La vitesse relative fait référence à la vitesse et à la direction d’un objet par rapport à une autre référence. Il n’y a pas de référence standard pour une vitesse relative ; cependant, certaines références, comme le sol, sont beaucoup plus pratiques que d’autres. Grâce à ce principe, il est possible de décrire le même objet comme ayant plusieurs vitesses différentes, chacune avec un référentiel différent. Cependant, la vitesse de la lumière n’est pas une vitesse relative dans ce sens.
Typiquement, toutes les vitesses doivent être relatives à un certain référentiel inertiel. Tout référentiel dans l’espace qui n’accélère pas convient également. La surface de la Terre est une bonne approximation pour un référentiel inertiel lorsque les distances en jeu ne sont pas trop grandes. C’est parce que de petites zones semblent être plates et stationnaires; c’est-à-dire que les objets semblent être au repos lorsqu’ils se déplacent à la même vitesse que le sol. Lorsque les distances deviennent trop grandes, il n’est plus logique de donner des vitesses par rapport au sol – en raison de la rotation de la Terre, différentes parties du globe se déplacent dans des directions différentes.
Par exemple, il est entendu qu’une vitesse de 70 miles (112.7 kms) par heure sur l’autoroute est relative au sol stationnaire. C’est parce que la surface de la Terre tourne autour de son noyau et que la Terre se déplace autour du soleil. Le système solaire lui-même tourne autour du centre de la galaxie de la Voie lactée, et ainsi de suite. Par conséquent, une vitesse n’est utile que lorsqu’elle est relative à un cadre de référence. Une limite de vitesse sur autoroute est en fait une limite de vitesse relative.
L’astronome danois Ole Christensen Rømer a mesuré pour la première fois la vitesse de la lumière en 1676. Il a comparé le temps qu’il a fallu à la lumière pour voyager depuis la lune Io de Jupiter lorsque la Terre était à différentes distances de celle-ci. Lorsque la Terre était plus éloignée de Jupiter, il a fallu sensiblement plus de temps pour que la lumière arrive. À l’insu de Rømer, cependant, la lumière ne se comporte pas de la même manière que la matière ordinaire. La vitesse de la lumière, et de tous les rayonnements électromagnétiques, est constante, peu importe qui l’observe.
En 1905, le physicien allemand Albert Einstein a proposé la théorie selon laquelle le mouvement d’un observateur n’affecte pas la vitesse de la lumière. Cette percée a servi de base à la théorie de la relativité restreinte. Ses implications, bien que rarement perceptibles dans la vie de tous les jours, sont d’une grande portée dans le domaine de la physique. En substance, le principe signifie que la vitesse de la lumière n’est pas une vitesse relative au sens précédent. Au contraire, le temps lui-même dépend du mouvement d’un observateur.