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Chapitre 6. Groupe de Lorentz

Pages 173 à 221

Citer ce chapitre


  • Gourgoulhon, E.
(2010). Chapitre 6. Groupe de Lorentz. Relativité restreinte : Des particules à l'astrophysique (p. 173-221). EDP Sciences. https://stm.cairn.info/relativite-restreinte--9782759800674-page-173?lang=fr.

  • Gourgoulhon, Eric.
« Chapitre 6. Groupe de Lorentz ». Relativité restreinte Des particules à l'astrophysique, EDP Sciences, 2010. p.173-221. CAIRN.INFO, stm.cairn.info/relativite-restreinte--9782759800674-page-173?lang=fr.

  • GOURGOULHON, Eric,
2010. Chapitre 6. Groupe de Lorentz. In : Relativité restreinte Des particules à l'astrophysique. Les Ulis : EDP Sciences. Savoirs Actuels, p.173-221. URL : https://stm.cairn.info/relativite-restreinte--9782759800674-page-173?lang=fr.

Notes

  • [1]
    Nous avons explicité le tenseur métrique g dans l’expression du produit scalaire, mais on aurait évidemment tout aussi bien pu écrire Description de l'image par IA : pour tous parenthèse gauche suscrire v en italique gras avec flèche droite virgule suscrire w en italique gras avec flèche droite parenthèse droite appartient à E majuscule multiplié par E majuscule virgule Lambda majuscule en gras parenthèse gauche suscrire v en italique gras avec flèche droite parenthèse droite opérateur point Lambda majuscule en gras parenthèse gauche suscrire w en italique gras avec flèche droite parenthèse droite égale suscrire v en italique gras avec flèche droite opérateur point suscrire w en italique gras avec flèche droite à la place de (6.2).
  • [2]
    A priori, (6.6) est équivalent à Λ(F) ⊂ F ; mais comme Λ est bijective, on peut remplacer le signe d’inclusion par une égalité.
  • [3]
    Cf. p. 258.
  • [4]
    Cf. § 6.1.3 pour la définition de l’invariance par une transformation de Lorentz.
  • [5]
    Cf. par exemple le corollaire 18.2.5.6 du livre de Berger sur la sphère [44], selon lequel toute application SS continue et de degré différent de –1 admet au moins un point fixe ; cela s’applique à une application qui préserve l’orientation car son degré est positif (par définition même du degré). On peut également obtenir le théorème comme conséquence d’un théorème plus général, dit théorème du point fixe de Lefschetz.
  • [6]
    Olinde Rodrigues (1795–1851) : Mathématicien français, disciple du philosophe socialiste utopique Saint-Simon. Il a dérivé la formule (6.41) en 1840 (sans le terme en Description de l'image par IA : suscrire e avec flèche droite indice 0 puisqu’il ne considérait qu’un espace tridimensionnel) et l’a utilisée pour étudier la composition de deux rotations quelconques.
  • [7]
    Cf. la définition de non-dégénérescence donnée au § 1.2.1.
  • [8]
    Si φ = 0 et Description de l'image par IA : psi égale 0 virgule suscrire v avec flèche droite prime indice 3 est également un vecteur propre du genre lumière, mais il n’y a pas lieu de distinguer ce cas puisqueDescription de l'image par IA : suscrire v avec flèche droite prime indice 3 est alors colinéaire à Description de l'image par IA : suscrire v avec flèche droite indice 1.
  • [9]
    Woldemar Voigt (1850–1919) : Physicien allemand, auteur de travaux en physique des cristaux, thermodynamique et électro-optique. Il a notamment découvert une biréfringence dans les gaz induite par un champ magnétique (effet Voigt).
  • [10]
    Dans notre langage, nous dirions qu’il s’agit des coordonnées affines de ℰ, (xα) = (ct, x,y,z associées à une base orthonormale de E. Par ailleurs, la transformation trouvée par Voigt était en fait Γ–1 Λ, Λ est une transformation de Lorentz spéciale et Γ son facteur de Lorentz.
  • [11]
    Joseph Larmor (1857–1942) : Physicien britannique originaire d’Irlande du Nord, qui a travaillé en électromagnétisme et thermodynamique ; auteur d’un traité sur « l’éther et la matière » [239]. Il a laissé son nom à la précession de Larmor (précession d’un corps doté d’un moment magnétique dans un champ magnétique externe).
  • [12]
    C’est trivial d’après la définition que nous avons donnée d’une transformation de Lorentz spéciale au § 6.3.4, mais cela ne l’était pas pour Einstein et Poincaré qui partaient de l’expression (6.50).
  • [13]
    C’est-à-dire dont toutes les valeurs propres sont strictement positives.
  • [14]
    Au sens usuel du terme, c’est-à-dire une matrice dont la transposée est aussi l’inverse : Description de l'image par IA : exposant t en gothique position de base R majuscule R majuscule égale I majuscule ajouré indice 4, et non au sens de l’orthogonalité par rapport au tenseur métrique g.
  • [15]
    C’est immédiat sur la matrice diagonale (6.42) ; on le retrouve également en faisant α = 0 et φ = 0 dans (6.58)–(6.61), avec le changement de notation Description de l'image par IA : suscrire l minuscule en script de ronde avec flèche droite flèche droite suscrire l minuscule en script de ronde avec flèche droite indice et Description de l'image par IA : suscrire k avec flèche droite flèche droite suscrire l minuscule en script de ronde avec flèche droite
  • [16]
    Comme au § 6.6.1, nous utilisons les notations de la Table 6.1 pour faire le lien avec le Chap. 4.
  • [17]
    Cette droite est réduite à un point sur la Fig. 6.12.
  • [18]
    Émile Borel (1871–1956) : Mathématicien français, pionnier de la théorie de la mesure et des probabilités, fondateur de l’Institut Henri Poincaré et cofondateur du CNRS.
  • [19]
    Llewellyn H. Thomas (1903–1992) : Physicien britannique, émigré aux États-Unis à partir de 1929 ; connu pour ses travaux en physique atomique.
  • [20]
    Eugene P. Wigner (1902–1995) : Mathématicien et physicien théoricien hongrois, naturalisé américain en 1937, auteur de travaux fondamentaux sur les symétries en mécanique quantique ainsi qu’en physique nucléaire et physique des particules ; il a reçu le Prix Nobel de physique en 1963.

Tel que nous l’avons introduit au Chap. 3, un observateur est caractérisé par sa ligne d’univers ℒ et son référentiel local. Ce dernier constitue, en tout point de ℒ, une base orthonormale de (E,g). L’étude du passage d’un observateur à un autre est ainsi équivalente à celle des transformations de E qui envoient une base orthonormale sur une autre. Il s’agit des fameuses transformations de Lorentz, auxquelles nous consacrons ce chapitre. Tout comme le Chap. 1, il s’agit d’un chapitre purement mathématique. De même qu’au Chap. 1, les termes marqués d’un astérisque (*) ont leurs définitions rappelées dans l’Annexe A.On appelle transformation de Lorentz toute application linéaire*
telle queΛ étant une application linéaire de l’espace vectoriel E dans lui-même, on la qualifie d’endomorphisme (cf. Annexe A). La propriété (6.2) s’exprime souvent en disant que Λ préserve le produit scalaire induit par la métrique g. En particulier, le carré scalaire d’un vecteur est préservé par Λ. On en déduit qu’il en est de même pour la norme vis-à-vis de g, telle qu’introduite au § 1.2.5 :
Pour cette raison, on dit qu’une transformation de Lorentz est une isométrie vectorielle de l’espace (E, g).
Un endomorphisme de E est entièrement caractérisé par sa matrice dans une base donnée. On appelle ainsi matrice de Lorentz toute matrice réelle 4 × 4 qui représente une transformation de Lorentz dans une base orthonormale de (E, g), c’est-à-dire toute matrice telle qu’il existe une transformation de Lorent…


Date de mise en ligne : 13/10/2022