RELATIVITE RESTREINTE

Source: http://www.peiresc.org/DINER/Lexique.pdf

 

La relativité restreinte est une théorie qui exploite le fait que les équations de Maxwell ne sont pas invariantes dans une transformation de Galilée (relativité galiléenne), mais le sont dans une transformation de Lorentz. En fait la théorie de la relativité restreinte découle de deux postulats : Le principe de relativité : les lois de la mécanique et de l'électromagnétisme sont invariantes par rapport à des repères inertiels Le principe de constance de vitesse de la lumière : la vitesse de la lumière est identique pour tous les repères inertiels et indépendante de la vitesse de sa source. Deux principes qui semblent contradictoires pour le sens commun, mais dont la juxtaposition constitue précisément le coeur de la théorie de la relativité telle que l'a conçue Albert Einstein. Car si le premier principe n'est pas tout à fait nouveau, et consiste à étendre à l'électromagnétisme le principe de relativité de Galilée de la mécanique classique, le second a pour conséquence première d'éliminer la possibilité d'existence d'un éther, et de tenir compte ainsi des résultats de l'expérience de Michelson. Ces postulats deviennent compatibles si l'on abandonne les présupposés cinématiques habituels selon lesquels une horloge en mouvement mesure le même temps (« absolu ») qu'une horloge de même fabrication au « repos » et une règle en mouvement a la même longueur qu'une règle de même fabrication au « repos ». Einstein pose à la place une nouvelle cinématique des mesures de longueur et de durée dans laquelle une horloge en mouvement inertiel semble, quand on la compare à une horloge au repos, battre plus lentement (« dilatation du temps ») alors qu'une règle en mouvement inertiel longitudinal semble, quand on la compare à une règle au repos, être plus courte (« contraction des longueurs » ). Ces contractions ne sont pas pour Einstein des effets absolus mais des effets de perspective néanmoins parfaitement observables et donc parfaitement objectifs. L'observateur au repos attribue à la règle en mouvement une longueur inférieure à celle à la règle au repos lorsqu'il la mesure par rapport au repère inertiel en mouvement.. La synchronicité doit être redéfinie en tenant compte des repères inertiels servant à définir le mouvement. C'est d'ailleurs historiquement une réflexion sur la synchronicité, ou l'accord des horloges, qui est à l'origine de la pensée d'Einstein. La nature de ces effets se manifeste clairement si l'on remarque qu'en vertu du principe de relativité ces effets sont réciproques, car on peut toujours considérer que c'est le repère inertiel en mouvement qui est en repos par rapport à l'autre. Ces contractions ne sont donc pas absolues mais relatives, ou apparentes car elles sont inféodées aux circonstances du mouvement relatif. Il est à peine besoin de souligner que les conclusions réciproques des observateurs s'opposent à toute décision concernant un mouvement vrai ou absolu. Dans la théorie de la relativité restreinte les lois de la mécanique et de l'électromagnétisme sont en fait invariantes dans une transformation de Lorentz. Comme celles ci impliquent simultanément l'espace et le temps, on introduit à titre de construction mathématique la notion d'espace–temps comme cadre de tous les évènements de la théorie. On utilise souvent à la place du terme repère le terme observateur. Il ne faut jamais perdre de vue que lorsque l'on parle d'observateur en relativité restreinte il ne s'agit jamais d'un observateur réel, sujet de la connaissance, car on entend par là désigner essentiellement un système de référence auquel est lié l'observateur. Le langage en seul terme d'observateur permet une interprétation idéaliste de la relativité qui masque son objectivité réelle. Il y a là une confusion entre le relatif et le subjectif. Les grandeurs relatives sont aussi réelles que les grandeurs absolues. Les effets relatifs, effets de perspective, sont aussi réels que les effets absolus. Ainsi la vitesse d'un corps est relative au repère considéré, ce qui est un effet tout à fait réel. De fait la longueur n'est pas une caractéristique du corps en soi, ce n'est pas un attribut (pardon Mr. Descartes), mais l'expression du rapport entre le corps et un repère de référence. Il en est de même pour un durée temporelle. Ce rapport au système de référence n'apparaît clairement dans l'expérience qu'à des vitesses voisines de celle de la lumière, ce qui rend difficile de se libérer de l'illusion de la longueur et de la durée absolues. La théorie de la relativité restreinte ne bannit pas de la physique les quantités absolues, mais se livre à une autre classification des quantités absolue et des quantités relatives. Dans la physique classique la longueur et la durée étaient absolues alors que les vitesses étaient relatives. Dans la théorie de la relativité restreinte la longueur et la durée deviennent relatifs, alors qu'apparaît une nouvelle grandeur absolue la vitesse de la lumière ainsi qu'une grandeur tout à fait nouvelle, inconnue de la physique classique, et à caractère absolu, l'intervalle d'espace-temps. Ainsi la théorie de la relativité restreinte n'introduit pas des effets dus à des forces liées à une nouvelle situation dynamique mais se borne à révéler la nature profonde de l'espace et du temps, dont le caractère relatif est masqué aux vitesses bien inférieures à celles de la lumière. En cela Einstein retrouve les contractions de l'espace et du temps déjà introduites par Lorentz et Fitzgerald, pour expliquer les résultats négatifs de l'expérience de Michelson, mais au lieu de les attribuer à l'influence dynamique de l'éther les attribue à la mise en cause de la nature de l'espace et du temps. Ceux ci sont profondément liés à la matière à travers le système de référence. C'est là une des plus grandes révolution de la physique. La relativité restreinte détrône l'espace et le temps habituels au profit d'une entité nouvelle l'espace-temps, ce qui entraîne une reformulation de toute la physique dans un cadre géométrique nouveau, une géométrie à quatre dimensions. Dans cette reformulation la relativité restreinte devient une théorie de l'invariance plutôt que de la relativité. Elle entraîne ainsi une nouvelle géométrisation de la physique, avec en particulier une redéfinition du rôle des grandeurs fondamentales de la mécanique. Ainsi à l'image de l'espace et du temps, l'énergie et l'impulsion s'unifient dans l'espace temps de la relativité restreinte en un seul et même concept intrinsèque, l'entité quadridimensionnelle énergie-impulsion, dite aussi quadri-impulsion. C'est de considérations concernant la quadri-impulsion que découlent deux relations qui jouent un rôle fondamental dans la théorie : une relation qui relie l'énergie, la masse et l'impulsion et la fameuse relation entre l'énergie et la vitesse de la lumière : E = mc2 , qui établi une équivalence entre l'énergie et la masse. Une variation de masse correspond à une variation d'énergie et peut se traduire par l'émission ou l'absorption d'un rayonnement.