Effet Scharnhorst

L'effet Scharnhorst est un phénomène hypothétique dans lequel la vitesse de la lumière serait légèrement plus grande entre deux plaques conductrices alignées qu'elle ne l’est dans le vide (299 792 458 m/s). Cet effet a été prévu par Klaus Scharnhorst de l'université de Humboldt à Berlin, en Allemagne^[1], mais aussi par Gabriel Barton de l'université du Sussex à Brighton en Angleterre. Scharnhorst avait analysé mathématiquement l'électrodynamique quantique pour montrer comment l'effet pourrait surgir.

En raison du principe d'incertitude de Heisenberg, un espace vide est rempli en fait de particules subatomiques dites « virtuelles ». Il s’agit des fluctuations du vide. Pendant qu'un photon traverse un tel vide, il interagirait avec ces particules virtuelles, voire, serait absorbé par celles-ci en provoquant ainsi une vraie paire d'électron-positron. Cette paire est instable, et s’annihile rapidement pour produire un photon identique à celui qui a été précédemment absorbé.

Scharnhorst a montré que la création d'une paire d'électron-positron semblerait abaisser effectivement la vitesse de la lumière observée dans le vide, car ces particules sont de vitesse inférieure à celle de la lumière ; une conséquence de cette affirmation est la prévision de ce que la vitesse d'un photon sera augmentée si elle voyage entre deux plaques de Casimir^[2]. En effet, en raison de la place limitée entre les deux plaques, quelques particules virtuelles correspondant aux fluctuations du vide auront des longueurs d'onde trop grandes pour "exister" entre les plaques conductrices. Ceci rend la densité effective des particules virtuelles entre les plaques inférieure à la densité à l’extérieur des plaques ; par conséquent, un photon qui voyage entre ces plaques mettra moins de temps en interagissant avec les particules virtuelles parce qu'il y en a moins pour le ralentir.

L'effet final sera d'augmenter la vitesse apparente de ce photon. Plus les plaques sont étroites, plus la densité virtuelle de particules est faible, et plus la vitesse du photon sera élevée^[3]. Cependant, l'effet ainsi prévu est minuscule. Un photon voyageant entre deux plaques qui sont distantes d’un micron n’augmenterait ainsi la vitesse du photon que d'un facteur (relatif) de 10^-36^[4], c'est-à-dire d'environ 1 angström par milliard d'années.

Ce changement de la vitesse de lumière est bien trop petit pour être détectable, ce qui empêche l'effet Scharnhorst d'être confirmé expérimentalement. D'autre part, l’effet Scharnhorst, bien que supraluminique, ne pourrait (même en principe) être utilisé pour contrevenir au principe de causalité^[5].

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Scharnhorst effect » (voir la liste des auteurs).

↑ (en) K. Scharnhorst, « On propagation of light in the vacuum between plates », Physics Letters B, vol. 236, n^o 3,‎ février 1990, p. 354–359 (DOI 10.1016/0370-2693(90)90997-K)
↑ M. Chown, « Can photons travel 'faster than light'? », New Scientist, vol. 126, n^o 1711,‎ 1990, p. 32 (Bibcode 1990NewSc.126...32B, lire en ligne)
↑ J. G. Cramer, « FTL Photons », sur Analog Science Fiction & Fact Magazine, décembre 1990 (consulté le 26 novembre 2009)
↑ « Secret of the vacuum: Speedier light », Science News, vol. 137, n^o 19,‎ 1990, p. 303 (lire en ligne)
↑ S. Liberati, S. Sonego et M. Visser, « Faster-than-c signals, special relativity, and causality », Annals of Physics, vol. 298, n^o 1,‎ 2002, p. 167–185 (DOI 10.1006/aphy.2002.6233, Bibcode 2002AnPhy.298..167L, arXiv gr-qc/0107091)

Liens externes

(en) Stefano Liberati, Sebastiano Sonego, Matt Visser : « Faster-than-c signals, special relativity, and causality » (partie 1)
(en) Stefano Liberati, Sebastiano Sonego, Matt Visser : « Faster-than-c signals, special relativity, and causality » (partie 2)
(en) F. A. Barone, C. Farina : « Scharnhorst effect for a general two-parameter lagrangian density », auteurs:
(en) Heidi Fearn : « Can Light Signals Travel Faster than c in Nontrivial Vacuua in Flat space-time? Relativistic Causality II »

Voir aussi

Portail de la physique

[1] (en) K. Scharnhorst, « On propagation of light in the vacuum between plates », Physics Letters B, vol. 236, n^o 3,‎ février 1990, p. 354–359 (DOI 10.1016/0370-2693(90)90997-K)

[2] M. Chown, « Can photons travel 'faster than light'? », New Scientist, vol. 126, n^o 1711,‎ 1990, p. 32 (Bibcode 1990NewSc.126...32B, lire en ligne)

[3] J. G. Cramer, « FTL Photons », sur Analog Science Fiction & Fact Magazine, décembre 1990 (consulté le 26 novembre 2009)

[4] « Secret of the vacuum: Speedier light », Science News, vol. 137, n^o 19,‎ 1990, p. 303 (lire en ligne)

[Liberati-5] S. Liberati, S. Sonego et M. Visser, « Faster-than-c signals, special relativity, and causality », Annals of Physics, vol. 298, n^o 1,‎ 2002, p. 167–185 (DOI 10.1006/aphy.2002.6233, Bibcode 2002AnPhy.298..167L, arXiv gr-qc/0107091)

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