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Leçon n°1

La relativité restreinte :
l’espace et le temps ne font qu’un

Par Raphaël Cannenpasse-Riffard

« Une nouvelle manière de penser est nécessaire si l’humanité veut vivre. » Albert Einstein

Dans l’univers de Newton, l’espace semblait posséder une réalité, une existence indépendantes et le temps s’écoulait dans la même direction d’un mouvement uniforme et à la même vitesse pour tous.

En 1905, la théorie de la relativité restreinte met un terme à la séparation de l’espace et du temps ainsi qu’à la notion d’action instantanée à distance. Toute la théorie d’Einstein est basée sur deux postulats devenus pour lui certitudes après de longues réflexions.

Le premier peut s’exprimer ainsi : les lois de la nature sont les mêmes pour tous les observateurs. Selon ce premier postulat, toutes les lois de la physique obtenues dans un système de référence quelconque sont indépendantes de l’état de mouvement uniforme global du système. Ce postulat trouve une parfaite illustration quand on considère deux personnes, l’une sur le quai de la gare, l’autre dans un train en mouvement. Pour la personne qui reste sur le quai, c’est le train qui se déplace, mais l’autre qui se trouve dans le train peut tout aussi bien imaginer qu’il est immobile et que c’est toute la gare qui se déplace en passant devant lui. Tout mouvement uniforme est relatif : on ne peut parler de mouvement que par rapport au mouvement d’un autre objet.

Après les lois de l’électromagnétisme énoncées en 1865 par Maxwell, les physiciens savaient que la vitesse de la lumière était constante. Mais Einstein osa postuler que cette vitesse est une constante absolue : C=300 000 km/s. Quelle que soit la vitesse à laquelle on se déplace, la vitesse de la lumière demeure constante, même si les données immédiates de nos sens suggèrent que C pourrait être variable d’un observateur à l’autre. Tel était le second postulat de la relativité restreinte. L’hypothèse de l’indépendance de la vitesse de la lumière signifiait, en outre, qu’il fallait réviser toutes les idées établies à propos de l’espace et du temps.

Désormais la nature offrait un cadre où espace et temps, c’est-à-dire mouvement et temps, étaient indissociables l’un de l’autre. Pour mesurer une vitesse, il faut une horloge et une règle. Si la vitesse de la lumière, mesurée par un observateur au repos, est la même que celle mesurée par un observateur en mouvement par rapport à la source, alors il faut que, d’une façon ou d’autre, pour un observateur au repos, la règle en mouvement change de longueur et l’horloge en mouvement change de cadence, de telle sorte que la vitesse de la lumière apparaît demeurer la même.

Cet effet curieux, qui n’est pas très sensible aux petites vitesses, devient important quand on se rapproche de la vitesse de la lumière. C’est ainsi qu’une règle de 100 cm ne mesure plus que 43,6 cm quand elle se déplace dans la direction de sa longueur avec 90 % de la vitesse de la lumière, elle ne fait plus que 14, 1 cm à 99 % de la vitesse de la lumière et elle disparaît à la vitesse de la lumière.

La théorie de la relativité est vérifiée ici avec une extraordinaire précision. Un objet en mouvement semble se contracter dans la direction du mouvement lorsque sa vitesse augmente mais aussi une horloge en mouvement marche plus lentement qu’une horloge au repos, jusqu’à ce qu’elle s’arrête à la vitesse de la lumière.

Les vérifications de la dilatation du temps ont été réalisées de bien des façons.

En 1972, des avions chargés de quatre horloges atomiques les plus précises au monde firent le tour de la terre. Après ce voyage, on a pu constater que ces horloges étaient légèrement en retard par rapport à d’autres, restées à la surface de la terre, en parfait synchronisme avec les premières.

Nous éprouvons beaucoup de difficultés à comprendre le fait paradoxal que les vitesses raccourcissent les distances et dilatent le temps parce que nous avons du mal à concevoir que nous sommes indissociables de tout l’univers qui nous entoure. Nous pensons généralement que nous sommes des êtres indépendants, plongés dans un univers aux dimensions absolues. Il n’en est rien. Nous sommes, en fait, des singularités solidaires de l’espace qui nous entoure.

Dans la pensée d’Einstein, il ne faut pas considérer le temps seul et l’espace seul mais une entité unique et continue : l’Espace-temps. Une illustration peut nous permettre de mieux comprendre cette notion d’Espace-Temps continu. En effet, quand nous regardons le soleil par exemple, nous ne le voyons pas tel qu’il est à l’instant où nous vivons présentement mais tel qu’il était il y a 8 minutes dans le passé. En d’autres termes, quand nous regardons autour de nous, nous ne regardons pas seulement dans l’espace mais aussi dans le passé, c’est-à-dire dans le temps. Le temps se trouve donc, dans la réalité, absolument inséparable de l’espace.

Extraits de Physique de la matière – De la matière à l’esprit par Raphaël Cannenpasse-Riffard, éditions Marco Pietteur. Vous procurer ce livre

Résumé de l’article

Lire la leçon n°2 du professeur Cannenpasse-Riffard : Révolution sur le temps et la matière

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