Voir la vitesse de la lumière : l’expérience visuelle qui défie notre compréhension du réel

Quand la photographie rencontre la relativité restreinte

C’est une avancée qui pourrait bien donner le vertige à quiconque tente de se la représenter mentalement. Des chercheurs ont récemment mis au point une méthode inédite pour imiter la vitesse de la lumière lors de la photographie d’un objet. Cette prouesse technique, qui s’apparente à un mariage audacieux entre l’art photographique et la technologie de pointe, ouvre de nouvelles perspectives pour les études sur la relativité.

Le procédé développé est d’une ingéniosité remarquable : il consiste à assembler de nombreuses « tranches » très fines de lumière se réfléchissant sur un objet. Ce qui n’était jusqu’alors qu’une théorie abstraite devient, grâce à cette approche, une réalité observable.

En lisant ce récit, vous découvrirez comment cette technique permet de visualiser des phénomènes physiques complexes. Les scientifiques ne se contentent plus de calculer ; ils nous donnent désormais à voir ce qui se passe à des vitesses extrêmes, là où notre intuition habituelle de l’espace et du temps ne s’applique plus.

Une théorie centenaire confirmée en 2025

En 2025, une équipe de chercheurs autrichiens a réussi à mettre en évidence un effet de la relativité restreinte théorisé depuis maintenant cent ans. Ce phénomène porte plusieurs noms : l’effet Terrell-Penrose, la rotation de Terrell, ou encore l’effet Lampa-Terrell-Penrose. Il décrit l’idée selon laquelle, lorsqu’un objet voyage à la vitesse de la lumière, toute tentative de le photographier le montrera légèrement tourné.

Pour recréer cet effet dans le cadre d’une expérience concrète, les scientifiques du Vienna Center for Quantum Science and Technology (TU Wien) et de l’Université de Vienne ont combiné l’usage de lasers et de la photographie à haute vitesse. Leur objectif était ambitieux : transformer la vitesse de la lumière en quelque chose que nous pouvons observer de près. Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans la revue évaluée par des pairs, Communications Physics.

Dans leur publication, l’équipe dirigée par l’auteur correspondant Dominik Hornof et l’auteur principal Peter Schattschneider explique la genèse de cette idée. C’est le physicien Anton Lampa qui, le premier, a théorisé ces phénomènes photographiques en 1924. Lampa, qui a lui-même étudié et enseigné à l’Université de Vienne, avait écrit sur ce qu’il croyait qu’il adviendrait de l’apparence d’une tige si elle approchait cette limite de vitesse cosmique.

La surprenante rotation des objets rapides

Trente-cinq ans après les premiers écrits de Lampa, les physiciens Roger Penrose et Nelson James Terrell ont eu séparément la même intuition supplémentaire. Ils ont compris qu’une photographie capturerait l’objet non pas condensé, comme on pourrait s’y attendre, mais bel et bien tourné. En d’autres termes, au lieu de voir une seule face déformée d’un cube, vous passeriez à la vision de deux côtés et du coin qu’ils forment.

Peter Schattschneider a détaillé ce mécanisme complexe dans une déclaration de la TU Wien. Il précise : « Si vous vouliez prendre une photo de la fusée alors qu’elle passait devant vous, vous devriez prendre en compte le fait que la lumière provenant de différents points a pris des durées différentes pour atteindre la caméra. Cela nous donne l’impression que le cube a été tourné. »

Cette observation contredit l’intuition première qui voudrait qu’un objet se contente de rétrécir dans le sens du mouvement. C’est cette nuance fondamentale, théorisée au milieu du XXe siècle, que l’expérience récente a cherché à matérialiser sous nos yeux.

Découper la lumière : la méthode du « mode panoramique »

Toutefois, capturer ce phénomène n’est pas une mince affaire. La vitesse de la lumière est de 299 792 458 mètres par seconde. Nos meilleurs accélérateurs de particules, comme ceux du CERN ou du Fermilab, peuvent s’en approcher, mais pour diverses raisons, nous ne pouvons pas photographier ces particules de la bonne manière ni observer leur forme. Pour contourner cet obstacle, l’équipe de la TU Wien semble s’être inspirée du mode panoramique de l’iPhone : et s’ils découpaient un objet en segments micro-fins pour le photographier, avant d’assembler les tranches en un composite ?

Pour effectuer ce « découpage » de l’objet, ils ont utilisé une configuration similaire à quelque chose que nous cherchons habituellement à éviter : la réflexion aveuglante d’une lumière vive. Dans nos maisons ou nos voitures, nous nous déplaçons pour éviter le pire de ces reflets, mais ils sont exactement ce que l’on recherche lorsqu’il s’agit de micro-photographier la lumière elle-même.

Les chercheurs décrivent leur procédé technique avec précision dans leur étude : « Nous illuminons l’objet avec un laser pulsé et prenons une photo après un certain temps de délai. La lumière réfléchie par les parties de l’objet qui correspondent à la longueur du chemin optique respectif apparaîtra brillante sur cette photo. »

Un cube tordu et un pôle Nord déplacé

En utilisant cette approche novatrice, l’équipe a réussi à raccourcir efficacement la vitesse de la lumière à environ 2 mètres par seconde. Pour vous donner une idée de l’échelle, c’est comme si l’on assemblait près de 150 millions de photos de votre voyage au Grand Canyon pour recréer l’expérience.

Les résultats visuels obtenus sont saisissants. Peter Schattschneider commente ainsi l’aboutissement de leur travail : « Nous avons combiné les images fixes en de courts clips vidéo des objets ultra-rapides. Le résultat était exactement ce à quoi nous nous attendions. Un cube apparaît tordu, une sphère reste une sphère, mais le pôle Nord est à un endroit différent. »

Ces images confirment visuellement ce que les équations prédisaient depuis des décennies. La distorsion n’est pas une simple illusion d’optique, mais la manière dont la réalité se présente à l’observateur lorsque les vitesses deviennent relativistes.

Vers de nouvelles observations de la relativité

L’équipe conclut que cette même configuration expérimentale — ou quelque chose itérant sur les mêmes idées — pourrait être utilisée pour étudier d’autres observations concernant la relativité restreinte. La méthode ouvre ainsi la voie à une meilleure compréhension pédagogique et expérimentale de concepts qui restaient jusqu’ici purement mathématiques.

Cette avancée permet d’imaginer des expériences futures où d’autres paradoxes ou effets relativistes pourraient être simulés en laboratoire, sans avoir besoin d’atteindre des énergies colossales. La lumière, ralentie et découpée, devient un outil d’exploration accessible.

En attendant ces futures découvertes, assurez-vous de tourner vos bons profils (au pluriel) vers la caméra lorsque vous voyagerez à la vitesse de la lumière.

Selon la source : popularmechanics.com

Créé par des humains, assisté par IA.