Réflexions sur l'observation d'un faisceau de lumière en mouvement 1/2.

Il s’agit de savoir comment se comporte un faisceau de lumière cohérente en mouvement, lorsque l’événement et l’observateur se déplacent à la même vitesse, dans la même direction. Le faisceau de lumière est d’abord orienté dans la direction du mouvement.

fig 1

A, le projecteur de lumière cohérente, et B, la cible, sont fixés aux extrémités d’une barre. La barre AB et l’observateur en O se déplacent de gauche à droite, à la même vitesse v. Les images perçues des deux objets obéissent aux règles que nous avons établies pour une barre simple (Raisonnements 6/8). Qu’en est-il du faisceau de lumière ?

La lumière part de A’’ vers B’’. Mais B’’ se déplace à vitesse v, dans la même direction que la lumière.

Dans le même temps que prend la lumière pour atteindre la cible, la cible s’est déplacée et le projecteur aussi. Le faisceau lumineux qui éclaire la cible B est parti de A’’. Le temps que prend la lumière, pour parcourir la distance A’’B, est égale au temps qu’il faut à la cible pour se déplacer de B’’ à B et, donc, le projecteur de A’’ à A. Cela veut dire que la lumière qui éclaire la cible, B, n’est pas partie de A. Ce qui signifie que le faisceau qui éclaire B n’est pas le même que celui qui part de A et qu’ils se rejoignent quelque part entre les deux. Mais le mouvement de AB est progressif et il y a une multitude de positions intermédiaires entre A’’ et A (B’’ et B). Le faisceau de lumière AB est donc composé d’une multitude de projections lumineuses, venant chacune d’une position antérieure différente du projecteur.
AB, le faisceau de lumière en mouvement, n’est pas un flux continu partant de la source vers la cible. Ce faisceau est composé de projections successives venant du passé. La plus ancienne éclaire la cible. La plus récente quitte le projecteur.
Le faisceau AB est composé de projections passées, à part celle qui sort du projecteur. Néanmoins, cette lumière, qui provient essentiellement des positions passés du projecteur, occupe l’espace AB entre les positions présentes du projecteur et de la cible.
Tout comme la barre AB, le faisceau de lumière est perçu par l’observateur comme étant plus long, ou plus court, ou égale à sa longueur réelle, selon sa position face au faisceau. Pourtant, la vitesse de la lumière est une constante c. Comment peut-elle parcourir des distances différentes en un même temps ?
Nous avons vu que le faisceau n’est pas un seul flux de lumière, qu’il est un assemblage de projections successives. Ce n’est donc pas la vitesse de la lumière qui se modifie, ni l’écoulement du temps. Comme pour la barre, c’est la longueur du faisceau qui change et celle de chacune des projections. C’est par une modification de sa longueur d’onde que le faisceau est perçu comme plus long, ou plus court, qu’il l’est.

Nous avons vu précédemment, dans Raisonnements 6/8, que « si la vitesse de la barre AB (de gauche à droite) est supérieur à la vitesse de l’observateur O (dans la même direction), elle semble se raccourcir. Si la vitesse de AB est inférieure à celle de O, la barre semblera se rallonger. »