La relativité restreinte est l'une des théories les plus fortement validées que l'humanité ait jamais conçues. Il est au cœur de tout, des voyages dans l'espace et du GPS à notre réseau électrique. Au cœur de la relativité se trouve le fait que la vitesse de la lumière dans le vide est une constante absolue. Le problème est, ce fait n'a jamais été prouvé.

Quand Einstein a proposé la théorie de la relativité, c'était pour expliquer pourquoi la lumière avait toujours la même vitesse. A la fin des années 1800, on pensait que puisque la lumière voyage comme une onde, il doit être porté par une sorte de matériau invisible connu sous le nom d'« éther lumineux ». Le raisonnement était que les ondes nécessitent un médium, comme le son dans l'air ou les vagues dans l'eau. Mais si l'éther existe, alors la vitesse observée de la lumière doit changer au fur et à mesure que la Terre se déplace dans l'éther. Mais les mesures pour observer la dérive de l'éther se sont avérées nulles. La vitesse de la lumière semblait constante.

Einstein a découvert que le problème était de supposer que l'espace et le temps étaient absolus et que la vitesse de la lumière pouvait varier. Si à la place, tu as supposé que la vitesse de la lumière était absolue, l'espace et le temps doivent être affectés par le mouvement relatif. C'est une idée radicale, mais il est soutenu par chaque mesure de la vitesse constante de la lumière.

Mais plusieurs physiciens ont souligné que si la relativité suppose que la vitesse dans le vide de la lumière est une constante universelle, il montre également que la vitesse ne peut jamais être mesurée. Spécifiquement, la relativité vous interdit de mesurer le temps qu'il faut à la lumière pour voyager d'un point A à un point B. Pour mesurer la vitesse de la lumière dans une direction, vous auriez besoin d'un chronomètre synchronisé à chaque extrémité, mais le mouvement relatif affecte le taux de vos horloges par rapport à la vitesse de la lumière. Vous ne pouvez pas les synchroniser sans connaître la vitesse de la lumière, que vous ne pouvez pas savoir sans mesurer. Ce que vous pouvez faire est d'utiliser un seul chronomètre pour mesurer le temps aller-retour de A à B de retour à A, et c'est ce que fait chaque mesure de la vitesse de la lumière.

Étant donné que toutes les mesures de vitesse aller-retour de la lumière donnent un résultat constant, vous pourriez penser que vous pouvez simplement diviser le temps par deux et l'appeler un jour. C'est exactement ce qu'Einstein a fait. Il a supposé que le temps aller-retour était le même. Nos expériences sont en accord avec cette hypothèse, mais ils sont également d'accord avec l'idée que la vitesse de la lumière venant vers nous est 10 fois plus rapide que sa vitesse s'éloignant de nous. La lumière n'a pas besoin d'avoir une vitesse constante dans toutes les directions, il doit juste avoir une vitesse aller-retour "moyenne" constante. La relativité tient toujours si la vitesse de la lumière est anisotrope.

Si la vitesse de la lumière varie avec la direction de son mouvement, alors nous verrions l'univers d'une manière différente. Quand on regarde les galaxies lointaines, nous regardons en arrière car la lumière met du temps à nous atteindre. Si la lumière lointaine nous atteint rapidement dans une certaine direction, nous verrions l'univers dans cette direction comme plus ancien et plus étendu. La lumière plus rapide nous atteint, moins nous verrions de « retour dans le temps ». Puisque nous observons un cosmos uniforme dans toutes les directions, cela montre sûrement que la vitesse de la lumière est constante.

Bien, pas assez, comme le montre une nouvelle étude. Il s'avère que si la vitesse de la lumière varie avec la direction, il en va de même pour la contraction des longueurs et la dilatation du temps. L'équipe a examiné les effets de la lumière anisotrope sur un modèle relativiste simple connu sous le nom d'univers de Milne. Il s'agit essentiellement d'un univers jouet de structure similaire à l'univers observé, mais sans toute la matière et l'énergie. Ils ont découvert que l'anisotropie de la lumière provoquerait des effets de relativité anisotrope dans la dilatation du temps et l'expansion cosmique. Ces effets annuleraient les aspects observables d'une vitesse de lumière variable. En d'autres termes, même si l'univers était anisotrope en raison d'une vitesse variable de la lumière, il paraîtrait encore homogène.

Il semble donc que la cosmologie simple ne soit pas non plus en mesure de prouver l'hypothèse d'Einstein sur la vitesse de la lumière. Parfois, les idées les plus fondamentales de la science sont les plus difficiles à prouver.