.Si nous pouvions atteindre la vitesse de la lumière, que verrions-nous ? En 1905, Einstein répond par une théorie révolutionnaire : la relativité restreinte.La relativité, un principe vieux comme Galilée.Que l'on soit en bateau à vitesse constante ou arrêté sur un quai, la physique reste la même. Pourtant nos points de vue changent ...Perché en haut d'un mât, un matelot lâche un boulet de canon. Où le projectile va-t-il tomber ? En arrière, en avant, au pied du mât ? Le boulet tombe au pied du mât. Son comportement est inchangé par le mouvement du navire. La même expérience réalisée sur le quai par un artilleur immobile donne un résultat identique : le boulet tombe à la verticale.
Moralité : la chute des corps suit la même loi, quel que soit le référentiel galiléen dans lequel a lieu l'évènement. En d'autres termes, les lois de la nature sont les mêmes sur un quai de gare, dans un sous-marin ou un avion du moment que tous ces objets se déplacent à une vitesse constante ou nulle. C'est ça le principe de relativité inventé par le grand savant Galileo Galilée.
La lumière, un absolu à 300 000 km/s.A ceux qui pensent que, dans le vide, la lumière va plus ou moins vite selon la source, Einstein oppose un démenti catégorique.Le premier principe : toutes les lois de la physique sont les mêmes dans n'importe quel référentiel galiléen.
Le second principe : la vitesse de la lumière est toujours égale à c, soit environ 300 000 km/s dans le vide, quelle que soit la vitesse du corps qui émet cette lumière.
Au passage, Einstein jette l'éther dans les poubelles de la science. La lumière, reconnait-il, se déplace dans le vide sans rien pour la soutenir et à une vitesse toujours constante.
Pourquoi cette théorie est appelée "restreinte"La première théorie de la relativité d'Einstein, celle de 1905, est dite "restreinte" par opposition à l'autre théorie, celle de 1915. Pourquoi ? Parce qu'elle ne s'applique qu'aux référentiels galiléens, c'est-à-dire à des lieux animés d'un mouvement rectiligne-uniforme.
Notion de simultanéité.Un homme arrêté, un autre se déplaçant très très vite, ne voient pas la même chose en même temps. Et pourtant chacun a raison !Définition : deux évènements sont dits simultanés lorsqu'ils ont lieu au même moment.
Einstein dit que deux évènements, qui se produisent en des points différents de l'espace ne peuvent pas paraître simultanés à deux observateurs situés en deux lieux se déplaçant à des vitesses différentes. Il résulte que le temps n'est plus ce qu'il était ...
Aux yeux d'Einstein, les différences de points de vue ne s'expliquent que d'une seule façon : le temps et la longueur sont élastiques.Preuve de sa théorie avec une expérience : deux horloges qui n'indiquent pas le même temps !Une expérience permit de vérifier les prédictions de la relativité restreinte. Elle fut réalisée en 1971 sous la direction de deux physiciens, Hafele et Keating. Deux horloges furent synchronisées pile-poil, l'une installée dans un avion, l'autre laissée sur le plancher des vaches. L'avion partit faire le tour de la Terre, à vitesse constante (autant que possible), puis revint. A l'arrivée, le temps indiqué par l'horloge embarquée marquait un très léger retard par rapport à l'horloge qui était restée au sol ! C'était un succés posthume pour Einstein. Et une preuve que le temps "ralentit" dès que la vitesse sélève ; mais, seulement du point de vue d'un observateur extérieur à l'objet qui se déplace.
Dix ans après sa théorie de la relativité restreinte, Einstein récidive avec une oeuvre plus ambitieuse encore :
la théorie de la relativité générale.
La masse d'une étoile capable de courber la trajectoire de la lumière : c'est l'une des conséquences, et pas des moindres de la relativité générale.Einstein à l'assaut de la forteresse Newton.La relativité générale est une théorie de la gravitation énoncée par Albert Einstein vers 1915. A cette époque, il existait une autre théorie de la gravitation, datant du XVII ème siècle et due à Isaac Newton. Son idée maîtresse était celle de l'attraction universelle : tous les corps s'attirent les uns les autres.
Les succès de cette théorie furent éclatants. Elle expliquait quasiment tout ce que les astronomes voyaient dans le ciel. Aucune observation ne la remettait en cause. Pourquoi Einstein décida-t-il de s'attaquer à cette forteresse ?
Einstein était convaincu par l'éfficacité de la théorie de Newton. Mais il l'attaquait sur autre chose, sur des principes. Plus précisément, sur deux points que Newton n'expliquait pas.
● La notion de force : quelque chose restait mystérieux chez Newton, sa notion de force. La théorie newtonienne implique en effet que deux corps, la Terre et la Lune, par exemple, s'attirent sans aucun contact, sans aucune intéraction matérielle et, de plus, instantanément. Une horreur pour Einstein qui, en 1905, avait montré que rien ne peut être instantané. Newton était d'ailleurs conscient de cette difficulté. Il l'introduisit tout de même sans pouvoir, reconnaissait-il, la justifier. Einstein, exigeant sur les principes, voulut aller plus loin.
● La chute des corps : un autre problème titillait Einstein, dont l'origine remontait au XVII ème siècle : tous les corps soumis à la gravitation tombent avec la même accélération. Une très grosse quantité de matière qui réagit comme unne minuscule quantité de matière, il y a de quoi s'étonner, non ? Pour Einstein, cet étonnement fut le signal d'alarme qui disait : la théorie de Newton n'est pas la théorie ultime, il faut chercher au-delà.
Gravitation et accélération ont le même effet.Il a été prouvé que l'accélération annule les effets de la gravitation. Einstein énonça alors un des plus importants principes de la physique, le principe d'équivalence : en un endroit donné, tous les effets de la gravitation peuvent être compensés par ceux d'une accélération.
Voici posé le grand mystère auquel Newton ne pouvait répondre : comment se fait-il que les effets de la gravitation et de l'accélération soient indiscernables ? D'où vient cette équivalence ? Est-ce un pur hasard ?
Cette énigme intriguait Einstein au plus haut point et c'est pour la résoudre qu'il a construit la théorie de la relativité générale.
Quand la lumière ne file pas droit.En 1919, l'astronome Arthur Eddington confirme l'hypothèse d'Einstein : le trajet de la lumière peut être dévié par un corps très massif.Les deux conclusions d'Einstein sont les suivantes :
1°) La lumière est influencée par la gravitation. Son trajet n'est pas rectiligne, il s'infléchit (c'est-à-dire qu'il se courbe).
2°) Cette courbure de la lumière n'est pas une simple curiosité. Elle nous révèle la géométrie même de l'espace-temps. Aussi fou que cela puisse paraître, la gravitation modifie la géométrie de l'Univers !
Pour Newton, l'espace et le temps étaient indépendants l'un de l'autre. Einstein, lui, les unit en un espace-temps et décrit un Univers courbe.Pour freiner le temps, il suffit ... d'accélérer !A la différence de Newton, Einstein n'accepte pas que l'espace et le temps soient indépendants l'un de l'autre. Au contraire, il les marie en point d'en faire un être composite, l'espace-temps.
Impossible de toucher à l'un sans toucher à l'autre, explique-t-il. La vitesse illustre bien cette idée. La vitesse, c'est de l'espace divisé par du temps. Augmenter la vitesse, c'est accélérer, c'est parcourir plus d'espace en un temps donné. Banal, direz-vous. Une idée inverse est-elle aussi banale : une accélération peut-elle freiner le temps ?
La réponse est
oui.
Des expériences réalisées avec des horloges atomiques ont confirmé cette idée ahurissante. Une horloge placée au rez-de-chaussée d'une tour bat plus lentement que si elle se trouve au dernier étage !
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