La réflexion de la lumière

Une des erreur qui a eu le plus de conséquences en physique concerne un phénomène très simple en apparence : la réflexion de la lumière sur un miroir. Cela dit l’erreur est peut-être justement due à cette impression de simplicité…

Dans les expériences d’optiques, on postule (depuis toujours.. :o ) que la lumière est réfléchie par les miroirs en repartant à la même vitesse qu’elle est arrivée, comme s’il s’agissait d’une simple « balle qui rebondissait sur un mur » en mécanique classique…

La lumière n’a pourtant rien a voir avec une balle faite de matière, elle n’a pas de masse, elle est seulement énergie, elle n’obéit donc à aucun des effets de l’inertie, principale responsable de la conservation des vitesses dans le rebond des objets « massique » à notre échelle. Et on aurait donc du se poser « sérieusement » la question de la conservation de la vitesse de la lumière avant de postuler qu’elle avait la même vitesse dans toutes les directions et dans tout les repères…

Que se passe t’il donc lors de la réflexion de la lumière sur un miroir ? La « réaction » de la lumière au contact d’un obstacle est un processus relativement complexe. Tout d’abord la lumière, composée d’onde électromagnétique, ne « rebondie » pas toujours sur la matière qu’elle rencontre, elle n’est pas toujours réfléchie, selon la nature de la matière qu’elle touche elle peut aussi être absorbée, donc « disparaître » (en fait se transformer en une autre forme d’énergie), ou être réfractée. Bref la lumière « interfère » avec les atomes de la matière qu’elle rencontre d’une façon infiniment plus complexe qu’une balle sur un mur.

Et dans le cas particulier d’un miroir, la lumière peut bien arriver à n’importe quelle vitesse, elle va toujours interagir avec les atomes (et surtout leurs électrons) de la même façon, pour être ré-émise à une vitesse « relative » au miroir lui même, la vitesse de la lumière.

On notera que la fréquence, quantifiant l’énergie d’une onde électromagnétique, est conservée puisque la ré-émission se fait au « rythme » de la réflexion donc l’énergie est conservée. Et puisqu’elle n’a pas de masse cette réduction de vitesse (ou augmentation si la lumière allait « relativement » moins vite que l’objet) n’engendre pas non plus de variation « d’énergie de la lumière » qui est bien conservée.

Voilà, on considère depuis toujours que la lumière « conserve » sa vitesse incidente en « rebondissant » sur un miroir mais ce n’est presque certainement pas le cas, et cette erreur a eu des conséquences importantes puisqu’à la suite de certaines expériences importantes « on » en a postulé rien moins que « la vitesse de la lumière C, est toujours la même, qu’elle soit émise par un objet en mouvement ou au repos »… Le postulat est donc « à moitié vrai » : la lumière a toujours la vitesse C dans le référentiel de tout objet qui en réfléchi ou qui en produit, mais en aucun cas elle n’a la même vitesse dans TOUT les repères (c’est d’ailleurs presque incroyable qu’on ait accépté de croire ça… :o )

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