La physique pour les enfants

Théorie de la relativité

La théorie de la relativité est en fait constituée de deux théories élaborées par Albert Einstein au début des années 1900. L'une est appelée relativité "spéciale" et l'autre relativité "générale". Nous parlerons ici principalement de la relativité spéciale.

Vous pouvez en savoir plus sur deux aspects très importants de la théorie de la relativité sur cette page concernant la vitesse de la lumière et la dilatation du temps.

Relativité restreinte

La théorie de la relativité restreinte d'Einstein repose sur deux idées principales.

1. le principe de relativité : les lois de la physique sont les mêmes pour tout référentiel inertiel.

2. le principe de la vitesse de la lumière : la vitesse de la lumière dans le vide est la même pour tous les observateurs, quel que soit leur mouvement relatif ou le mouvement de la source de la lumière.

Que signifie "relatif" ?

Le premier principe énoncé ci-dessus est assez déroutant. Qu'est-ce que cela signifie ? Eh bien, avant Albert Einstein, les scientifiques pensaient que tout mouvement se produisait par rapport à un point de référence appelé "éther". Einstein a affirmé que l'éther n'existait pas. Il a déclaré que tout mouvement était "relatif". Cela signifie que la mesure du mouvement dépendait de la vitesse et de la position relatives de l'observateur.

Un exemple relatif

Un exemple de relativité est d'imaginer deux personnes dans un train jouant au ping-pong. Le train se déplace à environ 30 m/s vers le nord. Lorsque la balle est frappée entre les deux joueurs, elle semble se déplacer vers le nord à une vitesse d'environ 2 m/s, puis vers le sud à une vitesse de 2 m/s.

Imaginons maintenant que quelqu'un se trouve à côté de la voie ferrée et regarde la partie de ping-pong. Lorsque la balle se déplace vers le nord, elle semble se déplacer à 32 m/s (30 m/s plus 2 m/s). Lorsque la balle est frappée dans l'autre direction, elle semble toujours se déplacer vers le nord, mais à une vitesse de 28 m/s (30 m/s moins les 2 m/s). Pour l'observateur à côté du train, la balle semble toujours se déplacer vers le nord.

Il en résulte que la vitesse de la balle dépend de la position "relative" de l'observateur : elle sera différente pour les personnes qui se trouvent dans le train et pour celles qui se trouvent sur le côté de la voie ferrée.

E = mc2

L'un des résultats de la théorie de la relativité restreinte est la célèbre équation d'Einstein E = mc2. Dans cette formule, E représente l'énergie, m la masse et c la vitesse constante de la lumière.

Un résultat intéressant de cette équation est que l'énergie et la masse sont liées. Toute variation de l'énergie d'un objet s'accompagne d'une variation de sa masse. Ce concept est devenu important dans le développement de l'énergie nucléaire et de la bombe nucléaire.

Contraction de la longueur

Un autre résultat intéressant de la relativité restreinte est la contraction des longueurs. La contraction des longueurs consiste en ce que les objets semblent plus courts à mesure qu'ils se déplacent plus rapidement par rapport à l'observateur. Cet effet ne se produit que lorsque les objets atteignent des vitesses très élevées.

Pour vous donner un exemple de la façon dont les objets se déplaçant très rapidement semblent plus courts. Si un vaisseau spatial de 100 pieds de long passait à côté de vous à la moitié de la vitesse de la lumière, il semblerait mesurer 87 pieds de long. S'il passait à 0,95 la vitesse de la lumière, il ne semblerait mesurer que 31 pieds de long. Bien sûr, tout ceci est relatif. Pour les personnes à bord du vaisseau spatial, il semblerait toujours mesurer 100 pieds de long.

En savoir plus sur Albert Einstein et la théorie de la relativité générale.

Activités

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