 millièmes de seconde semble être l'ordre de grandeur d'une durée caractéristique du fonctionnement de notre processus de conscience. Toute action du monde extérieur sur nos sens, aussi brève soit-elle dans le temps, se traduit en terme de prise de conscience par un évènement de durée minimum de l'ordre de 5 millisecondes. 5 millisecondes semble être le quantum de temps du processus de conscience humaine.


Le première mise en évidence de la propagation de la lumière et mesure de sa vitesse est due à 

#####La vitesse de la lumière dans le vide : c

Nous savons aujourd'hui que lorsqu'elle se déplace **dans le vide, la lumière, parcours une distance de 300 000 kilomètres en 1 seconde** (_la valeur exacte est 299 792,458 km/s_). La vitesse de la lumière est souvent représentée par la lettre $`c`$. Cette vitesse dans le vide est indépendante de la couleur. La lumière visible faisant partie des ondes électromégntiques, c est donc la vitesse de toute onde électromagnétique dans le vide, indépendamment de sa fréquence ou sa longueur d'onde. 

**$`c\:\approx\:300\,000\:km/s`$**

La lumière a une *vitesse très grande* : dans le vide *la lumière parcourt une distance qui correspond à* **7,5 fois le tour de la Terre chaque seconde**. 

Si j'exprime une même vitesse en nombre de kilomètres parcourus par heure (unité km/h) puis en nombre de mètres parcourus par seconde (m/s), voici quelques éléments de comparaison :
* vitesse d'un piéton : $`4\:km/h\:\simeq\:1\:m/s`$ 
* vitesse d'une voiture : $`100\:km/h\:\simeq\:28\:m/s`$ 
* vitesse d'un avion de ligne : $`1000\:km/h\:\simeq\:280\:m/s`$ 
* vitesse d'un satellite en orbite basse : $`28\,800\:km/h\:\simeq\:8000\:m/s`$ 
* vitesse de la lumière : $`1\,080\,000\,000\,000\:km/h\:\simeq\:300\,000\,000\:m/s`$ 

Elle est ainsi **3500 fois plus rapide qu'un satellite artificielle** <!--qui tourne autour de la Terre à 400 kilomètres d'altitude-->, **un million de fois plus rapide qu'un avion de ligne**.

La lumière a une *vitesse très petite* si je pense aux immenses distances entre les corps célestes et la durée d'une vie humaine. J'indique ci-après la durée de trajet de la lumière jusqu'à moi, lorsqu'elle est émise par les corps célestes suivants :
* la lune : $`1\:seconde`$ 
* le soleil : $`8\:minutes`$ 
* l'étoile la plus proche de la Terre (Proxima du Centaure) : $`4,24\:années`$ 
* le centre de notre propre galaxy (Galaxy) : $`26\;700\:années`$ 
* la galaxy la plus proche (Andromède, encore appelée M31) : $`2\;500\;000\:années`$ 

!! NOTE&nbsp; &nbsp; &nbsp;: Faire de l'astronomie, c'est regarder dans le passé, un passé d'autant plus éloigné que le corps céleste observé est lointain.

*La planète Mars est l'une des deux planètes voisines de la Terre* (l'autre étant Vénus). La distance entre les planète Mars et la Terre varie entre 56 millions de kilomètres lorsqu'elles sont au plus proche, à 377 millions de kilomètres lorsqu'elles sont le plus éloignées l'une de l'autre, de part et d'autre du soleil. Ainsi **un signal envoyé à un rover martien prend entre 3 minutes et 21 minutes pour franchir la distance entre la terre et mars et parvenir au rover**. Et il faudra compter au minimum le double pour obtenir la réponse à une question posée à un astronaute qui sera à la surface martienne, le signal devant faire l'aller et le retour. 


#####Vitesse c : "plus" qu'une simple vitesse




Lorsque j'appuie sur l'interrupteur pour allumer la lumière, la pièce où je me trouve passe instantanément de l'obscurité à la lumière. Je vois que la lumière est issue de l'ampoule électrique, et je sais que je la vois parce qu'elle entre dans mes yeux. 

Lorsque je regarde l'ampoule, la lumière émise par celle-ci parcourt en ligne droite la distance qui sépare l'ampoule de mes yeux. Si je vois les murs et les objets dans la pièce éclairée, c'est que la lumière de l'ampoule s'est dabord dirigée en ligne droite vers chaque point de la surface de ces objets. Chacun de ces points a rediffusée la lumière reçue dans toutes les directions, et l'une de ces directions correspond au trajet emprunté par la lumière jusqu'à mes yeux. Ainsi pour chaque objet que je vois dans mon champ de vision, la lumière correspondante a parcouru une distance différente depuis l'ampoule à mes yeux. Depuis l'instant unique où j'allume la lumière, la lumière diffusée par les différents murs et objets devrait me parvenir à des instants différents. Si la lumière se propageait à la vitesse de 30 centimètres par seconde, je verrais d'abord s'illuminer l'ampoule car le trajet direct entre l'ampoule et mes yeux est le plus court et donc celui parcouru le plus rapidement. Se révèleraient ensuite à ma vue progressivement les objets et portions de murs situés en avant de l'ampoule. Les objets et les portions de murs situés au-delà de l'ampoule m'apparaîtraient progressivement en dernier, car liés aux trajets les plus longs parcourus par la lumière.

Si j'ai l'impression que la pièce s'illumine instantanément, c'est que la lumière reçue directement depuis l'ampoule et la lumière diffusée par tous les murs et les objets semblent atteindre mes yeux en même temps. Il ne devrait pas en être ainsi si la lumière se déplaçait à une vitesse finie. De cette instantanéïté perçue de l'éclairement, je pourrais en déduire que la lumière n'a pas de vitesse, que "la lumière est" ou "la lumière n'est pas", ou alors qu'elle se propage à une vitesse infinie ce qui revient au même. Cette impression est trompeuse, et n'est due qu'à mon incapacité à distinguer des évènements qui parviennent à mes sens à des instants très proches dans le temps.

! NOTE&nbsp; &nbsp; &nbsp;: Notre conscience ne perçoit pas deux évènements distincts espacés de moins de un vingtième de seconde comme deux évènements distinctes. Ainsi, un film est constitué de photos prises à un rythme minimum de 20 photos par seconde, et projetés à cette même fréquence. Notre oeil perçoit une photo différente chaque 50 millièmes de secondes, mais notre conscience perçoit ces séquences comme un mouvement continue. Il en est de même pour notre oreille. En-deça de 20 battements secs par seconde, notre ouïe perçoit la succession temporelle des battements individuels. Au delà de 20 battements par seconde, notre conscience attribue une hauteur (plus ou moins grave ou aigü) à un son perçu comme continu.

Le première mise en évidence de la propagation de la lumière et mesure de sa vitesse est due à 

#####The speed of the light in vacuum

Nous savons aujourd'hui que la lumière se propage dans le vide à une vitesse c très proche de 
$`c\:\approx\:300\,000\:km/s`$ (km/s : kilometres par seconde)
or $`c\:\approx\:186\,000\:mi/s`$ (mi/s : miles par seconde)

Cette vitesse est à la fois très grande : elle parcourt en une seconde une distance qui correspond à 7,5 fois le tour de la Terre. Elle est ainsi 3500 fois plus rapide qu'un satellite artificielle qui tourne autour de la Terre à 400 kilomètres d'altitude, un million de fois plus rapide qu'un avion de ligne.

If I express the same speed in number of miles traveled per hour (unit mph), in number of kilometers per hour (unit km/h) and then in number of meters per second (m/s), here are some elements of comparison:
* vitesse d'un piéton : $`3.2\:mph\:\simeq\:5\:km/h\:\simeq\:1.4\:m/s`$ 
* vitesse d'une voiture : $`60\:mph\:\simeq\:100\:km/h\:\simeq\:28\:m/s`$ 
* vitesse d'un avion de ligne : $`625\:mph\:\simeq\:1000\:km/h\:\simeq\:280\:m/s`$ 
* vitesse d'un satellite en orbite basse : $$`18\,000\:mph\:\simeq\:28\,800\:km/h\:\simeq\:8000\:m/s`$ 
* vitesse de la lumière : $`3.2\:mph\:\simeq\:1\,080\,000\,000\,000\:km/h\:\simeq\:300\,000\,000\:m/s`$ 