RELATIVITÉRelativité générale
En physique, le vocable « relativité » recouvre deux concepts très différents. Celui de relativité restreinte (qui a remplacé la relativité galiléenne) spécifie la structure cinématique de l'espace-temps. Cette structure, d'abord suggérée par l'étude de l'électromagnétisme, a fourni un cadre général pour la description de toutes les autres lois fondamentales de la nature, à l'exception de la gravitation, dont la formulation constitue le domaine de la relativité générale. Cette dernière théorie apporte une modification profonde au concept d'espace-temps, lequel cesse d'être une arène neutre, servant de simple cadre de déploiement à l'existence et à l'évolution de la matière, pour devenir une entité dynamique, influencée par et influençant la distribution d'énergie qu'il contient, et évoluant au même titre que les autres champs physiques. Cependant, la relativité générale est restée longtemps en marge du développement général de la science, car elle apparaissait comme une théorie mal confirmée et peu utile. Cette situation a changé depuis les années 1960 grâce à divers facteurs : développement de la gravitation expérimentale, découverte des quasars, des pulsars, etc., exploration théorique du régime des champs gravitationnels forts (objets condensés, trous noirs) et de celui des champs gravitationnels rapidement variables (rayonnement gravitationnel). De plus, les tentatives modernes d'unification des interactions fondamentales dans le cadre de la théorie quantique des champs ont suscité des recherches nouvelles sur les rapports entre la relativité générale, la théorie quantique et les autres forces, stimulant par là la création, ou le développement, de nouvelles théories physiques, comme la supergravité ou la théorie des cordes.
Théorie de la relativité
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L'addition vectorielle des vitesses est un fait d'expérience. Ainsi, par rapport à un spectateur immobile, une personne se déplaçant sur un tapis roulant en sens inverse fait du surplace. À l'arrêt, elle se déplacera avec le tapis. Enfin, les deux vitesses s'ajoutent lorsque le marcheur et...
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Principe d'équivalence
Masse inertielle et masse gravitationnelle
Le fait expérimental fondamental qui a condu [...]
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Écrit par :
- Thibault DAMOUR : directeur de recherche au C.N.R.S., professeur à l'Institut des hautes études scientifiques, Bures-sur-Yvette, membre correspondant de l'Académie des sciences
- Stanley DESER : docteur en sciences, Harvard, docteur honoris causa, université de Stockholm, Fellow American Physical Society
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« RELATIVITÉ » est également traité dans :
RELATIVITÉ - Vue d'ensemble
La théorie de la relativité est souvent considérée comme l'exemple même des révolutions scientifiques qu'a connues le xxe siècle. On ne peut pourtant la comprendre que dans un cadre historique bien plus large, en remontant aux débuts mêmes de la science moderne. C'est en effet à Galilée, et non à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-vue-d-ensemble/
RELATIVITÉ - Relativité restreinte
La théorie de la relativité comporte deux volets distincts. La relativité restreinte, conçue en 1905 par Albert Einstein , s'est imposée comme un nouveau cadre pour décrire de façon cohérente les phénomènes physiques mettant en jeu des vitesses proches de celle de la lumière . Ses nombreuses conséquences ont été maintes fois […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-relativite-restreinte/
THÉORIE DE LA RELATIVITÉ
Albert Einstein propose, en 1905, la théorie de la relativité restreinte comme un nouveau cadre pour décrire de façon cohérente les phénomènes physiques mettant en jeu des vitesses proches de celle de la lumière . En imposant l'universalité de la vitesse de la lumière, la relativité restreinte mène à une description profondément modifiée de toute […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-de-la-relativite/#i_3297
ANTIMATIÈRE
Dans le chapitre « Antiatomes »
: […]
Par ailleurs, le principe d'équivalence d'Einstein – identifiant la masse inertielle et la masse gravitationnelle –, qui fonde la théorie de la relativité générale et donc pratiquement toute notre compréhension de l'
ATOME
Dans le chapitre « Influence de la théorie de la relativité et de la théorie des quanta sur la théorie atomique »
: […]
de Planck
CONTINU & DISCRET
Dans le chapitre « Jeu scientifique sur le continu et le discret » : […] le monde et comprendre la tension entre celui-ci et le discours qu'elle tient. L'interférence entre ce que dit la physique et le sens philosophique du continu, du discret et de leur opposition est devenue plus flagrante avec l'apparition des deux grandes théories « révolutionnaires » du début de ce siècle : la relativité et la mécanique quantique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/continu-et-discret/#i_3297
COSMOLOGIE
Dans le chapitre « Univers relativiste » : […] physique newtonienne considérait, et que seule permettait d'appréhender la théorie de la relativité générale. Mais l'impact de cette théorie, ainsi que celui de la relativité restreinte, dépassait la simple introduction de la notion d'expansion, dont certains aspects peuvent à la rigueur être interprétés dans un cadre newtonien. Ces théories […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cosmologie/#i_3297
EDDINGTON ARTHUR STANLEY (1882-1944)
Dans le chapitre « Les théories relativistes »
: […]
d'Eddington ; il est aussi devenu l'un des plus notables parmi les théoriciens de la relativité, encore peu nombreux à l'époque. Tenu au courant dès 1916, par l'astronome hollandais
EINSTEIN ALBERT (1879-1955)
Dans le chapitre « La formation d'un style scientifique » : […] Quant aux travaux sur la relativité, ils prennent leur point de départ sur une critique de la mécanique et de la théorie électromagnétique, considérées du point de vue de leurs propositions fondamentales, suivie d'une reformulation des concepts d'espace et de temps. La théorie de la relativité restreinte ainsi constituée autour de la notion de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/albert-einstein/#i_3297
EINSTEIN ET LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE, LES CHEMINS DE L'ESPACE-TEMPS (J. Eisenstaedt)
Si les principes et les conséquences de la théorie de la relativité restreinte ont été souvent, et parfois de façon excellente, vulgarisés, la complexité mathématique de la théorie d'Einstein de la gravitation – appelée relativité générale – est telle qu'elle n'est appréciée que d'un petit nombre de scientifiques. Pourtant, comme l'affirme Jean […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/einstein-et-la-relativite-generale-les-chemins-de-l-espace-temps/#i_3297
ÉNERGIE - La notion
Dans le chapitre « Mécanique relativiste »
: […]
ÉPISTÉMOLOGIE
Dans le chapitre « Sciences formelles, sciences empiriques » : […] sur la nature du formalisme spatio-temporel qu'ont suscitées les deux théories de la relativité. Comment interpréter, dans la perspective de la relativité restreinte, les transformations imposées aux mesures d'espace et de temps par le passage d'un observatoire galiléen à un autre, d'où l'on veut décrire le même phénomène ? Le conventionnalisme de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/epistemologie/#i_3297
ESPACE-TEMPS
Dans le chapitre « Espace et temps relatifs, transformations réciproques » : […] Jusqu'à l'analyse critique d'Einstein, la notion de simultanéité semblait intuitive ; elle se rattachait à une évidence immédiate. Einstein suppose, au contraire, que la simultanéité de deux événements distincts localisés en A et en B doit être fondée sur un critère expérimental : par exemple, un observateur situé en M, milieu du segment AB, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/espace-temps/#i_3297
ÉTHER
Dans le chapitre « La relativité restreinte » : […] Avec Lorentz et Poincaré, l'éther avait perdu sa plus élémentaire et fondamentale propriété : celle de constituer un système de référence matériel. L'éther existait ; mais des « effets ad hoc » (contraction des longueurs, dilatation des durées, variation des masses) intervenaient pour compenser toute manifestation […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ether/#i_3297
GRAVITATION ET ASTROPHYSIQUE
Dans le chapitre « Généralités »
: […]
théorie de la gravitation plus sophistiquée devint évidente dès 1905, quand Einstein publia son mémoire sur la relativité restreinte, de façon à rendre compte des propriétés des phénomènes électromagnétiques en général, et de la
HASARD
Dans le chapitre « Le hasard et l'explication dans les sciences » : […] e siècle a été marquée par l'invention de deux théories majeures : la relativité générale et la mécanique quantique, qui ne reposent pas sur les mêmes bases et qui ne proposent pas une même image du monde. La première ne fait aucune place au hasard ; la seconde lui confère, dans ses hypothèses et dans ses équations, une fonction […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hasard/#i_3297
INTERACTIONS (physique) - Interaction gravitationnelle
Dans le chapitre « La gravitation relativiste » : […] En mécanique relativiste, l'espace et le temps ne sont plus des paramètres indépendants comme en mécanique newtonienne. Espace et temps sont intimement liés et constituent ensemble un cadre d'espace-temps dans lequel se situent les « événements ». L'idée centrale de la relativité générale est de considérer les phénomènes […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-gravitationnelle/#i_3297
INTERACTIONS (physique) - Électromagnétisme
Dans le chapitre « Invariance relativiste » : […] La théorie de la relativité d'Einstein substitue la transformation de Lorentz à celle de Galilée : x' = (x – ut)/(1 – –u2/c2)1/2, y' = y, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-electromagnetisme/#i_3297
LANGEVIN PAUL (1872-1946)
cas de l'électron. Ce n'est que quelques mois plus tard qu'il lira le mémoire d'Einstein sur la théorie de la relativité restreinte. Il en saisira immédiatement toute la portée révolutionnaire : « Ce véritable sens n'était rien moins qu'une conception nouvelle et relative du
LICHNEROWICZ ANDRÉ (1915-1998)
Mathématicien français dont les travaux portent sur la
LORENTZ HENDRIK ANTOON (1853-1928)
Dans le chapitre « La transformation de Lorentz »
: […]
système référentiel qui se déplace par rapport au premier. Ainsi, Lorentz était venu tout près de la théorie de la relativité, mais le pas décisif restait à faire. Lorentz ne quittait pas l'idée de l'espace et du temps absolus. La remarque de
MACH ERNST (1838-1916)
Dans le chapitre « La critique des concepts physiques » : […] cette proposition « principe de Mach » : utile dans la conceptualisation initiale de la relativité générale, puisqu'il conduisit Einstein à s'interroger sur le principe d'équivalence (des masses inertiale et gravitationnelle), il ne semble pas réellement compatible avec cette théorie, et le concept même de champ apparaît contraire à la réalisation […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ernst-mach/#i_3297
MASSE, physique
Dans le chapitre « Masse et énergie » : […] Exerçant une force sur un corps, on accroît, en même temps que son inertie, son énergie en lui communiquant de l'énergie cinétique. La relativité einsteinienne fait apparaître une relation simple entre l'énergie totale d'un corps E et son inertie I ; c'est la relation fondamentale E = Ic2 ( […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse-physique/#i_3297
MASSE (notions de base)
Dans le chapitre « La masse relativiste »
: […]
Les principes de la relativité restreinte développée par
MÉCANIQUE - Mécanique analytique
Dans le chapitre « Mécanique relativiste » : […] Les résultats précédents peuvent s'étendre à d'autres problèmes ayant une structure analogue (principes variationnels portant sur des intégrales simples). Traitons le cas de la mécanique relativiste […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-mecanique-analytique/#i_3297
MÉCANIQUE CÉLESTE
La théorie de la relativité générale donne de la gravitation une interprétation géométrique : l'
MICHELSON ALBERT ABRAHAM (1852-1931)
en longueurs d'onde de la raie rouge du cadmium (1893) marque une étape en
MINKOWSKI HERMANN (1864-1909)
Mathématicien allemand né en Russie, à Alexoten, et mort à Göttingen. Hermann Minkowski habita Königsberg dès sa plus tendre enfance, et il fit ses études universitaires à Königsberg et à Berlin. De 1887 à 1902, il enseigna successivement à l'université de Bonn et à l'université de Königsberg, puis à l'École polytechnique de Zurich, où il eut comme […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hermann-minkowski/#i_3297
MONDE
Dans le chapitre « La notion de champ »
: […]
au problème de la structure globale de la
MÖSSBAUER EFFET
Dans le chapitre « Principales applications » : […] à Harvard en 1959 par R. V. Pound et G. A. Rebka, qui vérifièrent l'une des prévisions de la théorie de la relativité : le déplacement vers le rouge des raies spectrales dans un champ de gravitation ou, comme on l'appelle parfois, le poids apparent des photons. Ils parvinrent en effet à déceler l'infime perte relative d'énergie (2,5 × 10-15) […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-mossbauer/#i_3297
MOUVEMENT
Dans le chapitre « Espace, temps, matière » : […] est en réalité déterminé par les masses qui s'y trouvent placées. La théorie de la relativité générale, élaborée à partir de cette idée, impose que la métrique, c'est-à-dire la géométrie de l'espace-temps, dépende de la répartition locale de masse. On comprend alors rétrospectivement que l'affirmation selon laquelle le mouvement qui est « comme nul […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mouvement/#i_3297
NOTION DE COURBURE DE L'ESPACE-TEMPS
décrivant la métrique. L'article qui résultera de ce travail de défrichage, titré « Ébauche d'une théorie généralisée de la relativité et d'une théorie de la gravitation » paraîtra l'année suivante dans la revue Zeitschrift für Mathematik und Physik. Il est divisé en deux parties : dans la première, Grossmann présente les […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/notion-de-courbure-de-l-espace-temps/#i_3297
OBJET
Dans le chapitre « L'objet scientifique irréductible à l'objet perçu »
: […]
pour une représentation des objets physiques par la science. Les théories de la relativité, surtout de la relativité générale, ont obligé à prendre au sérieux la question d'une représentation non classique de l'
OPTIQUE - Optique électronique
Dans le chapitre « Principes physiques »
: […]
c de la
PHYSIQUE - Les fondements et les méthodes
Dans le chapitre « XXe siècle » : […] et la théorie de la relativité. La genèse de la relativité a un lien étroit avec le principe d'inertie, c'est-à-dire, en particulier, l'existence d'un système de repère absolu (lié jadis aux étoiles) dans lequel le mouvement d'un point libre est uniforme. Les […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-les-fondements-et-les-methodes/#i_3297
POINCARÉ HENRI (1854-1912)
Dans le chapitre « Physique mathématique et physique théorique » : […] il propose, parallèlement au travail d'Einstein sur la relativité restreinte, une théorie relativiste de l'électrodynamique. Il formula en outre une approche « covariante » (au sens restreint) de la gravitation utilisant pour la première fois la méthode, aujourd'hui classique, de la recherche des invariants de Lorentz. Sa proposition de représenter […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/henri-poincare/#i_3297
QUADRIVECTEUR
Vecteur à quatre composantes dans l'espace quadridimensionnel (espace tridimensionnel et temps) de la relativité restreinte (espace de Minkowski […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/quadrivecteur/#i_3297
RÉALITÉ PHYSIQUE
Dans le chapitre « Le dépassement des idées familières » : […] Les progrès conceptuels dus à la théorie de la relativité et certains de ceux dus à la mécanique quantique ont – à un premier niveau déjà très important – entraîné le dépassement d'idées naïves […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/realite-physique/#i_3297
SCHWARZSCHILD KARL (1873-1916)
Astronome allemand, né à Francfort-sur-le-Main, K. Schwarzschild se distingue, à l'âge de seize ans, par un article sur la théorie des orbes célestes et il fait ses études à Munich auprès de Hugo von Seeliger. En 1901, il est professeur et directeur de l'observatoire de Göttingen, poste qu'il quitte en 1909 pour prendre la direction de l' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/karl-schwarzschild/#i_3297
SÉPARABILITÉ ET NON-SÉPARABILITÉ, mécanique quantique
Dans le chapitre « Le débat Einstein-Bohr et les fondements de la mécanique quantique »
: […]
mais ayant été émis par la même source. Pour Einstein, les deux mesures éloignées ne peuvent s'influencer mutuellement, car le principe de
SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE
Dans le chapitre « Spin et relativités »
: […]
mouvement relatif uniforme. Ces dernières sont les transformations dites de Lorentz, qui forment le cœur de la relativité einsteinienne. Elles peuvent, pour des mouvements à faible vitesse devant la vitesse limite, dite « de la lumière », être remplacées par les transformations classiques de
TEMPS
Dans le chapitre « Chronométrie galiléo-newtonienne »
: […]
Il existe une relation intime entre le principe d'inertie et le principe de relativité. En effet, la
TONNELAT MARIE-ANTOINETTE (1912-1980)
Il est difficile d'évoquer l'œuvre de Marie-Antoinette Tonnelat dans le domaine de la relativité en raison du caractère hautement technique du sujet. On relèvera cependant que sa thèse, qui portait sur la théorie du photon dans un
VEBLEN OSWALD (1880-1960)
Mathématicien américain né à Decorah (Iowa) et mort à Brooklin (Maine). Veblen apporta d'importantes contributions en
WEYL HERMANN (1885-1955)
Dans le chapitre « Relativité et géométrie différentielle » : […] à l'Institut de technologie de Zurich, le collègue d'Einstein, qui venait de découvrir la relativité générale ; depuis cette date, Weyl n'avait cessé de s'intéresser à la relativité et, dès sa démobilisation en 1916, il fait une série de conférences sur ce sujet dans cette même ville de Zurich qu'Einstein avait quittée pour Berlin. C'est l'origine […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hermann-weyl/#i_3297
WHITEHEAD ALFRED NORTH (1861-1947)
Dans le chapitre « Le mathématicien » : […] L'ouvrage le plus caractéristique des conceptions philosophiques de Whitehead sur la relativité et la gravitation est The Principle of Relativity (1922), qui est une réunion de textes de conférences. Les théories qu'y expose l'auteur sont indépendantes conceptuellement de celles qu'ont élaborées Hugo Bergmann, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/alfred-north-whitehead/#i_3297
Voir aussi
Pour citer l’article
Thibault DAMOUR,
Stanley DESER,
« RELATIVITÉ -
