“Si les paradoxes de la théorie de la relativité restreinte font figure de paradoxes, c'est que nous n'avons pas l'habitude de voir les choses de cette façon et que nous nous arrogeons le droit de penser que les choses vont de soi"
B. Russel - Philosophe (1872-1970)
Aujourd'hui, la matière noire ouvre bien des débats cosmologiques. Est-ce bien de la 'matière' ou alors serait-ce la théorie généralisée de la relativité qui s’avère incomplète ? Dit autrement, est-ce un problème ontologique ou est-ce un problème législatif ?
La masse qui classiquement est la grandeur physique qui nous permet d'appréhender la matière, a également été redéfinie avec la découverte du boson de Higgs et là nous entrons dans le domaine de la physique des particules.
Mais ces questions ne sont pas le propos de cette série de billets dans lesquels nous allons parler de la théorie restreinte de la relativité et aborder le sujet de l'espace et du temps.
Tout comme la matière, l'espace et le temps sont très difficiles à cerner. La compréhension du monde est trop souvent victime de notre interprétation et les physiciens du début du 20eme siècle vont être contraints de revoir sa représentation.
En partant à l'exploration de l'espace et du temps, cette série a pour objectif de voir qu'il était tout naturel d'établir l'existence d'un nouvel objet : l'espace-temps.
• Le 1er billet est relatif à l'espace 🚀
Pour les physiciens, l'espace est une construction spatiale, une structure géométrique qui permet de mesurer des distances. Il sera rappelé ce qu'est un référentiel, qu'un référentiel est un prisme sur le monde, comment on s'y repère, et enfin voir ce que veut dire changer de repère et de référentiel. Nous parlerons également d'un type de référentiels particuliers, les référentiels galiléens étant entendu que la théorie restreinte de la relativité se limite au cadre de ces seuls référentiels.
Si vous devez vous souvenir d'une chose, c'est que la réalité de l'espace se limite à une seule grandeur physique que l'on appelle 'distance'. La distance entre 2 objets permet de les distinguer et de les singulariser.
• Le 2eme billet est relatif au temps ⏰
Pour les physiciens, le temps est une construction temporelle, une structure chronologique qui permet de mesurer des durées. Comme nous le verrons, les notions de passé, présent ou futur ne sont pas nécessaires aux physiciens, seules les durées sont importantes. Nous verrons toute l'ambiguïté qu'il y a de parler du temps.
Il sera également rappelé ce qu'est un événement et comment se manifeste la réalité de ce phénomène.
Chaque observateur a son horloge qui bat à son propre rythme. Placés dans différents référentiels, leurs horloges se désynchronisent les unes par rapport aux autres. Chaque observateur est affublé d'un temps propre. Tout comme l'espace, le temps n'a pas de caractère absolu.
Si vous devez vous souvenir d'une chose, c'est que la réalité du temps se limite à une seule grandeur physique que l'on appelle 'durée'. La durée entre deux instants permet de les distinguer et de les singulariser.
• Le 3eme billet est relatif à l'espace-temps 🃏
Nous verrons qu'espace et temps sont intimement liés, et que même si nous avons conscience de l'existence d'une structure que l'on appelle espace et d'une structure que l'on appelle temps, il faut désormais consentir à l'existence d'une nouvelle structure que l'on appellera espace-temps. C'est le prix à payer pour s'affranchir du caractère relatif de l'espace et du temps.
Cette nouvelle structure découle tout naturellement de l'union de l'espace et du temps, mais parler d'espace-temps n'est pas pareil que parler d'espace et de temps.
Nous finirons par une approche de la théorie restreinte de la relativité.
Cette théorie décrit la structure de l'espace-temps et fait émerger une nouvelle grandeur physique que l'on appelle 'intervalle d'espace-temps' ou distance spatio-temporelle.
Ce qu'il faut retenir c'est que tout comme une distance permet de différencier deux points et une durée deux instants, un intervalle d'espace-temps permet de distinguer et de singulariser deux événements.
✧ Au final, la théorie restreinte de la relativité même si elle ne dit pas ce qu'est l'espace et le temps, fournit un bon outil de lecture du monde en révélant ô combien nos sens peuvent nous leurrer.
Bonne lecture.
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