Théorie de la relativité

 

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einstein.gif (38069 octets)Qu'est ce qui a bien pu conduire Albert Einstein a conclure que tu vis dans un espace quadridimensionnel (trois coordonnées d'espace et une de temps), avec des règles qui raccourcissent et des horloges qui ralentissent en fonction de ton état de mouvement? Tout le problème tourne autour de la relativité de la notion de mouvement, d'où le nom de théorie de la relativité (sous entendu du mouvement). Ce qui se cache derrière ce nom devient plus simple si tu regardes le mouvement du soleil depuis son lever jusqu'à son coucher. Toi complètement immobile, tu verras le soleil décrire un grand arc de cercle au dessus de ta tête. Mais au fait, es tu réellement immobile? Non, bien sûr, car nous savons depuis Galilée que ceci n'est qu'une illusion et que nous vivons en réalité, nous terriens, sur un bolide en rotation constante autour du soleil. De ce nouveau point de vue, le soleil est immobile et c'est nous qui bougeons. Mais ceci aussi est une illusion, car par rapport a notre galaxie, le soleil est entraîné dans un gigantesque tourbillon.

Quand à notre galaxie on sait aujourd'hui qu'elle s'éloigne des autres galaxies à une vitesse tout à fait vertigineuse:

Le même résultat est obtenu si l'on groupe les galaxies proches les unes des autres. Les amas ainsi formés sont eux aussi en mouvement les uns par rapport aux autres:

La conclusion de tout ceci est que parler d'un mouvement absolu est un pur non-sens. Tout ce que tu peux faire c'est parler du mouvement d'un objet par rapport à un autre pris comme point de repère. Voilà le point de départ de la théorie de la relativité.

Et après? Tout ceci est bien évidemment très ennuyeux. Si d'aventure, tu as l'impression de te déplacer à vitesse constante, hop, un simple changement de repère et te voilà tout à fait immobile. N'existe-t-il vraiment aucun moyen de conserver toujours la même vitesse, quel que soit le point de repère que l'on choisit pour la mesurer? Reformules la question autrement. Existe-t-il dans la nature quelque chose qui se déplace et ne pourra jamais être arrêté? Mais bon sang c'est bien sûr! Il suffit de se transformer en rayon de lumière. C'est la grande découverte d'Albert Einstein que de supposer que seule la lumière ne s'arrête jamais et se déplace donc toujours avec la même vitesse (désignée conventionnellement par la lettre c). Cette vitesse absolue et immuable est voisine comme tu le sais peut-être de 300.000 km.s-1. Si on admet cette hypothèse, alors il devient possible de transformer le temps t en une distance parcourue x = c×t. Temps et espace peuvent donc être désormais intimement mélangés par cette simple multiplication par une constante garantie immuable.

Le reste de la théorie est une simple salade mathématique assez indigeste pour le commun des mortels destinée à rendre compte de manière élégante des résultats expérimentaux (expérience de Michelson-Morley, loi d'addition des vitesses, masse relativiste, etc...). Les conséquences importantes à retenir, c'est que les notions de longueur, de temps et de masse, deviennent dorénavant dépendantes de la vitesse v à laquelle tu te déplaces. Plus exactement si l, t et m désignent respectivement, la taille, la durée et la masse mesurée pour un objet dans son propre repère (où il se voit immobile), ces quantités deviennent L, T et M dans un autre repère où ce même objet se déplace à la vitesse v:

C'est ce facteur b, nécessaire pour assurer la constance de la vitesse de la lumière dans tous les repères, qui est responsable du raccourcissement desclock.gif (3953 octets) règles, du ralentissement des horloges et du gain de masse avec la vitesse. Un monde où les règles ont toujours la même longueur quelle que soit la vitesse de déplacement serait tel que b = 1, ce qui impliquerait que la vitesse de propagation de la lumière soit infinie. Malheureusement pour toi un tel monde n'existe pas, et malgré le vertige procuré par une vitesse de 300.000 km parcourus en une seconde, ce nombre reste désespérement fini et infranchissable pour toute particule matérielle.

Une autre conséquence importante de la théorie de la relativité est que les concepts de masse et d'énergie deviennent complètement équivalents selon la relation célèbre: E = m×c2. Connaissant l'énergie E et l'impulsion pc = [E2 - m02c4]1/2, la vitesse s'obtient facilement en divisant l'impulsion par la masse: v = p/m = c×[1-(m0/m)2]1/2, valeur qui ne peut en aucun cas devenir supérieure à c. Cette équivalence masse énergie trouve son point culminant dans l'existence de l'anti-matière, en tout point semblable à la matière normale (au signe de la charge près), mais qui s'annihilent l'une l'autre dès qu'elles se rencontrent...

Bien sûr, quand la théorie fut formulée en 1905, tout cela parassait absolument incroyable et loufoque. De nos jours, la situation a bien changée car toutes les expériences réalisées en ce domaine depuis cette date ont donné des résultats conformes à la théorie. Comment en effet nier l'équivalence masse-énergie après les tristes expériences d'Hiroshima et de Nagasaki qui ont fait plusieurs millions de morts en une fraction de seconde?nuclbomb.gif (3072 octets)La nature est bel et bien relativiste, et l'existence de la bombe atomique est là pour nous en convaincre.

undercon.gif (4369 octets)Cette page a été mise à jour le 22/09/99.