La
relativité restreinte
Albert Einstein
développa la relativité restreinte à partir de deux principes de base. D’abord,
les lois de la physique devaient être les mêmes dans tous les systèmes de
référence, pourvu qu’ils ne soient pas soumis à une accélération. Aucun système
n’était privilégié et il n’existait rien de tel qu’un espace absolu. Ensuite, la vitesse de la
lumière devait être une constante fixe. Elle ne dépendait pas du mouvement de
la source d’émission. Tous les observateurs, quel que soit leur mouvement,
devaient mesurer la même valeur.
Albert Einstein :
Ulm, 1879 – Princeton, 1955
La vitesse de la
lumière
Ce deuxième
principe peut paraître étonnant. Dans la vie de tous les jours, nous sommes
habitués à ce que les vitesses s’additionnent ou se soustraient. Imaginons que
je me trouve dans un train qui roule à 90 kilomètres à l’heure. Je décide
d’aller vers l’avant et me mets à marcher à 10 kilomètres à l’heure par rapport
au train. Pour un observateur à l’extérieur du train, les vitesses
s’additionnent et j’avance en fait à 100 kilomètres à l’heure par rapport au
sol.
Mais ce qui est
vrai dans la vie quotidienne ne l’est plus lorsque l’on considère la lumière.
Imaginons maintenant qu’un photon, qui se déplace à la vitesse de la lumière
dans un laboratoire, en émette un autre par quelque processus physique. Si les
deux photons se dirigent dans le même sens, on s’attendrait à ce que le
deuxième se déplace au double de la vitesse de la lumière par rapport au
laboratoire. En fait, il n’en est rien, le deuxième photon se déplace
exactement à la vitesse de la lumière par rapport au laboratoire.
Ceci peut
paraître étonnant, mais découle directement de l’expérience de Michelson. Celle-ci
montre en effet que la lumière se propage de la même façon dans les directions
parallèle et perpendiculaire au mouvement de la Terre. Sa vitesse est donc
identique dans les deux directions et insensible au déplacement de la
Terre sur son orbite. De nombreuses autres expériences ont d’ailleurs confirmé
cet état de fait.
La fin du temps
absolu
L’alliance des
deux principes précédents allait révolutionner la physique et notre conception
de l’espace et du temps. En particulier, elle allait remettre en cause les
concepts de simultanéité et de temps absolu. Dans la vie de tous les
jours, deux événements simultanés le sont pour tout le monde. Si vous apercevez
deux lampes s’allumer en même temps, n’importe quel autre observateur en
mouvement ou pas les verra également se mettre à briller au même moment.
Pourtant, ce n’est plus le cas en relativité restreinte.
Imaginez qu’avec
un de vos amis vous formiez une équipe d’astronautes chargés de vérifier les
prédictions de la théorie. Vous êtes à bord d’une station spatiale éloignée de
tout champ gravitationnel. Votre ami se trouve dans une navette spatiale
pourvue de propulseurs très puissants lui permettant d’atteindre une vitesse
proche de celle de la lumière. Il va effectuer un passage à grande
vitesse devant la station spatiale, en prenant bien soin de couper ses moteurs
et donc de se déplacer à vitesse constante.
Au moment où il
passe juste devant vous, votre ami fait l’expérience suivante. Il se positionne
exactement au centre de sa navette, allume une lampe et observe la propagation
de la lumière vers l’avant et l’arrière. Puisqu’il se trouve exactement au
centre de la navette, il vérifie bien que la lumière de la lampe atteint les
deux extrémités de la navette au même moment, de façon simultanée.
Depuis la station
spatiale, vous observez cette expérience mais les choses ne sont pas aussi
simples car pour vous la navette est en mouvement. L’arrière de la navette
avance et se précipite vers les rayons lumineux provenant de la lampe, alors
que l’avant au contraire s’en éloigne et tend à retarder le moment de la
rencontre. Pour vous, les rayons de la lampe atteignent donc l’arrière de la
navette avant de toucher l’avant. Les deux événements, qui étaient simultanés
pour votre ami, ne le sont pas pour vous.
Ainsi, avec la
relativité restreinte, la simultanéité n’est plus un concept absolu. Si un
observateur voit deux événements se produire simultanément en deux endroits
distincts, un autre observateur en mouvement par rapport au premier, verra
l’un des deux événements se produire avant l’autre. Un effet étonnant, mais
dont les conséquences ont maintes fois été vérifiées par l’expérience.
Cette perte de la
simultanéité universelle a pour conséquence l’abandon de la notion de temps absolu. En effet, comment
pourrait-on encore parler d’un temps absolu indépendant de toute influence
extérieure si différents observateurs sont incapables de se mettre d’accord sur
la chronologie de deux événements ?
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire