Quand nous étions enfants, nous étions étonnés que Superman puisse voyager « plus vite qu’une balle de vitesse ». On pourrait même l’imaginer pourchassant un projectile tiré d’une arme à feu, le bras droit tendu et son manteau battant derrière lui. S’il se déplaçait à la moitié de la vitesse de la balle, la vitesse à laquelle la balle s’éloignait de lui serait réduite de moitié. S’il volait réellement plus vite que la balle, il le rattraperait et ouvrirait la voie. Allez Superman !
En d’autres termes, les bouffonneries de vol de Superman obéissaient aux vues de Newton sur l’espace et le temps : que les positions et les mouvements des objets dans l’espace devraient tous être mesurables, par rapport à un cadre de référence absolu et immobile. [source: Rynasiewicz].
Au début des années 1900, les scientifiques ont adhéré à la vision du monde newtonienne. Puis un mathématicien et physicien d’origine allemande nommé Albert Einstein est arrivé et a tout changé. En 1905, Einstein publie sa théorie de la relativité restreinte, qui donne naissance à une idée intrigante : il n’y a pas de cadre de référence privilégié. Tout, y compris le temps, est relatif.
Deux principes importants sous-tendent sa théorie. Le premier soutenait que les mêmes lois physiques s’appliquaient également dans tous les cadres de référence en mouvement constant. Le second a déclaré que la vitesse de la lumière – environ 186 000 miles par seconde (300 000 kilomètres par seconde) – est constante et indépendante du mouvement de l’observateur ou de la source lumineuse. Selon Einstein, si Superman chassait un faisceau de lumière à la moitié de la vitesse de la lumière, le faisceau continuerait à s’éloigner de lui exactement à la même vitesse [source: Stein, AMNH.org].
Ces concepts semblent trompeusement simples, mais ils ont des implications intrigantes. L’une des plus importantes est représentée par la célèbre équation d’Einstein E = mc², où E est l’énergie, m la masse et c la vitesse de la lumière.
Selon cette équation, la masse et l’énergie sont la même quantité physique et peuvent être converties l’une en l’autre. En raison de cette équivalence, l’énergie qu’un objet possède en raison de son mouvement augmente sa masse. En d’autres termes, plus un objet se déplace rapidement, plus sa masse est importante. Ceci n’est perceptible que lorsqu’un objet se déplace très rapidement. Par exemple, s’il se déplace à 10 % de la vitesse de la lumière, sa masse n’est que de 0,5 % supérieure à la normale. Cependant, lorsqu’il se déplace à 90% de la vitesse de la lumière, sa masse double [source: LBL.gov].
Lorsqu’un objet s’approche de la vitesse de la lumière, sa masse augmente fortement. Lorsqu’un objet tente de parcourir 186 000 miles par seconde, sa masse devient infinie, tout comme l’énergie nécessaire pour le déplacer. Pour cette raison, aucun objet normal ne peut voyager aussi vite ou plus vite que la vitesse de la lumière.
Cela répond à notre question, mais amusons-nous un peu et modifions légèrement la question.