10) La relativité restreinte partie 2

La théorie de la relativité restreinte a été démontrée par des horloges atomiques d'une précision extrême.

L'une d'elle a été placée dans un avion tandis qu'une deuxième est restée immobile sur Terre. Au retour de l'avion à terre, on a finalement observé que l'horloge statique avait été plus rapide.

Si l'on avait utilisé un véhicule beaucoup plus prompt à se déplacer, suite à la dilatation du temps, l'horloge du vaisseau aurait été beaucoup plus lente que celle restée à terre. La différence n'aurait plus été de quelques nanosecondes mais d'un temps bien plus conséquent.

En effet, tous les corps en déplacement sont touchés par la dilatation du temps.

Admettons un objet mesurant 1m dans un référentiel A. Maintenant imaginons qu'un homme dans un référentiel B en déplacement par rapport au référentiel A décide de mesurer cet objet. Il obtiendra une taille différente égale à :

Taille de l'objet/[1/(1-v² /C²)1/2] où C est la célérité et v la vitesse de déplacement de A par rapport à B.

la vitesse ordinaire d'un TGV: 90 m/s     

1 mètre/[1/(1-90²/299 792 458²)1/2]

1 mètre/[1/(1-9.01245654*10-14)1/2]

1 mètre/[1/√(1-9.01245654*10-14)]

1 mètre/[1/1]

Soit 1 mètre également. On obtient donc une valeur proche à l'extrême de 1.

On observe que si v est petit par rapport à C, ce qui est courant à notre échelle (vitesse d'un train, d'un avion etc...) cela ne modifie quasiment pas la taille de l'objet du référentiel A vu par l'homme du référentiel B. La différence se remarque lorsque V est supérieure à 10% de C, ce qui est considérable.

La vitesse d'un électron dans un tube cathodique (Propulseur pour afficher des images sur un écran de télé par exemple) : 30 000 000 m/s. Soit approximativement 1/10 de la vitesse de la lumière.

1 mètre/[1/(1-30 000 000²/299 792 458²)^1/2]

1 mètre/[1/√(0.9899861495)]

1 mètre/[1.005044846]

Soit 0.9949804767 mètre.

Un homme qui passera à la vitesse exprimée ci-dessus et qui tentera de mesurer un objet d'un mètre dans un référentiel A (statique rappelons le) mesurera un objet de moins d'un mètre !!!

Ce qui prouve bien qu'une taille n'est pas absolue, elle dépend du référentiel à partir de laquelle on l'observe !

Imaginons Maintenant qu'un vaisseau spatial ait été pendant un an à une vitesse proche de celle de la lumière. A leur retour sur Terre, les passagers de ce vaisseau auraient de leur point de vue, vieilli d'un an.

Leurs amis restés sur Terre auraient, eux, vieilli 20 fois plus vite. Le voyage aurait donc été comme un bond dans le futur (Attention, un bond dans le futur, certes mais dans le futur des autres !!! Pour aller dans notre futur, la seule solution envisageable reste aujourd'hui d'attendre...).

Cela nous prouve que, à l'instar de l'espace (la taille) le temps change selon l'endroit où l'on se trouve. Un temps absolu, comme l'imaginait Newton s'est révélé, à la suite des découvertes d'Einstein, complètement faux. L'espace et le temps sont donc relatifs !!!

Illustration des effets de la relativité restreinte, l'exemple des muons:

Il existe une particule intermédiaire du point de vue de la masse entre le proton et l'électron : le muon.
C'est une particule qui est créée directement dans notre atmosphère à la suite de la collision entre un rayon cosmique et des molécules de notre atmosphère.

La durée de vie du muon est très courte, c'est une particule instable. Elle est environ de 1.56 microsecondes, après quoi elle se désintègre.

En outre, cette particule se déplace à une vitesse voisine de celle de la lumière (0.989c).

300000 x 0.989 = 296700 km/h

296700 x 1.5x10^-6 = 0.44505 km. Soit 445,05 mètres avant que la particule ne disparaisse.

On a découvert que lors de leur entrée dans l'atmosphère, les muons parcouraient une distance 10 à 100 fois plus longue que les prévisions des théories de la mécanique classique.

On a pu, grâce à la théorie de la relativité restreinte comprendre que le muon subissait, du fait de son déplacement, la dilatation du temps.

De notre point de vue, le temps est ralenti dans son référentiel, ce qui lui permet d'atteindre une plus grande distance. En effet, ses 1.56 microsecondes de vie durent plus longtemps pour nous que pour lui (alors que la vitesse reste la même dans les deux référentiels). Pour donner une idée, 1 seconde pour le muon dure presque 10 secondes pour nous ! On comprend mieux pourquoi on retrouve autant de ces particules à une si faible hauteur.

  La dilatation du temps soulève toutefois un paradoxe intéressant.

Si des astronautes se déplaçant à une vitesse proche de C et subissant une forte dilatation du temps observent un astéroïde tomber sur une planète, ils le verront tomber d'une façon anormalement lente et pourtant les dégâts provoqués par ce dernier seraient à leurs yeux les mêmes que ceux que verrait un homme sur cette même planète (si il survit...).

Les dégâts sont provoqués d'une part par la vitesse du corps et de l'autre par sa masse.

Sauf que, si les membres du vaisseau voient le corps céleste tomber lentement, mais que les dégâts qu'il fait en touchant la planète sont ceux que ferait un astéroïde tombant à vitesse normale...C'est que sa masse est logiquement plus importante !!!

Une masse peut donc grandir ? 

De la même manière que le temps et l'espace ont été déchus de leurs positions de constantes, Einstein met à bas une énième conviction de l'Homme en prouvant que plus un corps se déplace rapidement, plus sa masse augmente !

Par exemple une balle de tennis lancée à pleine vitesse aura une force plus importante sur la raquette d'un joueur, que si elle y avait été délicatement posée et le joueur devra fournir un effort plus important pour la renvoyer.

Einstein a ainsi pu constater que la masse n'est qu'une énergie sous une forme particulière.

 
Cette énergie peut être calculée simplement en multipliant la masse par le carré de la lumière, la très célèbre formule E=mc².

D'après cette règle même lorsqu'un corps est inerte, un kilo de sa masse au repos peut avoir l'énergie nécessaire pour soulever plusieurs milliards de tonnes.

Cette énergie a pu être observée avec la découverte du nucléaire qui à partir d'une masse insignifiante peut produire une énergie colossale !

La relativité restreinte à permis une véritable révolution des mentalités. D'un Temps Universel et absolue Einstein à fait une dimension changeante et flexible !


Au delà de cette phénoménal découverte la relativité restreinte redéfini certaine lois de la nature et remet en cause notre perception du monde !




"Il est absolument possible qu'au delà de ce que perçoivent nos sens, il se cache un monde insoupçonné."

                                                                               Alber Einstein. 


    

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