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RELATIVITÉ Relativité restreinte

Théorie de la relativité - crédits : Encyclopædia Universalis France — Théorie de la relativité
Encyclopædia Universalis France

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 confirmées. La relativité générale est quant à elle une théorie de la gravitation remplaçant celle exprimée par Newton.

En imposant l'universalité de la vitesse de la lumière, la relativité restreinte amène à une description profondément modifiée de toute la physique dont la toile de fond devient un espace-temps quadridimensionnel. Des concepts aussi importants que la simultanéité de deux événements ou la longueur d'un objet deviennent relatifs aux systèmes de référence dans lesquels on les observe. Même si les paradoxes qui en découlent continuent à enrichir la littérature fantastique, la compréhension actuelle de la relativité restreinte ne laisse guère de place à une théorie concurrente.

Historique

La remarquable synthèse de l'électromagnétisme opérée à la fin du xix^e siècle, en particulier par Michael Faraday et James Clerk Maxwell, semblait imposer l'existence d'un « éther luminifère », hypothétique substance dans laquelle se propageraient les ondes lumineuses. Conçue pour détecter le mouvement de la Terre par rapport à cet éther, l'expérience (1887) des deux physiciens américains Albert Abraham Michelson et Edward Williams Morley avait indiqué cependant que la simple loi d'addition (vectorielle) des vitesses issue de la cinématique classique était mise en défaut dans le cas où l'on considère la vitesse de la lumière et celle de la Terre : la vitesse de propagation d'un signal lumineux apparaissait comme indépendante de la vitesse du laboratoire et donc de la vitesse relative de l'instrument de mesure.

Henri Poincaré - crédits : AKG-images — Henri Poincaré
AKG-images

Pour rendre compte de ce fait, une solution ingénieuse avait été proposée dès les années 1889-1892 par l'Irlandais George Francis Fitzgerald et le Néerlandais Hendrik Antoon Lorentz : tout corps se mouvant dans l'éther serait raccourci par un facteur qui augmenterait avec sa vitesse ; si la vitesse devenait égale à celle de la lumière, il serait complètement aplati. Le mathématicien français Henri Poincaré de son côté proposait qu'au contraire l'éther en mouvement relatif se modifiait et ne transmettait pas les perturbations auxquelles il était soumis – c'est-à-dire les ondes lumineuses – de la même façon dans toutes les directions. En 1904, il évoqua même la nécessité d'une nouvelle mécanique dans laquelle aucune vitesse ne serait supérieure à celle de la lumière.

Albert Einstein - crédits : Encyclopedia Britannica — Albert Einstein
Encyclopedia Britannica

En 1905, Poincaré donnait sa forme définitive aux formules de raccourcissement des longueurs et révélait la structure de groupe mathématique des changements de repère qu'il baptisait transformations de Lorentz. Cette même année, Albert Einstein proposa une théorie radicalement nouvelle, fondée sur deux postulats – les postulats de la relativité – qui allait préciser ces formules de Lorentz. La relativité restreinte bousculait des notions aussi fondamentales que la simultanéité, en unifiant l'espace et le temps en même temps qu'elle éliminait la notion d'éther. Cette théorie fut assez mal reçue par la communauté scientifique et ce n'est pas un hasard si le prix Nobel décerné à Einstein en 1922 pour l'année 1921 ne couronna pas cette contribution pourtant majeure à la physique moderne.

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Écrit par

Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Autres références

THÉORIE DE LA RELATIVITÉ, en bref
- Écrit par Bernard PIRE
- 175 mots
- 1 média
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...
ANTIMATIÈRE
- Écrit par Bernard PIRE et Jean-Marc RICHARD
- 6 934 mots
- 4 médias
...mêlant les spéculations hardies et l'analyse critique rigoureuse, fut nécessaire pour élaborer cette théorie. Le début du siècle vit naître la théorie de la relativité, qui modifie notre conception de l'espace et du temps, établit l'équivalence entre masse énergie, et corrige la mécanique classique lorsque...
ATOME
- Écrit par José LEITE LOPES
- 9 146 mots
- 13 médias
...étaient publiés, deux théories, formulées quelques années auparavant, retenaient l'attention des physiciens : la théorie des quanta de Planck (1901) et la théorie de la relativité d' Einstein (1905). Les travaux de Poincaré, de Lorentz et d'Einstein conduisirent, au début du xx^e siècle, à...
CONTINU & DISCRET
- Écrit par Jean-Michel SALANSKIS
- 7 673 mots
...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.
COSMOLOGIE
- Écrit par Marc LACHIÈZE-REY
- 9 302 mots
- 6 médias
...fait contradictoire avec l'idée d'espace absolu et rigide que la 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,...
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Jusqu'à 12 pays	Toutes les données	De 1960 à nos jours	Affiché en courbe Affiché en barre
De 13 à 50 pays	5 données simultanées	De 1960 à nos jours	Masqué en courbe Affiché en barre
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