La théorie de la relativité restreinte d’Albert Einstein explique comment une modification de la vitesse d’un objet affecte les mesures de son temps, de son espace et de sa masse.
Les expériences qui ont permis d’établir une théorie de l’électromagnétisme ont montré que les ondes d’un champ électromagnétique (que nous voyons sous forme de lumière) traversent l’espace vide à la vitesse de 299 792 458 mètres par seconde (environ 186 000 miles par seconde).
Jamais plus vite. Jamais plus lentement.
Cette vitesse limite unique est également la même quelle que soit la vitesse de déplacement de l’observateur, ce qui n’a pas vraiment de sens au départ. En 1905, Einstein a donc écrit un article détaillant une explication étrange.
Comment la vitesse affecte-t-elle le temps et l’espace ?
Les trois lois du mouvement d’Isaac Newton décrivent une relation entre une force, la masse d’un objet et son accélération. Ces lois s’appliquent à tout le monde, quelle que soit la façon dont on se déplace.
Un clown qui divertit les passagers d’un train peut être sûr que ses balles de jonglage monteront et descendront à un rythme lent et régulier. D’un autre côté, les passagers d’un deuxième train à grande vitesse regarderont par la fenêtre pour voir ces balles de jonglage passer à la vitesse combinée des deux trains. Rien d’étrange à cela.
Si ces balles étaient des ondes lumineuses, elles ne pouvaient se déplacer qu’à une seule vitesse, quel que soit l’observateur. Les passagers assis à côté du jongleur verraient également les balles monter et descendre à la vitesse de la lumière. Ceux qui sont assis dans le train qui passe les verraient aussi se déplacer exactement à la même vitesse, malgré les différences de vitesse entre les trains.
Pour des balles de jonglage se déplaçant lentement, c’est assez difficile à imaginer. Mais à la vitesse de la lumière, il faut faire preuve d’ingéniosité pour y voir clair.
La solution d’Einstein a consisté à considérer le temps et l’espace comme des facteurs relatifs. Selon la théorie de la relativité restreinte, l’accélération modifie la comparaison du temps et de la distance entre les observateurs, surtout lorsque l’accélération devient très rapide.
Une personne dans le train qui passe avec un jongleur super mince et super lent à bord, ses fines balles de jonglage presque bloquées dans l’espace alors qu’il passe à grande vitesse. Le jongleur ne penserait pas du tout qu’elles sont lentes ou minces, mais penserait plutôt que celles de l’autre train ont l’air particulièrement minces et lentes.
Aucun des deux n’a tort dans ce qu’il voit. Il n’existe pas de position absolue sur le temps ou la distance. le terme “juste” dépend simplement du contexte dans lequel s’inscrit la différence de vitesse de chaque personne.
Que signifie E = mc2 ?
Einstein a inventé une nouvelle équation pour décrire la relation entre la masse et la force, afin d’étayer sa nouvelle idée. Il n’était pas le seul à réfléchir à cette relation à l’époque – d’autres physiciens, comme Henri Poincaré, ont également montré comment l’énergie et la masse étaient étroitement liées.
Pour un objet au repos, Einstein a montré que sa masse totale est égale à son énergie multipliée par le carré de la vitesse de la lumière. Ou, en d’autres termes, E = m x c^2.
Comme la vitesse de la lumière est constante, la masse et l’énergie sont les deux faces d’une même pièce. En ajoutant de l’énergie, par exemple en le poussant, vous ajoutez également de la masse. Lorsque l’objet en accélération gagne en masse, il a besoin d’encore plus d’énergie pour accélérer, ce qui le rend encore plus difficile à pousser.
La relativité restreinte peut sembler étrange, mais plus d’un siècle après qu’Einstein ait rédigé sa proposition, elle est devenue l’une des théories les mieux étayées de la physique.
Pour tout ce qui avance à un rythme banal, quotidien, qu’il s’agisse de jongler avec des balles, des fusées, des balles ou des fourmis, les règles de la relativité restreinte ne font pas vraiment de différence. Mais pour tout objet se déplaçant à des vitesses “relativistes” follement rapides (c’est-à-dire à des vitesses proches de celle de la lumière), la relativité restreinte est vraiment un atout.
Tous les articles thématiques sont vérifiés par des vérificateurs de faits et jugés corrects et pertinents au moment de leur publication. Le texte et les images peuvent être modifiés, supprimés ou ajoutés dans le cadre d’une décision éditoriale visant à actualiser les informations.