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Le mot fait référence à lun des pans les plus importants de la physique moderne qui comprend: *La théorie de la relativité restreinte *La théorie de la.

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2 Le mot fait référence à lun des pans les plus importants de la physique moderne qui comprend: *La théorie de la relativité restreinte *La théorie de la relativité générale Cest avant tout une théorie-cadre qui décrit de façon correcte les notions despace (longueurs mesurées) et de temps (durées mesurées): ces grandeurs sont relatives à lobservateur. Cest avant tout létude des phénomènes électromagnétiques (.. La lumière quoi!) qui a révélé le sens profond de lespace et du temps physiques. Elle révèle que le cadre dans lequel se déroulent les phénomènes nest plus tout à fait conforme à notre intuition directe (sensible) du monde… et cela parce que le sens commun sexerce dans un monde où les vitesses sont faibles par rapport à la vitesse de la lumière. Le créateur de la théorie cest lui, A. Einstein ( ).

3 Chacun peut donner une description du monde selon son propre point de vue: La « perception » des phénomènes par un observateur va dépendre de son mouvement (ici le point de vue correspond au mouvement de l observateur). Cest la relativité des phénomènes. Examinons les exemples du mouvement d un corps et celui de l effet Doppler….

4 Pour lobservateur immobile la chute de lobjet est verticale Pour lobservateur en mouvement le trajet suivi par lobjet est courbe!

5 La fréquence augmente: la source « bleuit » La source « rougit » Le même phénomène est perçu différemment (couleur différente de la source)

6 Mais la physique nest pas un catalogue de tous les points de vue! Les points de vue peuvent différer (perception des phénomènes) mais les phénomènes sont les mêmes: Il n y a quun seul univers!!!! Comment les concilier? il y a des correspondances entre les points de vue qui se reflètent dans les lois physiques : Les lois restent les mêmes (Invariance)!

7 Les deux postulats de la relativité restreinte 1°. Les lois physiques sont les mêmes dans tous les référentiels en mouvement rectiligne uniforme les uns par rapport aux autres 2°. La vitesse de la lumière a toujours la même valeur dans le vide, quel que soit le référentiel. Equivalence des observateurs inertiels (points de vue) et extension de la relativité galiléenne à toute la physique Invariance de la vitesse de lumière (Exp. Michelson- Morley)

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10 …où le temps devient relatif à l observateur….. * La simultanéité de deux événements dépend de lobservateur * La durée dun événement dépend de lobservateur: Le temps sécoule moins vite! …...La relativité de la simultanéité est la clé de la compréhension de la contraction des longueurs…..

11 Longueur au repos du train Lorsque le rayon lumineux quitte l avant le train est ici en A Le rayon lumineux de queue ne part que maintenant en B: le train a avancé un peu. Lobservateur voit les extrêmités en A et en B Longueur perçue par lobservateur: La longueur sera dautant plus faible que le train roule vite.Leffet est valable dans les deux sens: il y a réciprocité!

12 Considérons une horloge, i.e. un système qui émet des tic-tac à intervalles réguliers… Notre horloge est constituée de deux plaques en regard. Les « tic » et les « tac » sont donnés par le rebond d un photon sur celles-ci…. Tic! Tac! Tic! Pour moi, lespacement entre un tic et un tac est perçu comme plus grand: le photon parcourt le chemin oblique qui est plus long que la distance entre les plaques. Jen conclus que le temps sécoule moins vite pour lhorloge en mouvement. Dautant moins vite que la vitesse est plus grande (la ligne oblique est plus longue).

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14 Pour le jumeau dans la fusée, le temps sécoule moins vite… …A son retour, il devrait être plus jeune que son frère resté sur Terre. Du point de vue de la fusée, cest la Terre qui séloigne…..

15 Départs simultanés des jumeaux. Vaisseaux identiques. Horloges synchronisées Partie commune du voyage

16 Voyage aller Voyage retour Temps sécoulant sur la terre Espace La différence dâge des jumeaux ne dépend plus des effets de laccélération ou de la décélération: elle ne dépend que de la portion CE parcourue à vitesse constante!! A B C E D

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18 Ecoulement du temps Espace à t1 Position à t1 t2 t3 t4 t5 Trajectoire dans lespace Ligne dunivers dans l espace-temps Espace à t5 Evénement: quelque chose qui se passe en un point donné à un moment donné. La localisation de l événement dépend du mouvement de l observateur Ce qui est vu dépend de lobs. Indépendant de l obs.

19 Lespace-temps a bien des vertus… et une grande particularité: sa géométrie nest pas euclidienne. Lespace usuel est euclidien: le théorème de Pythagore y est valable. Il donne la distance entre 2 points D a b D*D=a*a+b*b A B C Le chemin A-B est plus court que A-C-B A B C La trajet AB est plus long que A-C-B! Interprétation physique de la distance: La distance entre deux points A et C est = c X temps écoulé pour la particule (temps propre)

20 Arrivée sur l étoile Voyage aller Voyage retour Temps sécoulant sur la terre Espace T1 E T2 Le trajet direct T1-T2 (temps écoulé sur terre) est plus long que le trajet de la fusée T1-E-T2 qui définit la durée écoulée pour le jumeau de la fusée: Le temps sécoule moins vite pour lui. Or, les voyageurs de Langevin existent: les muons Or, les voyageurs de Langevin existent: les muons...

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22 Cône de lumière et séparabilité du monde relativiste Espace Temps Passé Futur Génératrices du cône: Ensemble des histoires possibles dun rayon lumineux passant par le sommet O Ligne dunivers dune particule Section à temps constant Sphère de causalité Ailleurs

23 Quest ce que la conformité dune description du monde au principe de relativité restreinte? Cest avant tout une théorie (description des phénomènes) construite dans lespace-temps de Minkowski. Les grandeurs physiques qui la constituent sont des tenseurs de cet espace: Le passage dun référentiel à un autre (transformation de Lorentz) entraîne la connaissance des lois de transformation de ces grandeurs. Plus généralement, les symétries du cadre (groupe de Poincaré) doivent se refléter dans les lois physiques: elles ont la même forme pour tous les observateurs (indépendance du point de vue) Cette représentation de la Nature est objective: identique pour tous les observateurs (ou presque!) *Lobjectivation du cadre (espace-temps) amène celle de nos représentations de lUnivers ! * Ce qui est indépendant du point de vue est un élément de réalité

24 Quest-ce que la réalité ? Deux attitudes possibles Foi en lexistence dune réalité indépendante (réalisme physique) Ex: Newton attribue une réalité absolue à lespace (et au temps) indépendant de la matière. Il est réel car doté dattributs géométriques propres. Réalité observable (empirisme / positivisme): Représentation du monde en termes de grandeurs observables (mesurables). Réalité en soi non connaissable (non physique). Lespace est un concept dérivé (ensemble de relations entre les corps quil contient) à la Leibniz. Le réalisme physique (Einstein) est hérité de la position de Descartes (réalisme dogmatique)qui identifie lespace à un attribut de la matière (létendue). Chez Einstein, lextension de la relativité à tous les observateurs –Relativité Générale – conduit à la subordination de la forme de lespace-temps à la matière. Mieux! Une même grandeur définit à la fois le champ de gravitation …et la distance dans lespace-temps! Lespace se confond avec le champ de gravitation et devient objet mesurable.


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