La relativité restreinte est un sujet très compliqué à assimiler, qui peut relever du surréaliste s'il est mal compris. Pourtant, et je vous l'assure, c'est entièrement vrai. Ou du moins, cela colle parfaitement avec les observations... Par ailleurs, il vous faudra, pour le comprendre, oublier toute votre pensée intuitive du temps et de l'espace.
La première chose relativement surprenante est l'origine de la théorie en question. Effectivement, celle-ci n'est basée que sur 2 phénomènes:
- On ne peut pas définir un mouvement fondamental par rapport à un autre (exemple: dans l'espace, il est impossible démontrer si c'est la lune qui tourne autour de la Terre ou si c'est la Terre qui tourne autour de la lune*). Pour cela, nous avons besoin d'un objet dit "référentiel" mais ce n'est fondamental que par rapport à ce référentiel...
- La vitesse de la lumière est invariante
*En réalité, on peut tout de même dire que c'est la lune qui tourne autour de la Terre par rapport aux autres objets dans le ciel. Cette conclusion n'est réellement valide que dans la situation où il n'existe que ces deux objets dans tout l'univers...
Vous ne faites pas le rapprochement? Non, bien sûr, les pensées qui ont abouti à cette théorie sont si poussées que l'on doit celles-ci au génie du très célèbre mathématicien: Albert Einstein!
Alors,accrochez-vous et soyez concentrés, vous en aurez besoins.
On a souvent tendance à prendre un train pour illustrer le phénomène de la relativité restreinte. Pour ma part, je trouve qu'il est préférable d'utiliser un vaisseau spatial, non pas pour le style, mais pour la facilité à comprendre le phénomène.. Effectivement, le vaisseau à l'avantage de se mouvoir dans le vide, contrairement au train qui a besoin d'une surface pour rouler. Commençons par un principe simple.
D'après le premier point, on comprend que, si l'on prend l'exemple d'un vaisseau avançant rectilignement et à vitesse constante (disons, 100 km/h), et d'une planète fixe non soumise à la gravité d'une étoile,on peut définir les lois du mouvement de la même manière,dans les 2 cas. Il est impossible, si l'on se déplace rectilignement à vitesse constante, de savoir si l'on se déplace ou non. Même avec l'instrument le plus précis au monde. Ce pourquoi les lois sont les mêmes dans ce genre de circonstances et en étant fixe. Pour mieux illustrer ce phénomène,prenons 2 observateurs;l'un d'eux se trouvant dans un vaisseau avançant rectilignement à vitesse constante (que l'on appellera "observateur 1"), l'autre sur la planète fixe (que l'on appellera "observateur 2"). si l'observateur 1 décide de lancer une balle, et ce à une vitesse de 5 km/h; eh bien, étant donné que l'on ne peut définir qui des 2 observateurs se déplace, l'observateur 1 pourra se voir fixe tandis que c'est l'observateur 2 qui se déplace. S'il est fixe, alors la balle qu'il lance se déplacera dans le vaisseau à 5 km/h. a l'inverse, pour l'observateur 2, c'est bien l'observateur 1 qui se déplace. La balle devrait donc être plaquée contre le fond du vaisseau...Pour éviter ce paradoxe, les lois de l'univers font que la balle aura comme vitesse 105 km/h (la vitesse infligée à celle-ci additionnée à la vitesse du vaisseau) afin que l'observateur 1 voit la balle se déplacer à 5 km/h par rapport à lui (puisqu'il va à 100 km/h) et donc que le paradoxe n'est pas lieu. C'est la relativité galiléenne (en hommage à son créateur: Galilée).
D'après le second point, la vitesse de la lumière est une constante fondamentale (ce pourquoi elle est souvent représentée par le C de constante dans les équations). autrement dit, elle ne change jamais (elle est d'ailleurs de 299 792 456 m/s, elle fait donc environ 3 aller-retour Paris-New-York en 1 seconde). Ce qui implique que, rien de ce qui fut épelé ci-dessus ne s'applique à la lumière. Nous voilà confrontés à un autre problème... Si l'observateur 1 allume une lampe torche orientée vers l'avant du vaisseau, la lumière paraîtra différente pour chaque observateurs. Pour le n°1, c'est le n°2 qui avance; le vaisseau est fixe. La lumière touche donc l'avant du vaisseau au bout d'environ 3,335640952 x 10^-13 (0.0000000000003335640952) seconde. Pour le n°2, c'est le vaisseau qui se déplace. Il voit donc la lumière toucher l'avant du vaisseau au bout d'environ 4,262207883 x 10-7 (0,0000004262207883).
Et quand la vitesse du vaisseau atteint près de 99,995 % de la vitesse de la lumière, 6 mois passés dans le vaisseau équivalent à 50 ans pour quelqu'un resté sur la planète! C'est là que l'on arrive sur le paradoxe des jumeaux. Si un des deux jumeaux embarque dans un vaisseau allant à cette vitesse pendant un mois, il retrouvera son frère âgé de 8 ans de plus que lui! Et plus on approche de ces 299 792 458 m/s , plus le temps est "réduit". Et ce, indéfiniment.
Cependant, il faut éclaircir un autre point. Le temps et l'espace sont "liés". Il forment l'espace-temps. Le tiret est important car ils sont tous bonnement liés. L'un ne va pas sans l'autre (du moins dans la plupart des cas, la relativité en faisant parti). Cela implique que, l'espace est lui aussi "rétréci" tel le temps. On parle de contraction des longueurs. Reprenons nos deux observateurs. Le n°1, toujours dans le même vaisseau, va atteindre une vitesse suffisante pour que les effets de la contraction des longueurs soient flagrants à ses yeux. Le n°2, lui, ne bouge pas. Il observe. Comme dans le cas du temps, l'espace paraît différent dans les deux cas. pour le n°1, c'est (toujours) le n°2 qui se déplace. Il voit donc l'observateur et sa planète contractés, réduits. Pour le n°2, c'est bel et bien le n°1 qui se déplace et c'est lui et son vaisseau qu'il voit contracté. En fait, pour l'observateur n°1, il voit tous ce qui est en dehors du vaisseau contracté, réduit.
Voilà pour ce qui est des principes de base de la relativité restreinte. Ce qui ensuit à ces principe est si compliqué qu'il faudra des heures pour tout expliquer et pour que vous compreniez.
Alors,accrochez-vous et soyez concentrés, vous en aurez besoins.
On a souvent tendance à prendre un train pour illustrer le phénomène de la relativité restreinte. Pour ma part, je trouve qu'il est préférable d'utiliser un vaisseau spatial, non pas pour le style, mais pour la facilité à comprendre le phénomène.. Effectivement, le vaisseau à l'avantage de se mouvoir dans le vide, contrairement au train qui a besoin d'une surface pour rouler. Commençons par un principe simple.
D'après le premier point, on comprend que, si l'on prend l'exemple d'un vaisseau avançant rectilignement et à vitesse constante (disons, 100 km/h), et d'une planète fixe non soumise à la gravité d'une étoile,on peut définir les lois du mouvement de la même manière,dans les 2 cas. Il est impossible, si l'on se déplace rectilignement à vitesse constante, de savoir si l'on se déplace ou non. Même avec l'instrument le plus précis au monde. Ce pourquoi les lois sont les mêmes dans ce genre de circonstances et en étant fixe. Pour mieux illustrer ce phénomène,prenons 2 observateurs;l'un d'eux se trouvant dans un vaisseau avançant rectilignement à vitesse constante (que l'on appellera "observateur 1"), l'autre sur la planète fixe (que l'on appellera "observateur 2"). si l'observateur 1 décide de lancer une balle, et ce à une vitesse de 5 km/h; eh bien, étant donné que l'on ne peut définir qui des 2 observateurs se déplace, l'observateur 1 pourra se voir fixe tandis que c'est l'observateur 2 qui se déplace. S'il est fixe, alors la balle qu'il lance se déplacera dans le vaisseau à 5 km/h. a l'inverse, pour l'observateur 2, c'est bien l'observateur 1 qui se déplace. La balle devrait donc être plaquée contre le fond du vaisseau...Pour éviter ce paradoxe, les lois de l'univers font que la balle aura comme vitesse 105 km/h (la vitesse infligée à celle-ci additionnée à la vitesse du vaisseau) afin que l'observateur 1 voit la balle se déplacer à 5 km/h par rapport à lui (puisqu'il va à 100 km/h) et donc que le paradoxe n'est pas lieu. C'est la relativité galiléenne (en hommage à son créateur: Galilée).
D'après le second point, la vitesse de la lumière est une constante fondamentale (ce pourquoi elle est souvent représentée par le C de constante dans les équations). autrement dit, elle ne change jamais (elle est d'ailleurs de 299 792 456 m/s, elle fait donc environ 3 aller-retour Paris-New-York en 1 seconde). Ce qui implique que, rien de ce qui fut épelé ci-dessus ne s'applique à la lumière. Nous voilà confrontés à un autre problème... Si l'observateur 1 allume une lampe torche orientée vers l'avant du vaisseau, la lumière paraîtra différente pour chaque observateurs. Pour le n°1, c'est le n°2 qui avance; le vaisseau est fixe. La lumière touche donc l'avant du vaisseau au bout d'environ 3,335640952 x 10^-13 (0.0000000000003335640952) seconde. Pour le n°2, c'est le vaisseau qui se déplace. Il voit donc la lumière toucher l'avant du vaisseau au bout d'environ 4,262207883 x 10-7 (0,0000004262207883).
[J'ai moi-même effectué les calculs...]
Il y a donc un décalage. Il est certe minime mais il est présent. Et bien que minime, il peut augmenter de façon considérable si la vitesse du vaisseau est plus élevée. A 80% de la vitesse de la lumière, l'observateur 1 verra la lumière toucher l'avant du vaisseau en 0,0000000000003335640952 secondes environ (cela n'a pas changé) mais le n°2, lui, la verra toucher l'avant du vaisseau en 0,8000003336 secondes environ. Dans ce cas, la différence n'est pas négligeable. A plus grande échelle (sur plusieurs années par exemple) la différence est énorme...Et quand la vitesse du vaisseau atteint près de 99,995 % de la vitesse de la lumière, 6 mois passés dans le vaisseau équivalent à 50 ans pour quelqu'un resté sur la planète! C'est là que l'on arrive sur le paradoxe des jumeaux. Si un des deux jumeaux embarque dans un vaisseau allant à cette vitesse pendant un mois, il retrouvera son frère âgé de 8 ans de plus que lui! Et plus on approche de ces 299 792 458 m/s , plus le temps est "réduit". Et ce, indéfiniment.
Cependant, il faut éclaircir un autre point. Le temps et l'espace sont "liés". Il forment l'espace-temps. Le tiret est important car ils sont tous bonnement liés. L'un ne va pas sans l'autre (du moins dans la plupart des cas, la relativité en faisant parti). Cela implique que, l'espace est lui aussi "rétréci" tel le temps. On parle de contraction des longueurs. Reprenons nos deux observateurs. Le n°1, toujours dans le même vaisseau, va atteindre une vitesse suffisante pour que les effets de la contraction des longueurs soient flagrants à ses yeux. Le n°2, lui, ne bouge pas. Il observe. Comme dans le cas du temps, l'espace paraît différent dans les deux cas. pour le n°1, c'est (toujours) le n°2 qui se déplace. Il voit donc l'observateur et sa planète contractés, réduits. Pour le n°2, c'est bel et bien le n°1 qui se déplace et c'est lui et son vaisseau qu'il voit contracté. En fait, pour l'observateur n°1, il voit tous ce qui est en dehors du vaisseau contracté, réduit.
Voilà pour ce qui est des principes de base de la relativité restreinte. Ce qui ensuit à ces principe est si compliqué qu'il faudra des heures pour tout expliquer et pour que vous compreniez.
Samuel. lpx
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