Introduction à la relativité

Après la relativité de Galilée, où on constatait que ne pouvait définir le déplacement d'un objet qu'uniquement par rapport à un autre objet, vint toute la physique de Newton, gravité, équation de changement de repère entre deux objets en mouvements, etc.

Dans la relativité Galilée/Newton, il n’y a pas de limite, l’infini est possible.

Tant que l’on restait à l’échelle de la mécanique terrestre, de la vitesse des chevaux et à la rigueur des planètes les plus proches, l’infini ça n’embêtait personne.

Mais à l’aube du 20^e siècle, la physique et la connaissance de l'espace et des étoiles ont beaucoup progressé, laissant apparaître des incohérences et des questionnements fondamentaux.

Plus particulièrement la découverte de l’électricité, du magnétisme, puis des champs et ondes électromagnétiques pose un gros problème : Maxwell montre que la lumière est une onde électromagnétique sans masse qui possède en soi une vitesse propre finie.

🤯 Grave interrogation vu que la relativité dit que la vitesse n’existe pas en soi !

On pourrait penser que la lumière n’ayant pas de masse, la relativité inertielle ne s'applique pas. Cependant, Lorentz montre que dans ce cas, l’espace et le temps des deux objets en déplacement relatif sont déformés l’un vis-à-vis de l’autre, et personne ne comprend ce que ça signifie vu que ce n’est pas compatible avec les lois newtoniennes (du moins pour une très grande vitesse).

Albert Einstein publie un article qui va tout révolutionner, car il lèvera toutes les incohérences en montrant qu'effectivement, l’espace et le temps sont aussi soumis à la relativité et qu’ils n’existent pas en absolu !

Einstein complète ce coup d'éclat en septembre 1905, démontrant que cette relativité conduit à l’équivalence masse/énergie et qu'aucun objet inertiel ne peut dépasser la vitesse de la lumière.

L’infini en prend un coup !

On sent intuitivement que ça va faire un peu mal à la tête 🤕, cependant aujourd’hui, 120 ans après cette révélation fondamentale et depuis largement vérifiée, on s’attend à ce que ces concepts et conséquences soient d'une écœurante banalité.

Erreur !

Il suffit de voir les centaines de livres, articles ou blog de vulgarisation sur le sujet dont bien peu sont clairs pour se douter que le sujet bute dans nos cerveaux. Même dans les cours de physique de niveau universitaire, la clarté est loin d’être la règle et les maladresses textuelles courantes.

Très souvent les auteurs tentent de rendre limpide la compréhension de ces concepts à l’aide de plein de dessins très imaginatifs mettant en jeu des éléments de notre quotidien, et revendiquent la presque absence d’équations mathématiques (parce que ces équations, c'est l’horreur, c’est bien connu) et de concepts trop théoriques.

Le résultat, outre l’invraisemblance des situations décrites, est rarement à hauteur des ambitions, voire parfois c’est une belle débâcle.

Il s'agit des fameuses transformations de Lorentz. Elles sont linéaires, basiques en mathématiques.

D’autres tentent de s’appuyer essentiellement sur les représentations graphiques géométriques de l’espace/temps, en général celles de Minkowski, mais parfois pires 🤬.

Celles-ci sont remarquables de visualisation, mais représentent une gymnastique mentale pas vraiment simple pour les non-mathématiciens. Et comme pour les équations, ces représentations ne se suffisent pas en soi, il faut quand même trouver un moyen de verbaliser pour comprendre.

Dans son article de 1905 Einstein, passe du temps au début pour bien poser et expliquer les concepts de base en partant de la relativité Galiléenne ; puis vient la démonstration mathématique de la déformation d’un espace-temps en déplacement telle que vue depuis l’autre espace-temps.

En quelques lignes ou paragraphes, il décrit les conséquences, qui sont pour lui évidentes au vu des concepts précédents.