Qu’est-ce qui peut dépasser la vitesse de la lumière ?

Une onde électromagnétique est le résultat du couplage d’un champ électrique et d’un champ magnétique qui varient en fonction du temps. À ce titre, la lumière est une onde électromagnétique qui est désignée très souvent en science par le terme de célérité. En effet dans le vide, la lumière a sa propagation qui est sous la forme d’une ligne droite par rapport à sa vitesse. Selon la théorie de la relativité développée par Einstein, il n’existe aucun objet ou particule capable de surpasser la vitesse de la lumière quand il évolue dans le vide. Cependant, il existe des phénomènes susceptibles de permettre à une particule ou à un objet de surpasser la vitesse de propagation de la lumière dans un milieu autre que le vide. Nous vous en disons plus à ce sujet ici.

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L’effet Vavilov-Tcherenkov, une particule qui franchit le « mur de la lumière »

C’est un phénomène qui a été observé par les physiciens russes Segueï Vavilov et Pavel Tcherenkov et qui a permis à Tcherenkov d’obtenir le prix Nobel de Physique en 1958. Il s’agit d’une sorte de flash lumineux qui se produit lorsqu’une particule chargée arrive à se mouvoir plus rapidement que la lumière dans un milieu autre que le vide.

En effet, quand un rayonnement lumineux se déplace dans l’eau ou dans le verre par exemple, il se retrouve ralenti. Ce ralentissement vient du fait de l’indice de réfraction de la lumière dudit milieu. Cet indice est de 25 % pour l’eau, de 33 % pour le verre et de 60 % pour le diamant. Toutefois, cet indice de réfraction ne s’applique pas aux autres particules. Sachant qu’un faisceau d’électrons ou de protons peut se mouvoir à une vitesse proche de la célérité dans ces milieux, on se retrouve alors dans une configuration où la lumière qui est ralentie va moins vite que la particule.​​

De plus, si la particule est une particule chargée, son passage provoque une polarisation des couches électroniques des atomes du milieu. Ce qui entraîne une émission de lumière par les atomes. C’est cette émission de lumière qui est appelée l’effet Vavilov-Cherenkov.

L’expansion de l’univers, quand l’espace peut être plus rapide que la lumière

Le phénomène d’expansion de l’univers peut être comparé à un ballon gonflé à l’hélium sur lequel sont accolées des pastilles. Plus le ballon prendra de taille, plus l’espace entre les pastilles augmentera, sans que les pastilles changent de position.

Une étude des physiciens Alain Guth et Andreï Linde a déterminé qu’à la suite du Big Bang, l’univers aurait connu une phase d’expansion brusque et soudaine. Durant cette phase, sa taille aurait augmenté de 10 exposants 30 dans un laps de temps très court. Selon une théorie, qu’ils ont développée par la suite, pour qu’un phénomène pareil soit possible il aurait fallu que l’univers se dilate à une vitesse extrêmement rapide. Cette vitesse doit forcément être plus rapide que la vitesse de propagation de la lumière dans le vide.

Cependant, suivant le principe de la relativité restreinte, cette vitesse de propagation ne peut pas être comparée à la célérité. Et ceci pour deux raisons. La première est que seul l’espace se dilate, les objets avec une masse ne se déplacent pas. Ils sont juste entraînés par l’expansion. La seconde raison vient du fait que l’expansion n’est pas caractérisée par une vitesse, mais par un taux d’expansion. On retient de cela que l’univers en expansion ne peut pas être comparé à la vitesse de la lumière.

L’intrication quantique

Encore appelé enchevêtrement quantique, il s’agit d’un phénomène au cours duquel deux particules ou groupes de particules forment un seul et même système. Les deux composants du système présentent des états quantiques qui dépendent l’un de l’autre, peu importe la distance qui sépare les deux.

À partir de cet instant, les particules ne peuvent plus être décrites séparément, car la mesure physique de l’une des particules implique instantanément la mesure de l’autre. Cette mesure instantanée donne dans un premier temps l’impression que celle-ci s’est faite à une vitesse plus grande que celle de la lumière.

Cependant, la réalité est tout autre. En effet, l’intrication est un processus durant laquelle aucune information n’est échangée entre les deux particules. L’instantanéité qui en résulte n’est donc considérée que comme étant un simple processus mathématique, qui ne peut pas être vu comme une vitesse effective. Ce phénomène n’est donc pas comparable à la vitesse de la lumière.

Les trous de ver ou la définition du voyage supraluminique

Dans l’univers, il est impossible de voyager plus vite que la lumière. Néanmoins, certains scientifiques ont imaginé des raccourcis qui permettent de connecter deux régions de l’espace-temps. C’est notamment le cas du trou de ver, qui se décrit comme une configuration dans laquelle une partie de l’espace-temps est repliée sur elle-même, pour former une sorte de « tunnel ».

Cette théorie découle de celle de la relativité générale d’Einstein et défend qu’en empruntant ce raccourci on puisse voyager sur de grandes distances en très peu de temps. Ce type de voyage est appelé voyage supraluminique. Cependant, il faut préciser une chose. Dans le cas où un voyageur viendrait à emprunter un trou de ver, il s’agirait uniquement d’un raccourci spatio-temporel qui n’affecte pas la vitesse effective du voyageur. Sa vitesse demeurerait donc toujours inférieure à celle de la lumière.