Elle fut publiée par Einstein
en 1905. Elle repose sur une analyse critique des notions
d'espace et de temps , rendue nécessaire par la
contradiction de la mécanique classique et de
l'électromagnétisme. Einstein remit en cause
les notions de temps absolu et d'espace universel et en
particulier la notion de simultanéité de deux
évènements se produisants en des lieux
différents: En clair, cela signifie que deux
évènements pourront être
simultanés pour un observateur placé dans un
repère R sans l'être pour un observateur
placé dans un repère R' en mouvement par
rapport à R.
Rien ne se déplace plus vite que la vitesse de la
lumière.
et seuls les photons ou d'autres particules sans masses
intrinsèques peuvent l'atteindre.
Non-existence du repos absolu dans l'Univers.
Einstein postula que deux observateurs, se
déplaçant l'un par rapport à l'autre
à une vitesse constante, observent des «lois de
la nature» identiques. Toutefois, l'un des observateurs
peut enregistrer deux événements sur des
étoiles éloignées comme s'ils avaient
lieu simultanément, pendant que le second observateur
constate qu'un événement s'est produit avant
l'autre. Cette divergence des observations n'est pas une
objection valable à la théorie de la
relativité. En effet, selon cette dernière, la
simultanéité n'existe pas pour des
événements éloignés. En d'autres
termes, il est impossible de seulement spécifier le
moment où l'événement se produit, sans
préciser l'endroit où il a lieu. La
«distance» ou l'«intervalle» entre deux
événements peut être décrit
exactement en combinant les intervalles de temps et
d'espace, mais pas par l'un ou l'autre
séparément. L'espace-temps à quatre
dimensions (trois dimensions pour l'espace et une pour le
temps), dans lequel tous les événements de
l'Univers ont lieu, est appelé continuum
espace-temps. Dans cet espace, le mouvement spatio-temporel
d'un corps est décrit par sa ligne universelle.
Il n'y a pas de temps absolu
Il n'y a aucune raison théorique que la
même montre mise entre les mains de deux observateurs
différents (qui sont placés dans des lieux
différents) indique la même heure.
On apprend donc grâce à la relativité
restreinte que le temps "ralentit" dans un repère en
mouvement, autremant dit que plus un objet se déplace
vite, plus le temps s'écoule lentement pour lui...on
peut illustrer ceci grâce au célèbre
exemple du paradoxe des jumeaux de Langevin:
Imaginons que Julien et Aurélien soient deux jumeaux
de 20 ans habitant sur la Terre...Julien décide
d'embarquer dans une fusée spatiale alors
qu'Aurélien reste sur Terre...imaginons maintenant
que Julien voyage à une vitesse ultra-rapide à
bord de sa fusée (disons 2/3 de la vitesse de la
lumière)...Julien reste deux ans dans sa fusée
qui voyage à une vitesse ultra-rapide et
décide de rentrer sur Terre...pour lui, deux ans se
sont écoulés ce qui lui fait 22 ans...quand il
rentre sur Terre, il est stupéfait car il
découvre que son frère est devenu un
vieillard...sur Terre, plusieurs dizaines d'années se
sont écoulées...
Le mot de paradoxe découle du raisonnement naïf
(et faux) voulant que l'effet soit symétrique (sous
le prétexte qu'en relativité une vitesse n'a
aucun caractère absolu), ce qui aboutit à une
situation contradictoire. En effet, en appliquant les
mêmes arguments à son frère voyageant
«par rapport à lui» dans l'espace (son
frère s'éloigne puis se rapproche), Julien
pourrait en conclure que c'est Aurélien, et non
lui-même, qui serait le plus jeune lors des
retrouvailles. Il aurait tort. En réalité
l'aventure n'a rien de symétrique : c'est bien
Aurélien qui bouge . La fusée doit notamment
faire demi-tour pour revenir sur Terre, manoeuvre
entraînant un changement complet de repère
(techniquement parlant on parle de changement de
repère «galiléen»), alors que rien
ne vient troubler la quiétude d'Aurélien sur
Terre. Autrement dit encore, si un seul système de
référence (galiléen,
c'est-à-dire en mouvement uniforme) suffit à
repérer Aurélien (et on peut le choisir de
façon telle qu'il y reste constamment au repos), il
en faut au moins deux pour repérer la fusée de
Julien, un à l'aller, un autre au retour (et Julien
doit impérativement changer de système de
référence si il veut rester au repos dans
chacun des repères successifs).
Pour expliquer la différence d'âge, prenons
comme base un énorme phare dans l'espace de sorte
qu'il soit visible de la Terre et de la fusée (on
pourrait prendre un pulsar...). Considérons qu'en une
seconde écoulée sur Terre, il y ait un
éclair de phare...on remarque qu'à
l'intérieur de la fusée, en 100 secondes lues
sur les cadrans, on comptera non pas les 100 éclairs
attendus mais 110. Comme le phare n'a pas modifié son
rythme intrinsèque du seul fait du déplacement
de la fusée, nous en concluons qu'en sens inverse ce
sont les horloges embarquées qui se sont mises
à battre plus lentement : à 110 éclairs
du phare correspondent non pas 110 secondes lues (comme sur
Terre) mais seulement 100. Autrement dit, à un
certain temps en fusée mesuré avec les
appareils embarqués (100 secondes) correspond un
temps terrestre plus long (110 secondes).
Pour en revenir à l'horloge que constitue le phare,
Julien et Aurélien auront (évidemment)
compté le même nombres d'éclairs.
Comment se fait-il alors que Julien se retrouve plus jeune
qu'Aurélien ? Tout simplement parce qu'il aura vu
l'objet pulser plus rapidement dans un laps de temps plus
court. Ceci compense cela.
Cette théorie fut complétée en 1916 par
la théorie de la relativité
générale : Cette dernière nous apprend
que l'espace-temps, qui comprend les trois dimensions
d'espace plus une quatrième qui est le temps, est
courbé au voisinage d'une masse et que le mouvement
d'une particule au voisinage de cette masse s'effectue
suivant le chemin le plus court dans cet espace-temps.
Et en manipulant les théorie de la relativité,
on remarque qu'il est théoriquement possible de
trouver des objets assez lourds et denses pour pouvoir faire
un trou dans l'espace-temps. Il se formeraient ainsi des
trous noirs, appelés aussi singularités , qui
rendraient le voyage dans des réalités
alternatives possible.
|