Pour la première fois, des chercheurs de l’Université technique de Vienne (TU Wien) et de l’Université de Vienne ont réussi à reproduire visuellement une conséquence de la théorie d’Albert Einstein : l’effet Terrell-Penrose, un phénomène de rotation apparente d’un objet se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière.
Pour cela, aucunement besoin de fusée ou d’un accélérateur de particule ; il leur a suffi d’une lumière ralentie et d’une caméra ultra-rapide pour photographier ce que personne n’avait encore vu : la relativité en action. Leur étude à propos de cette expérience a été publiée dans la revue Communications Physics, le 1ᵉʳ mai 2025.
Capturer l’impossible
Depuis qu’Einstein a formulé sa théorie de la relativité restreinte, en 1905, nous savons que le monde se déforme quand on s’approche de la vitesse de la lumière : les objets se contractent (contraction de Lorentz), le temps ralentit, et la perception de la simultanéité des évènements disparaît. Néanmoins, jamais nous n’avions pu visualiser ce phénomène.
En 1959, les physiciens James Terrell et Roger Penrose avaient prédit qu’un objet lancé à une vitesse proche de celle de la lumière ne rétrécirait pas, mais pivoterait sur lui-même. Un effet visuel qui, lui aussi, était resté dans le domaine de la théorie.
Pour le rendre visible, les chercheurs autrichiens ont eu l’idée, contre-intuitivement, de ne pas accélérer l’objet, mais de ralentir virtuellement la lumière. Pour cela, ils ont utilisé des impulsions laser et une caméra ultra-rapide pour imiter le décalage du temps que provoquerait une vitesse proche de celle de la lumière. « Nous avons simulé une vitesse de la lumière réduite à seulement deux mètres par seconde », explique le professeur Peter Schattschneider, de la TU Wien.
La vitesse simulée lors de l’expérience représente donc approximativement 0,000000667 % de la vitesse réelle de la lumière, qui se déplace, elle, à 299 792 458 m/s.
Comme vous pouvez le voir sur l’image ci-dessus, le cliché est assez déroutant. À gauche de l’image, une sphère conserve sa forme (malgré l’effet des lignes laser), mais semble décalée dans le temps. À droite, un cube paraît tourner sur lui-même, pourtant, il ne bouge pas : c’est l’illustration parfaite de l’effet Terrell-Penrose.
C’est exactement ce qu’il arriverait si nous apercevions un objet se déplacer à une vitesse proche de celle de la lumière : la lumière émise par chacune de ses faces ne nous parviendrait pas en même temps. Les photons provenant de l’arrière, par exemple, aurait un trajet jusqu’à nos yeux un peu plus long que ceux venant de l’avant.
Par conséquent, l’image que nous percevons combine des informations issues de plusieurs instants différents du mouvement de l’objet. C’est cette superposition temporelle qui donne ainsi à notre cerveau l’illusion qu’il a pivoté, alors qu’il poursuit son mouvement rectiligne, inchangé dans l’espace.
Cette image change finalement notre rapport à la visualisation de la théorie d’Einstein, qui s’était toujours vérifiée par les équations, sans jamais que nous ne puissions voir, en image, ce qu’elle provoque dans la réalité. Une photo un peu étrange d’un cube tordu par la lumière est celui d’un environnement dans lequel le temps et l’espace sont intrinsèquement liés. Exactement celui qu’avait décrit Einstein en 1905, mais qu’aucun regard humain n’avait pu approcher. À la vue de ce cliché, le physicien allemand se serait certainement exclamé : « Je vous avais dit que tout était relatif ; maintenant, vous pouvez le voir ! ». Plus d’un siècle : c’est le temps qu’il aura fallu pour que la lumière nous montre ce qu’elle cachait, mais cela valait clairement le coup.
- Des chercheurs autrichiens ont réussi à rendre visible un effet relativiste prédit par Einstein, jamais observé jusque-là.
- Grâce à un dispositif laser et une caméra ultra-rapide, ils ont simulé un monde dans lequel la lumière se déplacerait à 2 m/s.
- L’expérience dévoile, en image, comment le temps et l’espace se déforment à des vitesses proches de celle de la lumière.
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