La théorie de la relativité restreinte, publiée en 1905 par Einstein et une importante généralisation d'un certain nombre d'hypothèses antérieures, est l'une des plus résonnantes et discutées en physique.
En effet, il est difficile d'imaginer que lorsqu'un objet se déplace à une vitesse proche de la lumière, des processus physiques commencent à se dérouler pour lui d'une manière tout à fait inhabituelle: sa longueur diminue, sa masse augmente et le temps ralentit. Immédiatement après la publication, des tentatives ont commencé à discréditer la théorie, qui se poursuivent aujourd'hui, bien que plus de cent ans se soient écoulés. Ce n'est pas surprenant, car la question de l'heure préoccupe depuis longtemps l'humanité et attire l'attention de tous.
Qu'est-ce que le relativisme
L'essence de la mécanique relativiste (c'est aussi la théorie restreinte de la relativité, ci-après dénommée SRT) et sa différence avec la mécanique classique est clairement exprimée par la traduction directe de son nom: latin relativus signifie "relatif". SRT postule l'inévitabilité de la dilatation du temps pour un objet lorsqu'il se déplace par rapport à un observateur.
La différencede cette théorie, proposée par Albert Einstein, de la mécanique newtonienne et réside dans le fait que tous les processus en cours ne peuvent être considérés que relativement les uns aux autres ou à un observateur extérieur. Avant de décrire ce qu'est la dilatation relativiste du temps, il est nécessaire d'approfondir un peu la question de la formation de la théorie et de déterminer pourquoi sa formulation est devenue possible et même obligatoire.
Les origines de la relativité
À la fin du 19e siècle, les scientifiques ont compris que certaines données expérimentales ne correspondaient pas à l'image du monde basée sur la mécanique classique.
Des contradictions fondamentales ont abouti à des tentatives de combinaison de la mécanique de Newton avec les équations de Maxwell décrivant le mouvement des ondes électromagnétiques dans le vide et les milieux continus. On savait déjà que la lumière est une telle onde et qu'elle devrait être considérée dans le cadre de l'électrodynamique, mais il était extrêmement problématique de discuter avec une mécanique visuelle et, surtout, éprouvée par le temps.
La contradiction, cependant, était évidente. Supposons qu'une lanterne soit fixée devant un train en mouvement, qui brille vers l'avant. Selon Newton, les vitesses du train et la lumière provenant de la lanterne doivent s'additionner. Les équations de Maxwell dans cette situation hypothétique ont tout simplement "cassé". Une approche entièrement nouvelle était nécessaire.
Relativité restreinte
Il serait faux de croire qu'Einstein a inventé la théorie de la relativité. En fait, il s'est tourné vers les travaux et les hypothèses des scientifiques qui ont travaillé avant lui. Cependant, l'auteur s'est approchéquestion d'autre part et au lieu de la mécanique de Newton a reconnu les équations de Maxwell comme "a priori correctes".
En plus du célèbre principe de relativité (en fait, formulé par Galilée, cependant, dans le cadre de la mécanique classique), cette approche a conduit Einstein à une affirmation intéressante: la vitesse de la lumière est constante dans tous les référentiels de référence. Et c'est cette conclusion qui nous permet de parler de la possibilité de changer les normes de temps lorsque l'objet se déplace.
Constance de la vitesse de la lumière
Il semblerait que l'affirmation "la vitesse de la lumière est constante" n'est pas surprenante. Mais essayez d'imaginer que vous êtes immobile et que vous regardez la lumière s'éloigner de vous à une vitesse fixe. Vous suivez le faisceau, mais il continue de s'éloigner de vous exactement à la même vitesse. De plus, en vous retournant et en volant dans la direction opposée au faisceau, vous ne changerez en rien la vitesse de votre distance l'un de l'autre !
Comment est-ce possible ? Ici commence la conversation sur l'effet relativiste de la dilatation du temps. Intéressant? Alors lisez la suite !
Dilatation relativiste du temps selon Einstein
Lorsque la vitesse d'un objet approche la vitesse de la lumière, le temps interne de l'objet est calculé pour ralentir. Si nous supposons qu'une personne se déplace parallèlement au rayon de soleil avec une vitesse similaire, le temps pour lui cessera de courir du tout. Il existe une formule pour la dilatation temporelle relativiste, reflétant sa relation avec la vitesse d'un objet.
Cependant, en étudiant cette question, il ne faut pas oublier qu'aucun corps avec une masse ne peut même théoriquement atteindre la vitesse de la lumière.
Paradoxes liés à la théorie
La relativité restreinte est un travail scientifique et pas facile à comprendre. Cependant, l'intérêt du public pour la question de l'heure donne régulièrement naissance à des idées qui, au niveau quotidien, semblent être des paradoxes insolubles. Par exemple, l'exemple suivant déconcerte la plupart des personnes qui découvrent la SRT sans aucune connaissance en physique.
Il y a deux avions, dont l'un vole droit, et le second décolle et, après avoir décrit un arc à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, rattrape le premier. Comme on pouvait s'y attendre, il s'avère que le temps pour le deuxième appareil (qui volait à une vitesse proche de la lumière) s'est écoulé plus lentement que pour le premier. Cependant, conformément au postulat SRT, les référentiels des deux aéronefs sont égaux. Cela signifie que le temps peut passer plus lentement pour l'un et l'autre appareil. Il semblerait que ce soit une impasse. Mais…
Résoudre les paradoxes
En fait, la source de ce genre de paradoxes est une méconnaissance du mécanisme de la théorie. Cette contradiction peut être résolue à l'aide d'une expérience spéculative bien connue.
Nous avons un cabanon avec deux portes formant un passage traversant et un poteau légèrement plus long que la longueur du cabanon. Si nous étirons le poteau de porte en porte, ils ne pourront pas fermer ou ils briseront tout simplement notre poteau. Si le poteau, volant dans la grange,aura une vitesse proche de la vitesse de la lumière, sa longueur va diminuer (rappel: un objet se déplaçant à la vitesse de la lumière aura une longueur de zéro), et au moment où il est à l'intérieur de la grange, on peut fermer et ouvrir le portes sans casser nos accessoires.
Par contre, comme dans l'exemple avec le rabot, c'est la grange qui doit décroître par rapport au poteau. Le paradoxe se répète et, semble-t-il, il n'y a pas d'issue - les deux objets sont réduits de manière synchrone. Cependant, rappelez-vous que tout est relatif et résolvez le problème en modifiant l'heure.
Relativité de la simultanéité
Lorsque le bord avant du poteau est à l'intérieur, devant la porte d'entrée, nous pouvons le fermer et l'ouvrir, et au moment où le poteau vole complètement dans le hangar, nous ferons de même avec le dos porte. Il semblerait que nous ne le fassions pas en même temps, et l'expérience a échoué, mais ici l'essentiel s'avère: conformément à la théorie de la relativité restreinte, les moments de fermeture des deux portes sont situés au même point sur le axe du temps.
Cela se produit parce que des événements se produisant simultanément dans un cadre de référence ne seront pas simultanés dans un autre. La dilatation relativiste du temps se manifeste dans la relation des objets, et nous revenons à la généralisation absolument banale de la théorie d'Einstein: tout est relatif.
Il y a un autre détail: l'égalité des systèmes de référence est pertinente dans SRT, lorsque les deux objets se déplacent de manière uniforme et rectiligne. Dès que l'un des corps commence à accélérer ou décélérer, son référentiel devient uniquepossible.
Paradoxe des jumeaux
Le paradoxe le plus célèbre qui explique la dilatation temporelle relativiste "de manière simple" est une expérience de pensée avec deux frères jumeaux. L'un d'eux s'envole dans un vaisseau spatial à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, tandis que l'autre reste au sol. À son retour, le frère astronaute découvre qu'il a lui-même vieilli de 10 ans, et que son frère, resté à la maison, a atteint l'âge de 20 ans.
Le tableau d'ensemble devrait déjà être clair pour le lecteur à partir des explications précédentes: pour le frère sur le vaisseau spatial, le temps ralentit car sa vitesse est proche de la vitesse de la lumière; on ne peut pas accepter le référentiel relatif au frère au sol, car il se révélera non inertiel (un seul frère subit des surcharges).
Je voudrais noter autre chose: quel que soit le degré atteint par les adversaires dans la dispute, le fait demeure: le temps dans sa valeur absolue reste constant. Peu importe combien d'années un frère vole sur un vaisseau spatial, il continuera à vieillir exactement au même rythme que le temps passe dans son cadre de référence, et le deuxième frère vieillira exactement au même rythme - la différence ne sera révélée que lorsque ils se rencontrent, et dans aucun autre cas.
Dilatation du temps de gravité
En conclusion, il convient de noter qu'il existe un deuxième type de dilatation du temps, déjà associé à la théorie de la relativité générale.
Même au 18ème siècle, Mitchell a prédit l'existence du rougedéplacement, ce qui signifie que lorsqu'un objet se déplace entre des zones à forte et faible gravité, le temps pour cela changera. Malgré les tentatives d'étude de la question par Laplace et Zoldner, seul Einstein a présenté un travail à part entière sur ce sujet en 1911.
Cet effet n'est pas moins intéressant que la dilatation temporelle relativiste, mais il nécessite une étude séparée. Et ça, comme on dit, c'est une toute autre histoire.
