Photo d'Albert Einstein

La Relativité

Pour en finir avec la complexité …

"Il faut faire en sorte que les choses soient aussi

simples que possible, pas plus simples."

Photo d'Albert Einstein

A. Introduction :

Le but de cet exposé est de présenter de façon simple la Relativité qui trop souvent est synonyme de complexité ou d'incompréhension.

Même dans les ouvrages ayant pour vocation de la mettre à portée de tous on a beaucoup de peine à comprendre les fondements et les concepts de cette théorie qui allait révolutionner le XXème siècle.

Cet exposé n'a pas la vocation d'un cours magistral, bien au contraire.

Il a pour objectif de vous présenter la théorie de la relativité

sans faire appel à un formalisme mathématique lourd et indigeste pour le profane. Seuls, les résultats fondamentaux seront exprimés afin de permettre de comprendre les conséquences de cette théorie et ses applications.

"Si la relativité se révèle juste, les Allemands diront que je suis Allemand, les Suisses que je suis citoyen suisse, et les français que je suis un grand homme de science.

Si la relativité se révèle fausse, les français diront que je suis Suisses, les Suisses que je suis Allemand, et les allemand que je suis juif."

Pour comprendre, il faut faire un retour en arrière d'environ cent cinquante ans et établir un état de la connaissance des scientifiques d'alors et envisager les problèmes qui leur étaient posés.

Le premier d'entre eux a trait à la lumière.

Plan

B. La Lumière :

Que ce soit la foudre, les éclairs, les tornades ou les tremblements de Terre, lorsqu'un physicien s'interroge sur un phénomène, il cherche tout d'abord à en déterminer sa nature, puis la vitesse à laquelle ce phénomène se propage. La lumière n'allait pas échapper à cette règle.

Ainsi, de nombreux physiciens essayèrent de calculer sa vitesse ou plutôt sa célérité.

1°) Célérité de la lumière

Dès l'Antiquité on connaissait qualitativement les propriétés fondamentales des rayons lumineux : propagation rectiligne, réflexibilité, réfrangibilité …

On a utilisé très tôt les propriétés des lentilles et des miroirs sphériques, les phénomènes de dispersion par le prisme ; des expériences sur ce sujet dans la Catoptrique d'Euclide et dans l'Optique de Ptolémée et de Damianus. Malheureusement, les notions malhabiles qui interviennent ne permettent d'obtenir aucune simplification des données expérimentales et, bien entendu, aucun résultat quantitatif.

En effet, depuis que Parménide (515-440 av. J.C.) a proclamé que la lumière se déplaçait - que celle que reçoit la Lune vient du Soleil - aucune tentative n'a été faite pour mesurer sa vitesse, ou même pour déterminer si celle-ci était finie ou infinie, c'est-à-dire comme on disait au XVIIème siècle, si son déplacement était "progressif" ou "instantané".

Cet insuccès se prolonge encore quand Alhazen (Ibn-Al-Haytham) propose, au début du XIème siècle, une explication mécaniste de la réflexion de la lumière sur les miroirs. Il amorce même une intéressante interprétation de la réfraction mais cependant, n'aboutit à aucune conclusion précise. Néanmoins, il était convaincu que la vitesse de la lumière était grande mais finie.

Ensuite, il faudra attendre la fin du XVIème siècle pour que Galilée imagine une expérience analogue à celle qui permettra plus tard à Mersenne de mesurer la vitesse du son grâce à l'écho :

tenter d'évaluer le temps mis pour faire un aller-retour entre les sommets de deux collines voisines.

Galilée se place, une nuit, sur l'un de ces sommets, muni d'une lanterne à volet, dont la lumière peut-être découverte brusquement.

Sur l'autre colline, un assistant dispose d'une lanterne identique, qu'il doit découvrir dès qu'il apercevra la lumière de Galilée.

En évaluant le temps mis par la lumière pour faire l'aller-retour - plus le temps de réaction de l'assistant …

Envisagée à l'origine entre deux endroits distants de 15 km, l'expérience fut finalement réalisée sur 200 m. En vain évidemment.

Des membres de l'Académia del Cimento essayèrent sur 2 km sans davantage de résultat. Galilée put seulement conclure, et cette conclusion modeste est un modèle de sérieux scientifique :

"… je n'ai pas pu décider si l'apparition de la lumière opposée est instantanée ; si elle ne l'est pas, elle est du moins extrêmement rapide, quasi-immédiate".

Par conséquent, on ne pourra espérer mesurer le vitesse de la lumière que de deux façons : en mesurant des temps extrêmement brefs, ou en utilisant des distances très grandes - c'est-à-dire astronomiques.

Le principe reste le même que celui exposé par Galilée.

On cherche toujours a évaluer le temps mis par la lumière pour parcourir une certaine distance, mais cette fois non plus entre les sommets de deux collines voisines mais entre deux planètes distantes de plusieurs millions de kilomètres.

En mesurant le temps mis pour parcourir cette distance, on peut calculer la vitesse ou plutôt la célérité de la lumière dans l'espace qui n'est alors pas encore vide mais empli d'éther.

Le seul problème est que pour y parvenir il faut connaître la distance entre deux planètes - Terre-Soleil - par exemple.

Malheureusement, à cette époque, si le système de Copernic commence peu à peu à s'imposer, il ne fournit que des distances relatives entre les planètes et le Soleil.

En effet, depuis Aristarque de Samos, on savait qu'il était très difficile de mesurer avec précision la distance Terre-Soleil.

Alors plutôt que de produire une estimation imprécise, Copernic avait

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