La théorie de la relativité restreinte d'Albert Einstein expliquée

20/11/2013 13:18

A la fin du XIXème siècle, les travaux de deux physiciens, Michelson et Morley, mirent en évidence le constat suivant : quelque soit le référentiel utilisé, la vitesse de la lumière est constante, ce qui est en totale contradiction avec la vision classique ayant cours à leur époque. En effet, il était admis que la vitesse ne dépendait pas seulement de l’objet en mouvement, mais également du mouvement de l’observateur lui-même à l’instant où il observe. Ainsi, la vitesse d’un avion n’est pas la même pour une personne qui sur Terre, regarde cet avion passé, et celle qui installée dans un autre appareil observe le même avion volé à ses côtés. Pour le passager, la vitesse est réduite, ce qui laisse à penser que si l’homme était capable de voyager à une rapidité équivalente à celle de la lumière, il la verrait rester sur place. Cette hypothèse n’était pas concevable pour Albert Einstein, et ainsi il prît très au sérieux les conclusions des physiciens Michelson et Morley pour engager ses travaux de recherche. Il remit en cause le caractère absolu du temps et de l’espace, compte tenu que pour une vitesse constante, soit celle de la lumière, la distance et le temps ne peuvent être identiques pour deux observateurs se trouvant dans des conditions d’observation différentes. Ainsi, un mètre ne serait pas partout un mètre, une seconde ne durerait pas toujours une seconde. Einstein venait d’introduire la notion de relativité en physique. Il considéra le temps comme la mesure d’une horloge et admit que a lumière se comportait comme un pendule. Le temps nécessaire à la lumière pour atteindre la Lune et revenir sur Terre ne serait pas le même selon que l’homme suit cet aller-retour de la Terre, ou qu’il se trouve dans un vaisseau spatial en mouvement. La différence d’observation est imputable à la vitesse à laquelle se déplace l’observateur, et Einstein en déduisit que le mouvement provoque un ralentissement du temps. Une expérience a d’ailleurs été réalisée dans les années 1970, en comparant l’écoulement du temps sur deux horloges, l’une restant stationnaire, l’autre se déplaçant dans les airs. Une différence de quelques nanosecondes fût constatée. Ce constat confirma la théorie d’Einstein, à savoir que tous les processus d’un corps en mouvement sont touchés par la dilatation du temps : les fonctions du corps humain et le vieillissement par exemple sont ralenties, bien que l’individu en condition perçoive le temps de la même façon que s’il était immobile. Des astronautes par exemple voyageant pendant un an à la vitesse de la lumière reviendrait sur Terre, avec un an de plus les concernant, mais sur une planète vieillie d’une vingtaine d’année ! L’espace et le temps sont donc relatifs en fonction du mouvement, mais nous ne constatons pas sur Terre les effets de cette relativité, du fait de vitesses usuelles de déplacement de l’être humain trop faibles. Il faudrait en effet à l’homme approcher dix pour cent de la vitesse de la lumière, soit environ 100 000 kms/s, pour distinguer le produit de la relativité.

Einstein fît une autre découverte à propos de la matière et qui peut être illustrée de façon suivante. Imaginons un astéroïde s’écrasant sur notre planète. La-aussi, selon que l’observateur se trouve sur Terre, ou dans l’espace pour observer le déplacement de l’astéroïde, la vitesse observée ne sera pas la même. Par contre, pour ces deux points cas d’observation, les dégâts seraient identiques. Est-ce à dire que la masse est également une donnée à relativiser selon le mouvement ? Pour y réponde, Einstein a l’intuition géniale de mettre en rapport la masse d’un corps et l’énergie dégagée par ce même corps. Il en déduit la formule restée célèbre à jamais : e=mc², soit une énergie d’autant plus forte que la masse est en mouvement. La découverte est considérable car elle permet de comprendre qu’une très faible quantité de matière est suffisante, à condition de la propulser à la vitesse de la lumière, pour dégager une énergie colossale. Avec un kilo de masse, il devient possible de déplacer des montagnes. Le génie d’Einstein ne pouvait laisser indifférent l’ensemble de la communauté scientifique, puis militaire. Les atomistes reprirent ses travaux et constatèrent ainsi que les protons et neutrons, constituants de l’atome, sont liés par une incroyable force d’attraction correspondant à une certaine quantité d’énergie. Ainsi, lors de la fusion nucléaire, soit la réunion par collision de protons et de neutrons à la vitesse de la lumière, une petite partie de cette énergie d’attraction se libère sous forme de rayonnements. Cette libération fût bientôt domestiquée par l’homme, à des fins militaires dans un premier temps avec en point de mire les bombardements d’Hiroshima et de Nagasaki. L’être humain venait de démontrer qu’il possédait désormais les moyens de sa propre destruction. Rabelais pourtant nous avait déjà prévenus quelques siècles plus tôt: « Science sans conscience n’est que ruine de l’âme ».