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Accueil - La relativité d'Einstein - L'éther - La relavivité de Galilé - Ondes - Sources -
Note du traducteur : Ici, le terme « temps » indique indifféremment « temps dans le système stationnaire » et « position des aiguilles d'une horloge en mouvement » située à la position en question. 
La relativité
Les zones d'ombre à éclairer.
Il semble que beaucoup de choses ont été oubliées
Petite histoire de la relativité
Nous serons bref mais complet. Le premier à se faire piéger par ce principe est le grand Aristote lui-même.
Ne riez pas, il fait partie des plus grands savants de son époque, son professeur, Platon, l’avait surnommé « l’intelligence », il fut le précepteur d’Alexandre le Grand, ce qui en dit long sur sa notoriété et dont les exploits de son élève sont en partie dus à lui. Il a démontré fort intelligemment que la Terre est immobile, et donc que le Soleil et les planètes tournent autour. Aristote s’est fait piéger par la relativité du mouvement, principe qu’il ne connaissait pas.
Démonstration de l’immobilité de la Terre.
C’est très simple, si un objet tombe du rebord d’une table, il tombe au pied de la table, preuve que la Terre et la table ne se sont pas déplacés pendant sa chute. De la même façon, vous lancer une pierre en l’air, verticalement et vous devez vous écarter pour qu’elle ne vous tombe pas sur la tête, preuve que vous et la Terre êtes restés immobiles pendant le mouvement vertical de la pierre.
L’autre erreur d’Aristote sera de dire que les corps lourds tombent plus vite que les corps légers et de classer ses cinq éléments du plus lourd, la terre au plus léger, l’éther, en passant par l’eau, l’air et le feu. De toute façon ces éléments n’avaient pas de sens comme le montreront les chimistes au cours du temps.
La Terre tourne autour du Soleil
Environ 1800 ans plus tard, Nicolas Copernic fut le premier à présenter un modèle en 1513 où la Terre et les planètes tournent autour du Soleil de façon suffisamment convaincante pour être accepté.
Giordano Bruno, un esprit puissant et observateur, remarqua qu’un objet qui tombait du haut du mat d’un bateau avançant sous bonne brise, tombait au pied du mat et pas à l’arrière du bateau qui continuait d’avancer pendant la chute. Il se rendit compte que cela mettait à mal la démonstration d’Aristote au sujet de l’immobilité de la Terre.
De son côté Johannes Kepler reprendra le travaux de Copernic, bénéficiera des mesures très précises de la position des planètes faites par Tycho Brahe avant sa mort et aboutira à des orbites elliptiques vers 1609.
La chute des corps
De son côté Galilée s’est intéressé à la chute des corps, Aristote avait adopté l’idée généralement admise que les corps lourds tombaient plus vite que les corps légers. Pour en avoir le cœur net Galilée fit rouler des billes de différentes masses sur un plan incliné qui ralentissait suffisamment la vitesse de la chute pour qu’elle puisse être observée. En disposant des clochettes activées par le passage des billes le long du trajet Galilée vérifia qu’elle accéléraient et que pour que les sons produits soit espacés de la même durée de temps mesurée par un pendule oscillant il fallait écarter les clochettes de plus en plus.
Galilée et ses élèves ont vérifié que si la bille parcourt en premier une unité de distance, pour une unité de temps, elle en parcourt 3 pour l’unités suivante puis cinq pour l’unité suivante ce qui donne pour les unités 1, 2, 3 la progression 1, 4, 9. C’est un mouvement uniformément accéléré dont la distance parcourue est proportionnelle au carré du temps écoulé.
Plan incliné visible au musée Galileo Galilei de Florence
https://florencesite.fr/musee_galilee.html
La relativité galiléenne
L’observation de Giordano Bruno l’intéressait mais il ne pouvait la réutiliser sans risquer le bucher, alors il se plaça dans la cabine du capitaine et nota que tout s’y passe de la même façon, que le bateau soit à l’arrêt ou en marche : les mouches volent de la même façon sans se retrouver plaquées à la cloison arrière, l’eau goute verticalement, il est impossible de savoir si le bateau avance ou non sans regarder par la fenêtre.
« le mouvement est comme rien ». Le fait qu’un objet en tombant continue à avancer horizontalement à la même vitesse, il décrit une parabole, l’amena à énoncer le principe de relativité :
Un corps se déplaçant en ligne droite à vitesse constant garde indéfiniment cette direction et cette vitesse en l’absence de toute force extérieure ou frottement
Galilée fera une autre avancée, l’additivité des vitesses. Un petit dessin vaut mieux qu’un long discours.
Einstein et la relativité
En1905, l’année merveilleuse, Einstein publie quatre articles tous importants. Le premier porte sur les phénomènes photo électriques avec création d’une particule de lumière qui possède une énergie et une fréquence mais pas de masse ; le second porte sur le mouvement brownien expliqué avec la mécanique newtonienne ; ensuite l’article fondateur de la relativité intitulé « De l’électrodynamique des corps en mouvement ». Le dernier article sera la démonstration que la formule célèbre E = mc² est conservée lors des transformations des changements de référentiels de la relativité. Ces transformations sont identiques à celles de Lorentz Poincaré, nous verrons pourquoi.
L’article sur la relativité va connaitre un rejet important de la part de la communauté scientifique. Les raisons de ce rejet n’ont rien à voir avec la personne d’Albert Einstein puisque ses trois autres articles sont bien accueillis et que sa thèse qu’il passera en 1906 qui donnera la taille des molécules et permettra de calculer le nombre d’Avogadro et sera, elle aussi appréciée. Bien sûr il y a eu des gens mal intentionnés ou qui détestaient Einstein qui ont profité de la situation.
La relativité galiléenne appliquée aux phénomènes électromagnétique
Dans son article intitulé « De l’électrodynamique des corps en mouvement », Einstein pose deux postulats. Le premier, que La relativité galiléenne s’applique aux phénomènes électromagnétiques. Il en veut pour preuve que lorsqu’on déplace un aimant devant un fil conducteur d’électricité, on obtient le même résultat que lorsque c’est le fil que l’on déplace devant l’aimant à la même vitesse. Mais il reconnait que cela contredit les équations de Maxwell qui utilisent l’équation de Faraday lors du déplacement de l’aimant et celle d’Ampère lors du déplacement du fil (bobine est plus efficace). Il déclare que les écarts de ces équations sont indétectables au premier ordre. Les équations de Maxwell ne sont toujours pas remises en cause et s’il est vrai que les écarts selon l’objet que l’on déplace sont indétectable c’est du à la différence d’un mouvement de quelques dizaines de mètres par seconde pour l’objet déplacé face à trois cents millions de mètres par seconde pour la vitesse des ondes électromagnétiques.
Cette situation peut surprendre, elle nous a surpris. Pour éviter tout malentendu, voici la version traduite en français qui respecte celle d’origine en allemand :
« Il est connu que si nous appliquons l'électrodynamique de Maxwell, telle que nous la concevons aujourd'hui, aux corps en mouvement, nous sommes conduits à une asymétrie qui ne s'accorde pas avec les phénomènes observés. Analysons par exemple l'influence mutuelle d'un aimant et d'un conducteur. Le phénomène observé dans ce cas dépend uniquement du mouvement relatif du conducteur et de l'aimant, alors que selon les conceptions habituelles, une distinction doit être établie entre les cas où l'un ou l'autre des corps est en mouvement. »
Il pose un deuxième postulat :
« et introduisons un autre postulat — qui au premier regard est incompatible avec le premier — que la lumière se propage dans l'espace vide, à une vitesse V indépendante de l'état de mouvement du corps émetteur »
La vitesse des ondes est indépendante de la vitesse des objets qui la produisent, un avion peut rattraper le son qu’il produit et même le dépasser, mais elle dépend des caractéristiques du support qui les propagent. Einstein dans la foulée supprime l’éther, le support qui fixe la vitesse des ondes électromagnétique et qui à priori empêcherait que ces ondes aient la même vitesse dans tous les référentiels. Nous disons à priori car nous avons une hypothèse sur cette question. Une hypothèse à première vue absurde, mais qui est rendue possible par la relativité générale elle-même. N’ayant trouvé personne pour nous écouter, nous avons pensé qu’il était important de déblayer le terrain des malentendus concernant cette théorie exceptionnelle. Vous devriez commencer à comprendre les raison qui l’on faites critiquer, même par les plus grands physiciens de l’époque.
Notre but est de la consolider en ce qui concerne cette vitesse de la lumière qui serait partout la même ce qui contredirait la relativité de son mouvement s’il n’y avait pas d’autre condition à remplir.
§1 Définition de la simultanéité.
En accord avec l'expérience, nous ferons donc l'hypothèse que la grandeur
est une constante universelle (la vitesse de la lumière dans l'espace vide).
Einstein utilise V pour la vitesse de la lumière, c sera utilisé plus tard
§2 Sur la relativité des longueurs et des temps
a) L'observateur pourvu de la règle à mesurer se déplace avec la tige à mesurer et mesure sa longueur en superposant la règle sur la tige, comme si l'observateur, la règle à mesurer et la tige sont au repos
Le cas b nécessite que l’observateur ne soit plus dans le référentiel de la tige en mouvement où il était immobile par rapport à la tige à mesurer mais se trouve maintenant dans un autre référentiel qui se déplace par rapport au précédent à la vitesse -v qui fait qu’il voit la tige dans son référentiel se déplacer à la vitesse + v.
b) L'observateur détermine à quels points du système stationnaire se trouvent les extrémités de la tige à mesurer au temps t, se servant des horloges placées dans le système stationnaire
Ici les explications d’Albert Einsteins sont un peu délicates à suivre. Nous avons fait un schéma. L’observateur est dans le référentiel K et la tige dans k en mouvement à la vitesse v
Depuis K on voit la lumière à la vitesse V poursuivre le point B qui s’éloigne à la vitesse v. le rayon lumineux met plus de temps pour rejoindre B Einstein écrit Au retour le point A se rapproche à la vitesse v et donc :
§3 Théorie de la transformation des coordonnées et du temps d'un système stationnaire à un autre en mouvement relatif uniforme
Attention, pour les non-physiciens et surtout les non-mathématiciens, les choses deviennent sérieuses. Nous allons faire de notre mieux :
Einstein reprend le cas du paragraphe 2 où nous avons dissocié les deux référentiels pour plus de clarté. Nous allons présenter la façon dont Einstein établit son équation reliant les cordonnées des deux référentiels et utiliser des variations qui tendent vers 0 pour les calculs, calculs que nous ne détailleront pas et qui aboutissent aux mêmes transformations que celles de Lorentz.
Mesurons l’espace avec la règle et les horloges du système immobile K, de coordonnées x, y, z et le temps t, celles de la règle dans le repère k en mouvement à la vitesse v qui seront x, y, z et le temps t pour les différentier.
Si nous posons x' = x - vt, alors pour un point au repos dans le système k, il y a un système de valeurs x', y, z indépendant du temps.
Nos traduisons qu’il y a un point x’ de K qui au temps t coïncide avec x de k par rapport auquel il se déplace à la vitesse -v, x’ est immobile dans K. Ce point va servir à transporter les coordonnées de k dans K.
Soit un rayon lumineux envoyé au temps τ0 de l'origine du système k selon l'axe des x dans la direction croissante de x' et qui est réfléchi au point B au temps τ1 vers l'origine des coordonnées, où il arrive en A au temps τ2.
Alors, nous avons
Si nous introduisons comme condition que τ est une fonction des coordonnées, et appliquons le principe de la constance de la vitesse de la lumière dans le système stationnaire, nous avons
Au temps t, nous avons le temps t0 à la position x=0, y=0 et z=0. Le temps t2 lui est mesuré au temps t2 et t2
En poursuivant les calculs, que nous ne détaillerons pas ici, Il retrouve les mêmes transformations que Lorentz, finalisées par Henri Poincaré. Il n’y a pas plagiat puisqu’il n’utilise pas le déplacement de la Terre à 30km/s dans le référentiel de l’éther dont il n’a pas besoin. Il utilise le postulat que la lumière se propage dans l'espace vide, à une vitesse V indépendante de l'état de mouvement du corps émetteur.
Nous vous avons promis de vous expliquer pourquoi Albert Einstein trouve les mêmes valeurs que Lorentz. C’est très simple, il suffit de dessiner le bras de l’interféromètre qui est parallèle au déplacement de la Terre et qui est constitué d’une tige rigide AB munie d’un miroir semi réfléchissant incliné à 45° en A et d’un miroir qui renvoi la lumière en B.
Un rayon lumineux est envoyé parallèlement à la tige AB, en A il se sépare en deux et pendant que le rayon perpendiculaire à AB va rebondir sur un miroir situé à la distance AB le rayon non dévié va en B d’où il est renvoyé vers A.
Il est à noter que le bras de l’interféromètre parallèle au déplacement de la Terre conduit aux même mesures et transformation pour expliquer l’absence de détection du mouvement de la Terre par rapport au référentiel supposé de l’éther
Nous retrouvons le même mouvement proposé par Einstein pour la barre rigide AB et donc la même équation que celle d’Einstein pour laquelle l’interféromètre ne doit détecter aucune variation. Chapeau.
La relativité générale
Nous ne détaillerons pas la relativité générale, nous en serions bien incapables, mais nous allons examiner la façon dont Einstein à découvert la piste à suivre et pourquoi il s’agit de la relativité galiléenne généralisée.
Einstein dit avoir eu l’idée « la plus heureuse de sa vie »5 en 1907, lorsqu’il se rend compte qu’en chute libre, on ne sent pas son propre poids, on ne se sent soumis à aucune force, on flotte dans le vide et les objets qui nous accompagnent sont immobiles par rapport à nous.
Aucune expérience de physique réalisée dans ce référentiel ne distingue cet état de celui d’un référentiel inertiel loin de tout champ gravitationnel. Cela fait de la chute libre un mouvement relatif qu’il n’est pas possible de détecter en l’absence de repères extérieurs
Le “canon de Newton permet de comprendre la chute libre : l’obus est en chute libre, sa vitesse lui permet de parcourir une parabole avant de retomber au sol. A une vitesse élevée il est satellisé et à la vitesse de libération, il échappe à la gravitation terrestre.
Einstein se place dans la position de l’observateur. Vu de la Terre, nous voyons les corps célestes tourner autour de nous.
Incidemment, il justifie l’erreur d’Aristote, dans le référentiel en chute libre de la Terre il ne pouvait détecter son mouvement par une expérience locale.
Il fait une autre découverte apparemment liée au fonctionnement des ascenseurs. A la montée, au démarrage on se sent légèrement tassée, c’est du à l’accélération de la cabine. A la descente à l’inverse au début on est plus léger, c’est du toujours à l’accélération de la cabine mais qui a ce moment est négative par rapport à la gravitation terrestre et du coup la diminue.
Einstein en a déduit que l’accélération était équivalent à l agravitation
Accélération et gravitation sont équivalent
Cela suffit à Einstein pour développer la relativité générale. Par contre, l’équation de la courbure de l’espace-temps, due au fait que l’observateur est immobile, lui demanda beaucoup d’efforts. Son ami le mathématicien Marcel Grossmann l’aida beaucoup.
En 1915, le mathématicien David Hilbert demanda à Einstein de venir à Göttingen pour lui présenter la relativité générale. Ces conférences permirent à Hilbert de comprendre si bien le problème que le 15 juillet 1915, Einstein écrivit à Arnold Sommerfeld :
« A Göttingen, j'ai eu la grande joie de voir tout compris et même en détail. Je suis très enthousiaste à propos de Hilbert. Un grand homme ! »6
Hilbert travailla à la solution et cela motiva Einstein. Il semble qu’Hilbert la trouva à peu près en même temps. Albert, valida la sienne fin 1915 et publiera sa théorie début 1916.
De nombreux rebondissement suivront qui a chaque fois renforceront la théorie.
Conclusion
La relativité générale n’a pas dit son dernier mot. Elle sera probablement complétée avec les découvertes actuelles, son équation sera probablement affinée, mais le principe restera juste.
Elle a une caractéristique particulière que nous avons découverte et qui permettrait de formuler une hypothèse audacieuse, audacieuse mais simple et relativement facile à vérifier. Elle a de plus le grand avantage de pouvoir être formulée en utilisant uniquement ce qu’a écrit Albert Einstein. Cette hypothèse lui revient de droit.
C’est vous qui déciderez si vous souhaitez la connaitre ou pas. Nous lavons publié un livre qui explique cette hypothèse et le moyen de la vérifier avec des expériences. Si vous pouviez acheter ce livre et en parler à des amis, physiciens si possible afin de faire connaitre cette hypothèse qui parait absurde au premier regard et qui utilise le mot éther auquel un moment, de 1920 à 1936 Einstein à envisagé l'existence puis a abandonné faute d'avoir ou lui attribuer un mouvement qui s'accorde avec la relativité. Franchir l'obstacle du mot éther sera le plus difficile, je parle en connaissance de cause. Finalement c'est la relativité générale qui explique le mouvement mystérieux de l'éther et par la même occasion le rend compatible avec la relativité mais s'explique finalement de façon simple. Merci d'avance.
L'éther Quantique d'Albert
Alber Einstein
Isaac Newton
Galilée
