La trajectoire de la lumière est effectivement déviée aux abords d'un objet massif comme le soleil ou un trou noir. La théorie de la relativité générale d'Einstein montre en effet que toute forme d'énergie est sujette à la gravitation. Ainsi la lumière, bien que sans masse propre, possède une certaine énergie qui subit l'attraction gravitationnelle de corps massifs proches.
Einstein remplace le concept Newtonien d'une force gravitationnelle agissant dans un espace "plat" par l'idée que les corps célestes se déplacent librement dans un espace-temps (à 4 dimensions) courbé localement par la présence d'une forte concentration de masse comme celle du soleil ou d'un trou noir. A seulement 2 dimensions, cette courbure peut se représenter par le creux formé par une bille au centre d'un drap tendu (le drap représente l'espace-temps et la bille l'objet massif). La lumière suit toujours le chemin le plus direct dans l'espace-temps. Ce chemin ne sera pas une droite, mais une courbe dans un espace-temps déformé par la présence d'un objet massif.
La lumière ne peut s'échapper d'un trou noir, car il faudrait une vitesse supérieure à celle de la lumière pour arriver à sortir du puits de l'espace-temps formé par l'énorme concentration de masse qu'est le trou noir. La lumière reste donc piégée à l'intérieur de l'horizon (au rayon de Schwarzschild) du trou noir. Rien de ce qui se passe à l'intérieur de cet horizon ne pourra jamais être transmis vers l'extérieur. Nous n'avons donc pas moyen d'observer ce qui se passe dans un trou noir, mais à priori il n'y a aucune raison que la lumière y ait une vitesse différente de 300 000 km/s. Elle est donc contrainte à tourner en rond à l'intérieur de l'horizon du trou noir.
Pour revenir plus précisément à votre question, admettons qu'un rayon laser soit émis juste à l'extérieur de l'horizon d'un trou noir dans une direction opposée à celui-ci. Le rayon laser va réussir à sortir du puits de l'espace-temps du trou noir et sa vitesse sera toujours la même, soit 300 000 km/s. Il n'y aura aucun ralentissement de la lumière. Cependant, un faisceau laser initialement bleu, va apparaître rouge, voire infrarouge à un observateur distant. Ce décalage vers le rouge d'origine gravitationnelle correspond à une perte d'énergie de la lumière, car l'énergie transportée par une "particule" de lumière (un photon) est inversement proportionnelle à sa longueur d'onde, qui augmente du bleu vers le rouge. Ce n'est donc pas la vitesse de la lumière qui est affectée par la gravitation, mais uniquement son énergie, qui ne dépend pas de la vitesse.
La lumière parcours TOUJOURS 300 000 km à la seconde dans le vide. Pour des observateurs se déplaçant à de grandes vitesses les uns par rapport aux autres, ce qui change, ce n'est pas la vitesse de la lumière, mais la durée de la seconde et la longueur d'un km !
Notre description de la lumière avec nos mesures actuelles de temps et d'espace est qu'elle se déplace dans l'espace et dans le temps. Il n'est cependant pas exclu que nous considérerons dans quelques décennies que c'est une illusion que la lumière se déplace dans le temps et l'espace, et que sa réelle nature est intemporelle ...
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Cette réponse a été préparée par Marc.Turler@obs.unige.ch