La relativité restreinte

[Pierre31Participation exceptionnelle]

Préambule

On parle souvent de cette fameuse limite de la vitesse de la lumière sur ce forum. Ce résultat vient de la Relativité Restreinte d'Einstein. Il m'a semblé utile pour ce forum, de faire une introduction à cette théorie, aussi simple que possible. En fait la RR n'est pas très compliquée, il suffit de connaître le théorème de Pythagore. En revanche les conclusions sont étonnantes, à tel point que la première réaction est de les refuser au nom du "bon sens". Mais le "bon sens" n'est finalement qu'une habitude de penser forgée par nos expériences habituelles et la RR décrit des situations auxquelles nous ne sommes pas confrontés dans la vie courante. . Alors pourquoi " ce bon sens" serait il encore valable pour des situations qui sortent de notre ordinaire?

Introduction à la Relativité Restreinte

A ce stade, dites moi si cela vous intéresse et si je dois continuer ...

[AltheaParticipation exceptionnelle]

Très bonne initiative !

Ton titre : " Introduction à la Relativité Restreinte " n'est-il pas censé pointer vers un lien que tu aurais oublié ?

Ou alors tu as volontairement posté uniquement le préambule ?

J'attends la suite avec impatience !

[SigmundBonne participation]

Introduction à la Relativité Restreinte

En effet, pour une introduction, elle est sacrément restreinte !

[Pierre31Participation exceptionnelle]

Très bonne initiative !

Ton titre : " Introduction à la Relativité Restreinte " n'est-il pas censé pointer vers un lien que tu aurais oublié ?

Ou alors tu as volontairement posté uniquement le préambule ?

J'attends la suite avec impatience !

oui , je me demande si ça va intéresser quelqu'un ici ? Alors avant de faire l'éffort de poster, je pose la question.

[AltheaParticipation exceptionnelle]

En effet, pour une introduction, elle est sacrément restreinte !

Je pense que cela va intéresser du monde, ne t'inquiète pas.
De même, si tu as du temps libre, je suis sure qu'un petit topo sur la mécanique quantique serait pas mal.

[Pierre31Participation exceptionnelle]

Bon, alors allons y (il y aura plusieurs posts).

Introduction à la relativité restreinte

Au début du XX ème siècle, il y avait deux théories qui dominaient la physique: la mécanique de Newton et l'Electro magnétisme de Maxwell.

La première théorie décrivait le mouvement des corps sous l'action de forces. La deuxième théorie décrivait comment se propagent le champ électrique et le champ magnétique sous forme d'ondes associant les deux champs. Le résultat ultime de cette théorie est que la lumière est une onde électromagnétique se propageant dans le vide a une vitesse constante que l'on désigne par la lettre "c" (comme célérité).

Ces deux théories marchaient fort bien (s'accordaient avec les expériences) et peu de gens se rendaient compte qu'elles étaient incompatibles. En effet, l'EM de Maxwell permettait de calculer la valeur de c ( à partir d'autres constantes) et cette valeur s'accordait très bien avec les premières mesures expérimentales.

Mais ce que ne disaient pas les équations de Maxwell, c'est par rapport à quoi on doit mesurer la vitesse de la lumière. En effet, on connaissait déjà les phénomènes d'ondes (ondes acoustiques, vagues....etc) et ces ondes se propageaient toutes dans un milieu matériel (air, eau..etc) qui en fixait les caractéristiques (notamment la vitesse de propagation). Par analogie, les physiciens de l'époque se sont dit : la lumière doit se propager dans un milieu hypothétique qu'on va appeler "Ether" à défaut de savoir ce que c'est et qui aura le même rôle que l'air joue vis à vis des ondes acoustiques. Et on mesurera la vitesse de la lumière par rapport à ce milieu.

On supposait donc que l'Univers était rempli de cet "Ether" et qu'il pouvait servir de référence pour mesurer des "vitesses absolues" de corps célestes ou même de la lumière. Donc la vitesse de la lumière était c~300 000 km/s dans le vide et PAR RAPPORT à "'Ether"

Puisque la Terre se déplaçait ausi par rapport à l'Ether, il devait être possible de mettre en évidence ce mouvement en mesurant la vitesse de la lumière dans deux directions: la première dans le sens de déplacement de la Terre (30km/s sur son orbite solaire) la deuxième perpendiculairement. Si Terre et lumière se déplacent par rapport à l'Ether immobile, alors dans le sens du déplacement de la terre, on mesurerait c+ 30km/ s ou c-30 km/s selon la saison (selon qu'on va contre les "vagues de lumière" ou que l'on va dans le même sens), et c dans la direction perpendiculaire.

Michelson et Morley ont fait l'expèriene. Ils ne trouvèrent aucune différence dans les mesures. Quelque soit la direction la vitesse mesurée était "c", comme si la terre était immobile dans l'Ether.

La suite dans le prochain post.

[Laetitia68Membre Confirmé]

merci ça m'intéresse beaucoup.
Personnellement ce que j'ai le plus de mal à comprendre c'est la déformation du temps.

[theflyParticipation exceptionnelle]

Une petite video diffusée il y a qlq temps sur Arte, ma foi tres instructive sur la theorie de la relativité, pour compléter l'excellent travail de Pierre31

Cordialement

La Theorie De La Relativite
envoyé par . - Les derniers test hi-tech en vidéo.

[AltheaParticipation exceptionnelle]

Très intéressante cette video, je te remercie.

Quand on pense à la relativité du temps et des longueurs dans l'espace, cela nous offre de sacrés pistes de réflexion quant à la possibilité de parcourir des distances considérables dans l'univers et ce malgré cette limite actuelle que constitue la vitesse de la lumière...

[Joce0639Passionné]

Merci Thefly pour la video fort bien faite: grâce à elle j'ai bien compris les déformations du temps et de l'espace. Pour moi, les images sont plus parlantes que les mots pour me représenter mentalement les notions que j'essaie de comprendre.Jusqu'ici je savais que ces déformations existaient mais je ne savais pas pourquoi. Maintenant c'est clair.

Grand merci aussi à Pierre 31 pour son premier post sur la relativité restreinte : il sait faire comprendre simplement la notion abordée. Et comme je connais Pythagore que j'ai fréquenté assidument du temps de ma jeunesse folle, j'attends la suite avec impatience.

J'espère seulement être capable de continuer à comprendre...

[Pierre31Participation exceptionnelle]

J'ai un peu de retard, mais ça vient!

[Joce0639Passionné]

Pas de problème Pierre c'est déjà bien gentil de ta part, et puis il faut aussi prendre soin de mes neurones : évitons la surtension ! ;-))

[Pierre31Participation exceptionnelle]

Les quelques neurones qui me restent tiendront bien encore un peu !

[Pierre31Participation exceptionnelle]

Bon reprenons. Nous avons vu que les physiciens du début du XX eme siècle cherhaient à mettre en évidence l'"Ether" c'est à dire le milieu qui supportait les ondes électromagnétiques comme la lumière.

Après tout il y avait de très belles expériences qui démontraient que la lumière était une onde, et comme toutes les ondes connues il devait y avoir un milieu physique dans lequel se propageaient ces ondes. De sorte que la lumière se propageait à c (~300 000 Km/s) par rapport à ce milieu, et la Terre le traversait à environ 30 Km/s. Michelson et Morley pensaient qu'en mesurant la vitesse de la lumière dans le sens de déplacement de la Tette et perpendiculairement, on devait trouver deux valeurs différentes de la vitesse de la lumière, mettant ainsi en évidence le mouvement de la Terre dans l'Ether. Or il n'en fut rien. Quelque soit la direction, la lumière se propageait à "c".





Restons encore un moment sur l'antique notion d' "Ether", mais avec des images plus familières.



Dans cette situation, nous avons un bateau B qui se déplace sur l'eau à 20 Km/h. Il fait des vagues qui se déplacent à 5 Km/h. Mais par rapport à quoi? S'il y a une chose bien connue à propos des ondes, c'est que leur vitesse de propagation ne dépend que du milieu qui les supporte (ici l'eau) et pas de la vitesse de la source (le bateau B). Donc c'est 5km/h par rapport à l'eau .

Un bateau A, se déplace dans la même direction à 20km/h par rapport à l'eau. Dans la mesure ou il se déplace en ligne droite et à vitesse constante (nous y reviendrons), pour lui c'est l'eau qui se déplace à 20 Km/h et la vitesse des vagues, est de 20 + 5 =25 Km/h.



Si maintenant le bateau A se déplace perpendiculairement aux vagues, toujours en translation rectiligne à vitesse uniforme, il mesure une vitesse de vagues égale à 5 km/h.

On voit facilement que si le bateau A ne se déplaçait pas par rapport à l'eau, il mesurerait la même vitesse de vagues dans les deux directions. Puisque le bateau A ne mesure pas la même vitesse de vagues dans les deux directions, il en conclue qu'il se déplace par rapport à l'eau ou autrement dit l'eau et le bateau ont une vitesse relative non nulle. Mais dans le cas de la lumière, la mesure de la vitesse de la lumière donne la même valeur "c" dans les deux directions. On en conclue que l'Ether à une vitesse relative nulle par rapport à la Terre. Et ceci même quand on fait la mesure à deux époques ou les vitesses de la Terre sont opposées.
Ou encore, si l'Ether existe, il est constamment immobile par rapport à la Terre alors que celle-ci le traverse dans des sens opposés. Incompréhensible pour la physique de l'époque !!

Mais Einstein va trouver une réponse révolutionnaire...


La suite au prochain post....

[Joce0639Passionné]

Eh bien voilà !!! ;-)))
C'est toujours aussi intéressant.
Merci Pierre

[Pierre31Participation exceptionnelle]

Si vous m'avez suivi jusque là, nous avons expliqué que les physiciens du début du XXème siècle, qui savaient depuis Maxwell que la lumière était une onde, cherchaient à mettre en évidence le milieu ou Ether, qui supportait cette onde.

Tout comme les vagues sont supportées par l'eau, la lumière devait être supportée par quelque chose. Bien qu'on n'en connaissait pas la nature, ce milieu devait pouvoir être mis en évidence en mesurant la vitesse de la lumière depuis la Terre dans deux directions orthogonales. Le "vent relatif d'Ether" du au déplacement de la Terre au travers de l'Ether devait donner deux valeurs différentes pour la vitesse de la lumière relativement à la Terre.

Si l'Ether existait, on pourrait mesurer les vitesses de tous les objets et de la lumière par rapport à lui. Ainsi, il y aurait une substance qui servirait de repère privilégié dans l'univers et qui permettrait de mesurer des "vraies" vitesses, que l'on devrait alors considérer comme des vitesses absolues. Les lois de la physique devraient être exprimées dans ce repère privilégié.

Mais l'expérience de Michelson et Morley ne montra aucune différence de vitesse de la lumière dans les deux directions. Et mêm quand la mesure est faite à une époque ou sa vitesse est inversée par rapport à l'époque de la première mesure, la vitesse de la lumière reste inchangée.EXIT la notion d'Ether et exit l'idée d'un repère privilégié dans l'Univers.

Einstein n'avait pas connaissance de l'expérience de Michelson et Morley, mais il était convaincu que dans un univers infini, sans bords, il n'existait pas de repère privilégié. Il en était si convaincu qu'il en fit le 1Er postulat de la relativité:

Postulat N°1:

" les lois de la physique sont identiques dans tous les repères inertiels "

J'expliquerai ce que ça veut dire dans le prochain post.

[dd02Bonne participation]

interactif super intèressant

[RémiParticipation appréciable]

Très intéressant !