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RELATIVITÉ Relativité restreinte

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L'équivalence masse-énergie

Dès 1905, Einstein écrit que la masse (M) d'un corps est la mesure de son contenu en énergie. Deux ans plus tard, il pose sa fameuse équation, EMc2, reliant les concepts d'énergie et de masse pour un corps au repos. Si on désire une formulation valable dans n'importe quel référentiel, on doit utiliser la formulation « invariante » sous les transformations de Lorentz de cette loi, qui s'écrit alors : E2c2px2c2py2c2pz2M2c4.

Cette équivalence entre la masse et l'énergie est particulièrement bien mise en évidence au niveau subatomique. Si un noyau de grande masse parvient à se scinder en deux noyaux dont la somme des masses est inférieure à la masse initiale, il en résulte un dégagement d'énergie proportionnel à la perte de masse. C'est le principe des centrales électriques fonctionnant à partir des réactions de fission nucléaire de noyaux lourds tels que l'uranium. L'équivalence masse-énergie est aussi la cause du dégagement d'énergie par le Soleil (et en général les étoiles), qui transforme, chaque seconde, quatre millions de tonnes de matière en énergie rayonnée. Dans ce cas, c'est la fusion de noyaux d'hydrogène en noyaux dont la masse est inférieure à la somme des masses des protons et des neutrons constituants. On dit alors qu'une énergie de liaison (négative) se combine aux énergies de masse des constituants pour donner l'énergie de masse du noyau composé.

Il est important de ne pas confondre le caractère invariant de Lorentz de la masse d'une particule et le fait que l'énergie (et la quantité de mouvement) est une quantité conservée lors de n'importe quel processus physique, bien que sa valeur dépende du référentiel choisi pour examiner la cinématique. La valeur de la masse d'un objet est donc une quantité intrinsèque à cet objet, mais un processus naturel pourra détériorer cette masse et la transformer en énergie cinétique ou en énergie rayonnée par exemple. L'équivalence masse-énergie permet de mesurer la masse d'un objet par la quantité d'énergie nécessaire à sa formation ; ainsi exprime-t-on indifféremment la masse de l'électron en kilogramme ou en mégaélectronvolt (1 MeV = 1,6 × 10–10 joule) par : m = 9,11 × 10–31 kg ou m = 0,511/c2 MeV.

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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,...
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