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L’étrange effet Terrell-Penrose : quand les objets semblent tourner à la vitesse de la lumière

 Auteur: Mathieu Gagnon
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L’étrange effet Terrell-Penrose : quand les objets semblent tourner à la vitesse de la lumière
Crédit: lanature.ca (image IA)

Un vieux mystère de la physique prend enfin vie

credit : lanature.ca (image IA)
Imaginez un objet qui passe devant vous si vite, presque à la vitesse de la lumière, qu’il semble non seulement plus court, mais aussi… tordu, comme s’il tournait sur lui-même. Ça ressemble à de la science-fiction, n’est-ce pas ? Eh bien, c’est un effet bien réel, prédit il y a plus de 60 ans, que des scientifiques ont enfin réussi à visualiser. Une expérience assez étonnante vient de confirmer cette idée un peu folle, connue sous le nom d’effet Terrell-Penrose.

Les bizarreries de la vitesse lumière

credit : lanature.ca (image IA)
On sait depuis Einstein que voyager très, très vite change les choses. C’est sa fameuse théorie de la relativité restreinte. L’une des conséquences les plus connues est la contraction des longueurs. Un professeur de l’université de Vienne, Peter Schattschneider, l’explique simplement : « Supposez qu’une fusée passe à côté de nous à 90 % de la vitesse de la lumière. Pour nous, elle n’a plus la même longueur qu’au décollage, elle est 2,3 fois plus courte. »

Ce qui est encore plus curieux, c’est que pour les gens dans la fusée, c’est nous, sur Terre, qui semblons tout petits et contractés. C’est une question de point de vue, en quelque sorte. Mais ce n’est pas tout.

L’effet Terrell-Penrose : plus qu’un simple rétrécissement

En 1959, deux physiciens, James Terrell et Roger Penrose, ont prédit un autre effet encore plus étrange. Ils ont dit que les objets, sauf s’ils sont parfaitement sphériques, sembleraient non seulement plus courts, mais aussi comme s’ils avaient subi une rotation. Une sphère, elle, reste une sphère. Elle est symétrique de tous les côtés, la chanceuse. Mais une règle ou un cube, par exemple, donnerait l’impression de pivoter sur lui-même.

Terrell l’a écrit noir sur blanc : un objet comme une règle « semblera, lors d’un mouvement rapide […], avoir subi une rotation, et non une contraction ». C’est une idée qui a de quoi faire tourner la tête !

Une simple histoire de timing de la lumière

Mais pourquoi cet effet de rotation ? La réponse est étonnamment simple, si on y réfléchit bien. Tout est une question de temps. Quand vous regardez un objet qui fonce à toute vitesse, la lumière qui part de l’arrière de l’objet met plus de temps à vous arriver que celle qui part de l’avant. Enfin… non, c’est plus subtil. Pour que les deux rayons lumineux (celui de l’avant et celui de l’arrière) arrivent à vos yeux en même temps, celui de l’arrière a dû partir un tout petit peu plus tôt.

Ce décalage dans le temps de parcours de la lumière crée cette illusion. Comme l’expliquait Penrose, la lumière de la partie arrière nous atteint en venant de derrière l’objet, car l’objet s’est déplacé entre-temps. C’est ce qui nous donne l’impression que le cube est tordu.

L’expérience ingénieuse qui a tout visualisé

credit : lanature.ca (image IA)
Évidemment, on ne peut pas envoyer un cube à 80 % de la vitesse de la lumière dans un laboratoire. Les chercheurs ont donc été très malins. Ils ont utilisé des impulsions laser extrêmement courtes et une caméra à très haute vitesse. C’est un peu comme s’ils avaient ralenti la lumière pour pouvoir l’observer.

Deux étudiants, Victoria Helm et Dominik Hornof, ont mené l’expérience. Ils ont filmé des éclairs laser se reflétant sur un cube et une sphère. En décalant légèrement l’objet entre chaque prise, ils ont recréé exactement ce que l’on verrait si la lumière se déplaçait à seulement 2 mètres par seconde. C’est une astuce géniale pour voir l’invisible.

Les résultats : un cube tordu et une sphère… toujours ronde

credit : lanature.ca (image IA)
En assemblant toutes leurs images, les scientifiques ont créé de courtes vidéos. Et le résultat ? C’était exactement ce que la théorie avait prédit ! On y voit un cube, se déplaçant à 80 % de la vitesse de la lumière, qui apparaît complètement tordu. La sphère, elle, voyageant à 99,9 % de la vitesse de la lumière, reste une sphère parfaite. Seul petit détail : son pôle Nord semble s’être déplacé, comme si elle avait été tournée.

« Le résultat était exactement celui que nous attendions », a confié le professeur Schattschneider. Une belle preuve que les théories, même les plus anciennes, peuvent encore nous surprendre.

Quand une vieille théorie prend enfin vie sous nos yeux

credit : lanature.ca (image IA)
Cette expérience est bien plus qu’une simple curiosité de laboratoire. C’est la confirmation visuelle, la preuve par l’image, d’une prédiction faite il y a plus de soixante ans. Grâce à cette technique, ce qui n’était que des équations sur un bout de papier est devenu quelque chose de concret, de visible.

Cela nous rappelle que l’univers dans lequel nous vivons a des règles bien plus étranges et fascinantes que ce que notre quotidien nous laisse imaginer. Et c’est formidable de voir que la science continue, encore et toujours, à lever le voile sur ces mystères.

Selon la source : iflscience.com

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.

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