L'univers est bien mystérieux (3)

Nous en étions donc à l'arrivée d'Einstein dans la monde de la physique. Une arrivée en fanfare!
Sa théorie de la relativité (plus tard appelé "relativité restreinte" ) bouleversa la vision scientifique du monde.

Revenons un poil en arrière, pour nous rafraichir la mémoire...
-Pour Newton, les lois de la physique doivent être les mêmes pour tous les observateurs en mouvements quelque soit leur vitesse de déplacement.
-La vitesse de la lumière à une valeur déterminée.


Nous sommes en 1905, Einstein eu une idée "simple": la vitesse de la lumière étant une constante, on peut la considérer comme une règle. Une loi.
Ainsi, tous les observateurs devraient trouver la même valeur à la vitesse de la lumière, quelque soit la vitesse à laquelle ils se rapprochent ou s'éloignent de la source de lumière...

Non seulement cette idée pourtant simple parvenait à expliquer le statut de la vitesse de la lumière dans les équations de Maxwell (sans avoir besoin de l'éther ou de tout autre cadre de référence), mais elle eut aussi plusieurs conséquence remarquables, souvent contraires à l'intuition...
Avant de prendre un exemple, il est important de se remettre en mémoire certaines bases mathématiques:
-Pour calculer une vitesse, on divise une distance par une durée.
Appellons la vitesse V, la distance D, et la durée (le temps) T.
on a donc: V= D/TSur le tableau de bord de votre véhicule la vitesse est indiqué avec cette équation!
V= 60 km/h, par exemple, ce qui équivaut a dire que votre vitesse est de 60 km en 1 heure. (D= 60 km et T=1 heure)

Nous avons vu au chapitre précédent que deux observateurs différent, l'un situé à bord d'un train et l'autre à l'extérieur, n'auraient pas la même perception de la distance parcourue par un objet lancé en l'air, dans le train.
Reprenons cet exemple du train, mais remplaçons la balle de ping pong, par un flash lumineux...
Les deux observateurs ne s'accorderaient pas non plus sur la distance D, parcourue par la lumière.
N'oublions pas que la vitesse de la lumière est invariable, D/T ne peux donc pas donner une valeur différente de V.
Puisque D est différent selon les observateurs, il faut que T soit également différent pour qu'on puisse ré-équilibrer l'équation...
En gros, les deux observateurs ne seraient pas d'accord sur la durée, et donc le temps devient une notion relative à l'observateur!

En d'autres termes la théorie de la relativé restreinte a mis fin au concept de temps absolu!

Quand on parle de temps relatif, on pense toujours qu'il est relatif à la perception de chacun (quand on s'ennuie on a l'impression que le temps passe plus lentement, par exemple). Pourtant on vient de voir qu'il s'agit réellement une loi physique!Chaque observateur possède sa propre mesure du temps, donnée par toute horloge qu'il aurait sur lui! Des horloges identiques emportées par des observateurs différents n'indiqueraient pas le même résultat!
On peut en déduire que le temps et l'espace sont liés, couplé au sein de ce qu'on a appelé l'espace-temps... Car en effet, si dans l'équation le temps T reste stable, ça serait la Distance, et donc l'espace qui se serait contracté ou dilaté! Les deux sont indissociables, et leur véritable nature est contre-intuitive!

Notre espace est un espace en 3 dimensions. La hauteur, la largeur et la profondeur. Mais puisque l'espace et le temps sont indissociables, on peut dire que nous vivons dans un univers à 4 dimensions. Chaque évènement ( tout ce qui se produit en un point précis de l'espace à un moment donné) peut ainsi être définit par quatre nombres, quatre coordonnées.


Cette théorie à également des effets sur les corps se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière:
C'est la célèbre équation E=mc² qui est à l'origine de cette déduction. (E= énergie, m=masse, et c=vitesse de la lumière)
Selon cette équation, si l'énergie d'un corps augmente, sa masse, et donc son inertie, augmentent également.
L'énergie liée au mouvement, nous l'avons vu, est appelée énergie cinétique.
L'inertie est au contraire, la résistance à toute modification de vitesse.
L'inertie d'un corps augmentant avec son énergie cinétique, plus il se déplace vite, plus il devient difficile d'augmenter sa vitesse.
Quand la vitesse d'un corps augmente pour atteindre une vitesse proche de celle de la lumière, son inertie devient considérable! Il faut donc de plus en plus d'énergie pour continuer à accélérer!
Il existe une limite mathématique à cette équation: Si un corps atteint la vitesse de la lumière, sa masse deviendra infinie. Par conséquent, pour ré-équilibrer l'équation, il faudrait que l'énergie dépensée soit infinie. Ce qui est évidemment impossible...

Ne me demandez pas de vérifier ça mathématiquement, je fais confiance à ceux qui savent lol

Il est donc impossible à tout corps possédant une masse de se déplacer à la vitesse de la lumière... Et on ne peux pas non plus la dépasser . Seuls les photons et autres éventuelles particules sans masse sont capables de voyager à cette vitesse.

Mais cette théorie de la relativité est appelée "restreinte" car elle butait sur quelque chose considéré comme essentiel dans la physique moderne: La théorie de la gravitation de Newton!
En effet, chez Newton, si le soleil disparaissait d'un coup, il faudrait environ 8 minutes avant que la terre ne s'assombrisse, mais l'effet gravitationnel de la masse du soleil cesserait immédiatement. L'effet de la gravitation agirait donc à une vitesse infinie, et non pas à une vitesse inférieure ou égale à celle de la lumière, comme le suggère Einstein.

Einstein tenta vainement pendant des années de rendre compatible les deux théories, finalement, en 1915, il proposa une théorie plus révolutionnaire encore, appelée aujourd'hui relativité générale!

Je vous invite a regarder cette vidéo en 3 parties, qui explique bien tout celà et n'est pas très longue (moins d'une demi-heure):
http://www.youtube.com/watch?v=y-qMCcGMgfA