13. Poincaré et Einstein : extension de la relativité galiléenne
Pages 217 à 246
Citer ce chapitre
- PÉREZ, José-Philippe,
- Pérez, José-Philippe.
- Pérez, J.-P.
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- Pérez, J.-P.
- Pérez, José-Philippe.
- PÉREZ, José-Philippe,
Notes
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[1]
Cette écriture de la force de Lorentz impose aux champs électrique et magnétique des dimensions physiques différentes, alors qu’ils forment ensemble le champ électromagnétique ; en outre, elle ignore le caractère fondamentalement relativiste du magnétisme. En remplaçant la vitesse ν par le rapport ν/c, on éviterait ce double inconvénient !
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[2]
Cette publication, qui peut être lue par un élève titulaire du baccalauréat, est accessible en français dans le livre de Steven Hawking Sur les épaules de géants.
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[3]
Dans les énoncés originaux du principe de relativité donnés par Poincaré et Einstein, le qualificatif rectiligne dans le mouvement relatif des différents référentiels galiléens n’est pas mentionné, car le mot uniforme est entendu au sens vectoriel (en valeur et en direction).
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[4]
Précisons que c n’est pas seulement la vitesse de la lumière dans le vide, mais bien plus largement une constante universelle de la physique, qu’on appelle désormais la constante d’Einstein.
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[5]
Pour l’anecdote autour des notations utilisées, Lorentz appela β le rapport ve/c, alors que Poincaré le désignait par ε, et tous deux notaient k la quantité γe ; quant à Einstein, il n’attribua pas de lettre au rapport ve/c et appela β ce que l’on désigne généralement par γe !
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[6]
Durée et simultanéité, PUF, Quadrige 1923.
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[7]
Dans la première partie de la bande dessinée Quantix, éditée par Dunod en 2019, qui traite de la relativité, une faute surprenante s’est glissée dans le scénario, page 27. On semble utiliser la relation précédente pour établir que le temps est figé dans le référentiel lié à la lumière, alors qu’il est impossible d’associer une horloge à la lumière.
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[8]
La nécessité de la prise en compte de cette correction relativiste, dans le GPS, ne fut pas immédiate, notamment auprès des responsables peu familiers avec la théorie de la relativité restreinte.
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[9]
Il n’est pas bon de parler de masse M = m/(1 − v2 /c2 )−1/2 d’un corps en mouvement, car M ne peut être défini de façon claire. Il vaut mieux ne parler que de « masse au repos » m. En revanche, on peut donner les expressions de la quantité de mouvement et de l’énergie pour représenter l’inertie d’un corps en mouvement très rapide.
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[10]
Toujours dans la bande dessinée Quantix, une autre affirmation surprenante s’est glissée dans le scénario. Est introduit, à côté du concept de vitesse dans l’espace (γ v), celui de vitesse dans le temps γ c, mais avec l’affirmation erronée que la somme de ces vitesses vaut c, alors qu’en réalité c’est la différence des carrés de ces vitesses qui est égale au carré de c.
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[11]
Cette constante additive donne une signification claire au choix de l’origine de l’énergie ; en mécanique newtonienne, l’énergie était définie à une constante additive près (cf. Chapitre 5).
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[12]
Le nombre baryonique des protons et des neutrons vaut 1, alors que pour les leptons, qui sont des particules légères (électrons, muons, etc.), il est nul.
La nécessité d’une extension aux phénomènes lumineux de la relativité galiléenne est apparue bien avant 1905, date de la publication de la théorie de la relativité restreinte.
En effet, dès 1810, l’astronome français François Arago constate que la vitesse de la lumière provenant d’une étoile ne semble pas affectée par celle de la Terre d’où on l’observe, comme on pourrait le supposer par composition newtonienne des vitesses (cf. Chapitre 3). Plus probant, en 1851, Fizeau réalise une expérience interférentielle (Fig. 1), de type bifente d’Young (cf. Chapitre 12), dans laquelle il impose à la lumière de traverser de l’eau, en mouvement dans le même sens dans la branche 1, et dans le sens opposé dans la branche 2 ; l’état interférentiel, que prévoit la composition précédente des vitesses, diffère notablement de celui observé, puisque l’écart relatif entre les deux avoisine 50%, ce qui est énorme. Avec Fresnel, ils recherchent la composition des vitesses qui conviendrait, et trouvent, sans la justifier, celle qui apparaîtra naturellement dans la théorie de la relativité restreinte. Enfin, en 1901, l’Allemand Walter Kaufmann découvre que le rayon de la trajectoire circulaire d’électrons rapides dans un champ magnétique orthogonal n’est pas proportionnel à leur vitesse v, comme le montre la théorie newtonienne, mais au produit γ v, avec γ = (1 − β2)−1/2, β étant le rapport de la vitesse v sur la constante d’Einstein c ou vitesse de la lumière dans le vide.
On a vu que la transformation de Galilée respectait l’invariance de la loi fondamentale de la mécanique de Newton par changement de référentiel galiléen (cf…
Date de mise en ligne : 07/10/2022