La relativité : késako ?

Ecrit par KapTech

5 février 2020

On a tous plus ou moins entendu parler des fameuses théories de la Relativité, créées par le génie d’Albert Einstein (mais pas que). Pour beaucoup, elles sont synonymes d’équations compliquées et de concepts obscurs qui ne parlent qu’aux physiciens. Mais c’est faux ! Pour comprendre ce dont il s’agit, nul besoin de symboles compliqués. Il faut seulement un peu d’imagination. Vous pourrez ensuite découvrir ô combien les travaux d’Einstein sont révolutionnaires, et plus largement, la beauté de notre univers, et des lois de la Physique.

Restreinte ou générale ?

Il y a deux théories : la restreinte et la générale. La première, comme son nom l’indique, est incomplète. En effet, elle ne décrit que les corps se déplaçant à vitesse constante. Impossible donc de décrire les accélérations d’objets ! Cette incomplétude, Einstein mettra près de 10 ans à la vaincre, en créant la relativité générale.

Maxwell ou Newton ?

Au début du siècle dernier, la physique est dans une impasse. Maxwell vient de décrire l’électricité et le magnétisme en 4 équations, mettant par ailleurs en évidence l’existence des ondes électromagnétiques (comme les ondes du Wi-Fi, du microonde ou même la lumière). Ces ondes posent un problème majeur : elles se déplacent à la vitesse de la lumière, dans tous les référentiels. Cela veut dire que la vitesse de ces ondes est la même partout, qu’on soit en déplacement ou pas. Pour expliquer cela, prenons un exemple : vous êtes dans un train, et votre ami est dans un train voisin. Les trains vont à la même vitesse, et donc votre ami vous apparait logiquement immobile. Eh bien pour la lumière, ce n’est pas pareil ; si l’on remplace votre ami par un rayon de lumière, ce dernier se déplacera à la même vitesse (300 000 km/s) partout, que ce soit dans un train, ou sur le quai par exemple. Cela remet en cause toute la physique du mouvement, créée par Newton il y a 4 siècles ! Ce conflit, entre Newton et Maxwell, c’est le génie d’Einstein qui va le résoudre.

La relativité restreinte

Albert Einstein propose donc de remettre en cause le temps lui-même. Auparavant, l’on considérait qu’il s’écoulait de la même manière, partout, et en tout temps. La relativité restreinte, elle, stipule que l’écoulement du temps dépend de la vitesse. En effet, un observateur regardant un évènement le verra d’autant plus au ralenti que sa vitesse -par rapport à l’évènement- sera élevée. Pour faire simple, si votre train se déplace extrêmement vite(des fractions de la vitesse de la lumière), ce qui se passe sur le quai vous paraîtra se passer très lentement. De plus, la théorie stipule que l’on ne peut atteindre la vitesse de la lumière. Adieu donc les voyages intergalactiques comme dans Star Wars ! Cette théorie, qui a dés lors résolu les conflits de la physique moderne, vaudra le Prix Nobel à son auteur. La célèbre équation liant masse et énergie E=mc² en est d’ailleurs tirée.

La gravitation ou la relativité générale

Einstein n’est pourtant pas satisfait ; comme dit ci-dessus, sa théorie est encore incomplète. Le scientifique mettre près de 10 ans à trouver comment intégrer les accélérations à sa théorie. Son coup de génie : comprendre qu’accélération et gravitation sont équivalentes ! En effet, il est impossible de dire si nous sommes attirés par le sol, ou si c’est le sol qui accélère vers nous, oui oui, essayez d’y penser et vous verrez ! Après des années de calculs, Albert élabore finalement son plus beau chef-d’œuvre : la Relativité générale. Exit la gravitation de Newton : la gravité est désormais une déformation de l’espacetemps. Pour comprendre, il faut s’imaginer un creux. Si vous passez près de ce creux( voir images), vous êtes attiré vers lui et vous tombez dedans. Eh bien, ce creux représente la déformation de l’espace et du temps, ce qui explique donc pourquoi les corps massifs attirent tout ce qui passe. L’un des concepts phares est celui de trou noir. Un trou noir, c’est un objet si massif et dense déformant si fort l’espace-temps que rien ne peut s’en échapper, pas même la lumière (d’où son nom). Ces monstres ont finalement été observés, prouvant de fait la véracité de cette théorie.

La postérité de ces théories

Ces théories ont donc grandement changé la compréhension de l’Univers. Les équations d’Einstein permettent de décrire l’Univers dans son ensemble, créant de fait la cosmologie. Georges Lemaitre, Stephan Hawking et Edwin Hubble sont des exemples de savants ayant travaillé dans cette discipline. De plus, cela a grandement inspiré la science-fiction, comme film Interstellar, qui utilise parfaitement la relativité et la dilatation du temps. Et puis, qui n’a jamais entendu les mots : trou noir, espace-temps, trou de vers ? Si vous voulez en savoir plus, je vous conseille les excellentes vidéos de scienceétonnante, et de ScienceClic consacrées à cette théorie. Vous pouvez également venir au KapTech, pour nous poser toutes sortes de questions, nous nous ferons une joie d’y répondre !

Sources :
Les excellents cours de Relativité restreinte et générale donnés par le prof. Jean-Marc Gérard à l’UCLouvain

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