Abonnez-vous à Universalis pour 1 euro

RELATIVITÉ Relativité restreinte

  • Article mis en ligne le
  • Modifié le
  • Écrit par

Quantité de mouvement et énergie

La physique classique avait introduit les concepts d'énergie (E) et de quantité de mouvement (désignée par le vecteur p, de composantes px, py et pz, la quantité de mouvement est égale au produit de la masse[m]d'un corps par son vecteur vitesse[v] : p = mv). Les lois de conservation de ces quantités s'étaient révélé liées à l'invariance de la physique par rapport au choix d'une position ou d'une date origine. Ainsi, un système isolé doit avoir une quantité de mouvement constante et, si des forces internes le scindent en sous-ensembles, la somme des vecteurs quantité de mouvement de ses parties sera égale à sa quantité de mouvement initiale.

On vérifie aisément à l'aide des formules relativistes qu'une telle conservation ne peut être indépendante de l'observateur si l'on garde la définition newtonienne : on la remplace donc par : p = γmv, où γ est le facteur qui exprime la dilatation relativiste des durées. Le physicien américain Arthur Compton (Prix Nobel 1927) montra, par des mesures précises effectuées dans les toutes premières chambres à brouillard, que le choc élastique d'un photon contre un électron (appelé depuis effet Compton) vérifiait bien la conservation de la quantité de mouvement pourvu qu'on adopte cette nouvelle définition.

L' énergie cinétique (Ec) emmagasinée par un corps en mouvement dut aussi être redéfinie comme : Ec = γmc2, expression qui à la limite des petites vitesses rejoint le classique Ec = mv2/2 de la cinématique newtonienne. On comprend ainsi pourquoi les plus grands accélérateurs de particules, bien qu'ils fournissent une énergie cinétique considérable, ne permettent pas aux électrons ou aux protons de dépasser la vitesse de la lumière ; en fait le terme d'accélérateur est même trompeur puisque la vitesse varie bien peu lorsque γ passe de 100 à 200 par exemple.

De la même façon que date et position sont réunies dans un quadrivecteur de l'espace-temps, énergie et quantité de mouvement deviennent les composantes d'un quadrivecteur dont les composantes sont (E, cpx, cpy, cpz). Les valeurs de chacune de ces composantes dépendent de la vitesse du référentiel par rapport au corps considéré. Ainsi, les trois dernières composantes seront nulles si le référentiel est lié au mouvement du corps mais elles seront grandes si le corps a une vitesse élevée par rapport à ce référentiel. Il existe cependant une combinaison des quatre composantes qui est indépendante du choix du repère ; c'est la quantité : E2c2px2c2py2c2pz2. Cette quantité est ce qu'on appelle un invariant relativiste, comme la séparation d'espace temps D2 évoquée plus haut. Elle est une mesure de l'énergie du corps au repos.

La suite de cet article est accessible aux abonnés

  • Des contenus variés, complets et fiables
  • Accessible sur tous les écrans
  • Pas de publicité

Découvrez nos offres

Déjà abonné ? Se connecter

Écrit par

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

Classification

Pour citer cet article

Bernard PIRE. RELATIVITÉ - Relativité restreinte [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Article mis en ligne le et modifié le 25/03/2009

Médias

Théorie de la relativité - crédits : Encyclopædia Universalis France

Théorie de la relativité

Henri Poincaré - crédits : AKG-images

Henri Poincaré

Albert Einstein - crédits : Encyclopedia Britannica

Albert Einstein

Autres références

  • THÉORIE DE LA RELATIVITÉ, en bref

    • Écrit par
    • 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 et
    • 6 931 mots
    • 4 médias
    ...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
    • 9 140 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 xxe siècle, à la...
  • CONTINU & DISCRET

    • Écrit par
    • 7 672 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 : larelativité et la mécanique quantique.
  • COSMOLOGIE

    • Écrit par
    • 9 300 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,...
  • Afficher les 44 références