Temps de lecture : 10 minutes
Durée totale des vidéos : 1 heure 30 minutes
Avant de s’attaquer à la théorie de la Relativité Générale d’Einstein, il est important de comprendre le principe de la relativité tout court. Pourquoi dit-on que « Tout est relatif » ? Qu’est ce que cette expression signifie d’un point de vue physique ?
Nous allons le découvrir dans cette partie !
Avec 3 questions que tout le monde peut comprendre, nous allons voir pourquoi le principe de relativité est nécessaire pour décrire le monde qui nous entoure.
1. Quelle est la vitesse de la lumière ?
2. Je suis dans un train qui va à 200Km/h et je lance une balle devant moi à 50Km/h, quelle est la vitesse de cette balle ?
3. Je suis toujours dans un train qui va à 200km/h, j'allume une lampe torche dans le sens de la marche. Quelle est la vitesse de la lumière qui sort de ma lampe ?
Vous voyez le problème dans la dernière question ? Pour une personne qui me regarde passer du quai, la réponse à cette question est compliquée... Car si on applique le même raisonnement que pour la question 2, la vitesse de la lumière irait à 299 792Km/s + la vitesse du train, ce qui est impossible car la limite est fixée par la lumière elle même avec ses 299 792Km/s.
Alors que se passe t-il dans cette situation pour une personne qui regarde le train passer ?
A la fin de ce chapitre, après avoir découvert le principe de Relativité, vous serez en mesure de répondre à cette question et de comprendre pourquoi tout est relatif.
Tout est relatif.
Les 3 vidéos qui suivent vont vous permettre de découvrir les concepts de la relativité restreinte.
La vidéo d’E-penser (Bruce BENAMRAN) est en deux parties. Il plonge dans les détails historiques pour que le spectateur puisse comprendre les questions qui se sont posées à l’époque, avant que ces principes soient découverts. Science Étonnante (David LOUAPRE) va directement aux concepts physiques qui nous intéressent ici. Certains d’entre vous comprendrons mieux avec le coté historique associé, d’autres en plongeant directement dans la physique.
Personnellement, je vous conseille de regarder les 3 vidéos. Les explications sont données sous des angles différents, ce qui peut vous apportez une compréhension supplémentaire du sujet. Dans tous les cas, on se retrouve après pour débriefer sur ce que vous devriez avoir appris ! Si vous ne comprenez pas tout, pas de crainte !
Vous êtes ici pour apprendre à votre rythme, ne vous découragez pas, ce ne sont pas des concepts faciles quand on débute en physique alors prenez le temps de bien les intégrer.
Bon visionnage 🙂
E-penser – Relativité Restreinte P.1
E-penser – Relativité Restreinte P.2
Science Étonnante – Relativité Restreinte
Récapitulons tout ça, dans le calme... Et parlons des difficultés que vous avez pu rencontrer
Bon, après 1h30 de relativité restreinte à parler de train et de lumière, c’est le moment de prendre du recul et de faire une petite pause. 🙂
Parlons un peu des difficultés que vous avez pu rencontrer pendant les vidéos, ou même pendant mes premières questions. Débuter en science, ce n’est pas évident… Quand j’en parle autour de moi, voilà les difficultés que les gens rencontrent régulièrement au début.
1. J’ai des questions, plein de questions ! Je commence à vouloir comprendre la relativité et on m’affirme des choses, sans m’expliquer pourquoi.
Par exemple : Pourquoi la lumière aurait-elle la même vitesse dans tous les référentiels ? Pourquoi est-ce qu’on ne pourrait pas la dépasser ? Aujourd’hui, c’est ce qu’on pense, mais qu’est-ce qui nous dit que ces théories ne seront pas fausses dans quelques années ? Après tout, il reste plein de chose à expliquer.
Effectivement, toutes ces questions sont légitimes, mais malheureusement les explications à ces questions requièrent souvent d’autres connaissances et concepts qui ne sont pas non plus connus lorsque l’on débute.
Par exemple : Quand on commence à évoquer le fait que rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière dans le vide, voir même, qu’aucune particule possédant une masse ne peut l’atteindre. Il faudrait commencer par évoquer le fait que le photon a une masse nulle. Et expliquer ce qu’est un photon pour ceux qui ne savent pas. Et pourquoi il possède une masse nulle ? Car le photon n’interagit pas avec le champ de Higgs et les scientifiques pensent aujourd’hui que c’est l’interaction avec le champ de Higgs qui donne une masse aux particules élémentaires. Il faudrait du coup parler du boson de Higgs qui est le boson vecteur du champs de Higgs et hop on est déjà parti trop loin pour débuter, beaucoup trop loin !!
J’espère que vous comprenez où je veux en venir… La science, ça ne s’apprend pas en un jour et il faut bien commencer quelque part.
Toutes les questions que l’on se pose au début sur les affirmations scientifiques sont légitimes, néanmoins, il est nécessaire de creuser les sujets en profondeur pour avoir des réponses à ces questions. Cependant, l’objectif de mon site est de vous faire découvrir les concepts de base pour vous permettre de comprendre un peu mieux le monde qui nous entoure et vous donnez envie d’approfondir les sujets ! Il est nécessaire pour avancer de faire confiance à ce que les scientifiques ont déduit des équations et des expériences qu’ils ont fait, avant de comprendre comment et pourquoi.
Il y aura donc beaucoup d’affirmation pour vous expliquer ces concepts, des sortes de postulat de base qui doivent être acceptés plutôt que compris. Si vous continuez l’expédition plus loin par curiosité ou comme moi par passion, beaucoup de vos questions trouverons des réponses ! Ne vous sentez pas dupé parce qu’on vous explique les choses en surface, c’est un passage obligatoire !
2. Les pensées terrestres.
Notre planète, à l’échelle humaine, c’est ce que nous avons toujours connu. Mais en physique, les échelles Humaines ne sont pas vraiment à l’honneur et nous sommes obligés de faire des expériences de pensées pour se plonger dans les lois qui régissent l’Univers.
Il est possible que vous vous soyez dit plus haut « De toute façon, un train qui passe à 200Km/h, je ne pourrais jamais voir une personne à l’intérieur allumer une lampe, c’est beaucoup trop rapide ». C’est vrai vous avez raison, mais ce n’est pas ce le but. J’aurai pu prendre un exemple avec un avion de chasse allant à 3000Km/h ou même un piéton qui va à 1Km/h, dans tous les cas, je n’aurai pas pu l’additionner à la vitesse de la lumière.
- L’humain ne voit malheureusement pas les espaces se contracter ou le temps se dilater sous l’effet de la vitesse. Mais pourtant, c’est une réalité physique.
- Les humains voient les objets lourds tomber plus vite. Mais, dans le reste de l’Univers, cette affirmation est fausse, ils tombent tous à la même vitesse.
Quand on débute en science, on ramène naturellement nos pensées à ce que l’on connaît sur Terre. Mais je vous rassure, à part nos instruments de mesure, personne n’est allé assez vite pour observer le phénomène évoqué dans ces vidéos. Même le plus rapide de nos avions de chasse a une vitesse dérisoire comparée à celle de la lumière. Il faut donc s’en remettre aux équations et aux mesures des horloges atomiques.
Il faut penser l’Univers dans son ensemble et non plus uniquement penser à la Terre comme on en a l’habitude depuis sa naissance.
Pour apprendre, il faut dépasser ces pensées humaines et s’aventurer plus loin. La Terre n’est pas un référentiel absolu dans l’Univers. Et quand vous êtes dans un train, dire que vous vous déplacer à une vitesse constante de 200Km/h par rapport à la Terre ou que vous êtes immobile et que c’est la Terre qui se déplace par rapport à vous, est une vérité physique même si d’un point de vue humain, vous voyez bien que c’est le train qui bouge, car vous le savez.
Les expériences de pensées sont très utiles et il est important que vous fassiez l’effort d’arrêter de penser Terre, Homme, mais que vous pensiez Univers !
3. Les nouveaux concepts et la persévérance.
Cette difficulté a un lien avec la deuxième. C’est l’acceptation des nouveaux concepts. Cette difficulté, c’est vous contre vous-même. Par exemple ici, l’acceptation que si la vitesse de la lumière est constante dans tous les référentiels, alors ce sont forcément les longueurs qui changent.
À des vitesses proches de celle de la lumière, tout le monde ne percevra pas 1 mètre de la même façon en fonction de là où il se trouve. Une seconde dans votre référentiel n’est pas nécessairement une seconde dans le référentiel du voisin.
Les longueurs et le temps sont relatifs ! C’est comme ça. Il faut y penser, le conceptualiser, l’imaginer petit à petit pour au final se faire à l’idée contre intuitive de l’expérience humaine que nous vivons au quotidien.
Une fois que vous aurez dépassé ce stade de l’expérience quotidienne, ça viendra, j’en suis sûr ! Pas de panique si ce déclic n’est pas arrivé pendant les vidéos ou pendant la lecture du récapitulatif qui arrive. Vous commencez la physique, il faut prendre le temps de s’habituer à ces nouvelles idées. Tout le monde a un rapport différent à la physique et connaît plus ou moins de chose en fonction de son parcours scolaire, de son métier etc. Ce n’est pas une course à l’apprentissage 🙂
Si vous avez rencontré les difficultés évoquées ci-dessous, pas d’inquiétude, vous êtes loin d’être le seul ou la seule ! Il faut juste en avoir conscience et faire les efforts nécessaires pour se plonger dans l’apprentissage. 🙂
Je vous propose un petit récapitulatif de ce qu’il faut retenir en priorité de ces 3 vidéos.
La Lumière
Le Mouvement
La Relativité
*Relatif = Qui varie en fonction de l'observateur ou du référentiel
*Absolu = Qui est constant quel que soit l'observateur ou le référentiel
Avec toutes ces nouvelles connaissances, nous sommes maintenant en mesure de répondre à la question du début ! Nous pouvons également enrichir les réponses apportées pour les premières question, qui étaient incomplètes.
1. Quelle est la vitesse de la lumière ?
2. Je suis dans un train qui va à 200Km/h et je lance une balle devant moi à 50Km/h, quelle est la vitesse de cette balle ?
3. Je suis toujours dans un train qui va à 200km/h, j'allume une lampe torche dans le sens de la marche. Quelle est la vitesse de la lumière qui sort de ma lampe ?
L'expression "Tout est relatif" prend tout son sens ici. La vitesse, le temps, l'espace... Tout est relatif et dépend de l'observateur. Ces 3 éléments sont perçus différemment pour la personne dans le train et pour la personne sur le quai. Le seul élément absolu (fixe) en relativité, est la vitesse de la lumière.
Nous venons de voir les principes de la relativité … Restreinte !
Pourquoi restreinte ? Vous l’avez peut-être relevé dans une des vidéos, mais cette théorie formulée par Einstein ne prend pas en compte la gravité. Et elle fonctionne uniquement lorsque les objets sont au repos ou en mouvement rectiligne uniforme, c’est-à-dire sans subir d’accélération et de décélération.
Il était donc nécessaire de construire une théorie plus complète, qui permette de décrire ces cas de figure, en particulier pour prendre en compte l’accélération que subit un objet lorsqu’il est soumis à la gravité, une théorie plus…. Général.