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© Thierry PERIAT
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Quand la balle de tennis rencontre un mur, elle rebondit. Cela tient au fait que le mur représente une barrière de potentiel dans l'espace des positions ; il est infranchissable pour cet objet.
Les molécules d’un gaz, même parfait, n’ont pas une vitesse unique et uniforme, sauf entre deux collisions ; elles ont une vitesse moyenne.
La vitesse de la lumière, quant à elle, ne peut pas dépasser une limite précise, c, valant environ trois cent mille kilomètres par seconde (299 792 458 m/s); quoiqu’il arrive.
Alors qu’on peut imaginer que les photons interfèrent entre eux (les ondes interfèrent), ces interférences agissent toujours de telle sorte que la vitesse c n’est jamais dépassée.
|| v || < c
Tout se passe comme si le vide équivalait à une barrière de potentiel agissant dans l’espace des vitesses sans pour autant empêcher la propagation dans l’espace des positions spatio-temporelles.
Comment ceci est-il possible ?
Certaines voitures récentes sont équipées de régulateurs de vitesses qui soulagent un peu leurs propriétaires du contrôle visuel incessant qu’ils doivent porter au tableau de bord. Les conducteurs traversant les immenses étendues américaines apprécient ce dispositif.
Tout porte à penser que les photons portent en eux ou au travers de leurs interactions un dispositif analogue, au détail près qu’aucun dépassement n’est admis.
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Une attitude scientifique-type consiste à savoir ne pas tout prendre pour argent comptant, à accepter de se poser des questions parfois incongrues ou osées, et à leur trouver des réponses établies rationnellement. Celle contenue dans le titre de ce paragraphe fait partie des interrogations à la limite de ce qui peut s'accepter aujourd'hui.
Elle semble mettre en doute le fait admis que la lumière se propage et, sans explication supplémentaire, elle risque de choquer. J’ose la poser à cause d’une expérience observée il y a fort longtemps à l’entrée du Palais de la Découverte (Paris : https://www.palais-decouverte.fr/). Mon père m’y avait emmené pour initier ma culture scientifique et il a eu fichtrement raison de le faire.
Non loin de l’entrée il y avait une sorte d’aquarium sans eau représentant une ficelle perchée sur une multitude de grandes allumettes montant et descendant verticalement de manière probablement synchrone. En arrivant à proximité de cet assemblage, les yeux voyaient d’abord une corde ondulante donnant l’impression de se propager de gauche à droite comme une vague.
Ce n’est que dans un second temps, en prenant le temps d’analyser plus longuement l’ensemble des mouvements en jeu, qu’ils découvraient avoir été bernés par une illusion d’optique. La corde ne se déplaçait pas d’un iota.
Cette expérience illustre à merveille le doute contenu dans ma question. Il n’y répond pas mais il introduit deux notions étudiées bien plus tard dans les cours de physique des universités : celle d’onde stationnaire et celle d’oscillateur harmonique.
Le son se propage dans l’air et il existe une limite supérieure à cette vitesse que les avions à réaction dépassent en nous le signalant par un bruit assourdissant : ils franchissent le mur du son.
La lumière se propage dans l’air et dans de nombreux milieux matériels, y compris les milieux biologiques [01], ainsi que dans le vide. A chaque fois, il existe une limite supérieure à cette vitesse. Lorsqu’elle est dépassée dans les milieux matériels, l’effet Vavilov-Tcherenkov (EVT) [02], [03], apparaît.
Il y a une exception remarquable à double titre dans la description de ces faits :
• la vitesse de propagation de la lumière dans le vide ne peut pas être dépassée et il n’y a donc pas d’EVT dans le vide ;
• le vide n’est pas un milieu matériel comme le démontrent parfaitement les expériences de Morley et Michelson [04], [05 ; annexe 9.A, pp. 335-339].
La question peut paraître saugrenue mais elle ne l’est pas lorsque le raisonnement induit par les conclusions des expériences de Morley et Michelson est poussé dans ses limites. La lumière se propage même en l’absence de milieu matériel : c’est un fait indéniable.
La lumière donne donc l’impression (l’illusion ?) d’être un médium transportant informations et énergies en l’absence d’un quelconque support permettant cette transmission. Tout se passe comme si elle se suffisait à elle-même, ce qui constitue en soi une énigme et un défi au bon sens.
Le bon sens pousse à trouver ce que les allemands appellent un « ersatz », autrement dit un objet de substitution, à l’absence de milieu. Ce rôle revient en l’état actuel de nos connaissances aux champs. Ceux-ci se sont subrepticement substitués à la notion d’éther devenue totalement taboue.
Cette modification des termes du débat permet d’accepter l’idée que l’onde électromagnétique (la lumière) a des propriétés matérielles et qu’elle peut interférer avec les champs de gravitation. C’est d’ailleurs bien ce qui a été observé lors de l’éclipse du 29 mai 1919 [06], une observation qui a permis de valider la théorie la théorie de la gravitation d'A.Einstein ; voir une présentation dans [07].
Mais pouvons-nous pour autant en déduire que la lumière se propage dans un champ de gravitation et que ce non-milieu matériel encore nommé « vide interstellaire » est simplement un champ de gravitation de taille cosmique ?
A priori, rien ne s’oppose à cette vision de la réalité à cause de l’universalité des champs de gravitation et de leur similitude avec les champs d’accélération (principe d’équivalence). La sémantique suivante semble donc recevable, acceptable : « La lumière se propage dans un champ de gravitation ; il est le médiateur universel recherché ».
Pour autant, la dualité onde-particule de la mécanique quantique [08] et l’interaction matière - champ de gravitation de la théorie de la relativité générale [06] ne font que modifier les termes du problème lié à la compréhension du mécanisme de propagation de la lumière.
Elles n’explicitent pas les détails de ce mécanisme puisque deux phénomènes au moins restent inexpliqués :
• Comment la lumière interagit-elle avec les champs de gravitation (d’accélération) et pourquoi le mécanisme de cette interaction interdit-il de dépasser la valeur c ?
• Puisque la lumière se propage aussi dans la matière et que toute matière génère des champs de gravitation, le mécanisme d’interaction qui aurait été décrit pour le vide peut-il s’extrapoler aux milieux matériels ou se comprendre comme un cas limite de ce qui se passe lorsque la densité volumique de matière devient infinitésimale ?
Ces questions peuvent être posées autrement :
• La lumière étant elle-même une forme d’énergie, toute forme d’énergie pouvant être la source d’un champ de gravitation, les photons interagissent-ils avec eux-mêmes et avec un champ de gravitation externe à leur propre champ, comment ? Sont-ils leur propre médiateur ?
• Quel processus régulateur contenu dans cette auto-interaction assure-t-il simultanément :
o l’invariance de la vitesse de propagation [03],
o la non-dépendance de cette vitesse vis-à-vis de l’énergie transportée dans le vide (la lumière ne se fatigue pas) ?
A part les défis posés pour le millénium par l’Institut Clay [09], il n’y a pas de problème plus difficile à résoudre.
[01] Tom Rohmer. Propagation de la lumière dans les tissus biologiques par méthode de Monte Carlo par Chaînes de Markov. Méthodologie [stat.ME]. 2011.⟨dumas-00623050⟩(https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-00623050v1).
[02] Qu’est-ce que le rayonnement de Cherenkov ? Informations données par l’IAEA [en ligne] à l’adresse (https://www.iaea.org/fr/newscenter/news/quest-ce-que-le-rayonnement-de-tcherenkov) et consultée le 2 octobre 2026.
[03] Effet Cherenkov ; LARADIOACTIVITE.COM [en ligne] accessible à l’adresse (https://laradioactivite.com/articles/le-phenomene/effet_cherenkov) et consultée le 2 octobre 2026.
[04] Michelson A. and Morley E.: “On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. Originally published in “The American Journal of Science”, N° 203 November 1887 (Editors James D. and Edward S. Dana; associated editors: Prof. A. Gray, J. P. Cooke, and J. Trowbridge, of Cambridge, Prof. H.A. Newton, and A. E. Verrill of New Haven; Prof. G. F. Barker of Philadelphia. Third series, Vol. XXXIV.- (Whole number, CXXXIV).
[05] Lennuier, R., Gal, P.-Y., Perrin, D. : Mécanique des particules, champs; collection U, © Librairie Armand Colin, Paris 1970, 363 pages.
[06] Waleed Mouhali : En 2019, l’éclipse de soleil qui démontra la relativité générale ; The Conversation (version française) [en ligne], à l’adresse (https://theconversation.com/en-1919-leclipse-de-soleil-qui-demontra-la-relativite-generale-194078) article publié le 15 novembre 2022 à 5:55pm.
[07] Petropoulos, P. M. : Relativité générale, la gravitation en une leçon et demie, Conférence X–ENS–UPS de Physique Année 2017, 29 pages.
[08] Cohen-Tanoudji, C., Diu B. et Lalöe F. : Mécanique quantique tome I ; collection ``Enseignement des sciences'', nouvelle édition revue, corrigée et augmentée de 1977, ISBN 2-7056-5733-9, v1, © 1973 Hermann Paris.
[09] Site de l’Institut Clay ; www.claymath.org.
Page mise à jour le 17 octobre 2026