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La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
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Jeu 20 Déc 2012 00:49
Message La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
Ce qui m’inspire ce titre, c’est la musique d’accompagnement, légère et poétique. Les gens qui n’apprécient pas le poésie n’ont pas à s’inquiéter, les commentaires ne sont pas en vers… mais en Anglais tout‑de‑même. S’il y a besoin de traduction, ne pas hésiter à demander. Si vous avez des difficultés avec l’Anglais oral, la vidéo est sous‑titrée, ce qui peut aider, même si le sous‑titrage est aussi en Anglais. La vidéo est suivie d’une moyennement longue reformulation des commentaires, en mots, plus bas.

Albert Einstein's Theory of Relativity




Explications avec des petits et grands mots


La reformulation peu aussi servir de résumé de la vidéo, pour savoir si oui ou non elle vaut la peine d’être vue selon les gens (remarquez quand‑même qu’elle peut valoir le coup d’être vue, ne serait‑ce que pour sa seule réalisation déjà). Les commentaires ne sont pas identiques à ceux de la vidéo.

La relativité du mouvement


L’introduction, la présentation de la relativité de la notion de mouvement, qui est relatif, toujours et quelque soit les objets en mouvement, n’appelle pas de commentaires, tout le monde connait le phénomène dans un train à l’arrêt alors qu’un train démarre à côté du sien, laissant un doute : « est‑ce mon train ou l’autre qui démarre ? ».

La constance de la vitesse de la lumière (vitesse apparente)


Plus difficile à admettre à priori, est une sorte d’axiome, qui est que la vitesse de la lumière est toujours la même, quelque soit le point de vue depuis lequel on la regarde, que ce point d’observation soit en mouvement ou non par rapport à quelque chose ou non. Bien que devant être admise comme un axiome, cette constance a été vérifiée par l’expérimentation.

La relativité de la vitesse d’écoulement du temps


Si on admet que tous les mouvements sont relatifs, car dépendants toujours d’un point d’observation en particulier, et si on admet en plus que la vitesse de la lumière est constante, indépendamment, elle, de n’importe quel point de vue en particulier, alors de ces deux faits devant être considérés comme vrais simultanément, il découle plusieurs conséquences, et c’est là que les choses deviennent intéressantes.

La première conséquence, est que si la vitesse de la lumière est constante, quelque soit le point de vue, alors cela implique que c’est le temps, qui ne s’écoule pas à vitesse constante, et que la vitesse à laquelle on voit s’écouler le temps chez un sujet, dépend du point de vue depuis lequel on observe ce sujet. Il est nécessaire que la vitesse d’écoulement du temps dépende du point de vue depuis lequel on le regarde s’écouler, pour que la vitesse de la lumière puisse être considérée comme constante tout en garantissant la cohérence de l’ensemble. Alors bien sûr, on peut avoir une théorie cohérente, sans que ça n’implique qu’elle corresponde à la réalité. Heureusement, cette théorie a été vérifiée expérimentalement, et donc elle n’est pas seulement cohérente, elle correspond bien à la réalité.

Important : c’est la vitesse du temps comme vous le voyez s’écouler chez un autre sujet, qui varie, pas la vitesse du temps pour vous. Ne l’oubliez pas, et c’est d’autant plus important à noter, que les abus de langage sont nombreux dans les articles de vulgarisation, laissant croire que c’est chez le sujet observé que le temps ralenti. Non, c’est la personne qui observe, qui voit le temps s’écouler plus lentement pour l’autre sujet que pour elle. Mais pour le sujet observé, le temps semble s’écouler toujours de la même manière. C’est comme avec la relativité du mouvement, mais avec le temps au lieu du mouvement (bien sûr, les deux phénomènes coexistent en même temps).

La contraction des longueurs


La suite demande plus d’attention et nécessite de voir la vidéo et son animation, pour être comprise. Il s’agit de considérer qu’un sujet observé est constitué de plusieurs petits sujets, et on découvre alors, toujours en admettant que la vitesse de la lumière est constante, que en conséquence, les objets que l’on voit se déplacer vite, ont tendance à être raccourci du côté par lequel on les pousserait pour obtenir le même mouvement. Par exemple, pour un objet se déplaçant de gauche à droite la partie gauche semblera plus courte que la partie droite, la contraction se propageant progressivement vers la droite en s’estompant. C’est la fameuse contraction des longueurs.

Cette contraction des longueurs n’est pas constante sur la longueur de l’objet, elle est progressive. Pour vous en faire une image, imaginez un ressort à spirale, couché à plat devant vous. Le côté droit est calé d’une manière ou d’une autre. Quelque chose presse sur le côté gauche. Imaginez que le ressort réagisse d’une manière pas tout à fait linéaire, et que le côté gauche se contracte plus que le côté droit, que les spirales soient un peu moins resserrées à mesure que l’on va vers la droite du ressort. C’est une image de la manière dont s’applique la contraction des longueurs.

Bien sûr, vous ne constaterez pas le phénomène sur une balle de tennis, même lancée très fort, il faut de très grandes vitesses pour qu’il soit mesurable.

La encore, comme avec le mouvement et comme avec le temps, la contraction des longueurs dépend du point de vue. C’est la personne qui observe le sujet qui voit ses dimensions contractées dans le sens du mouvement, et le sujet, ne voit rien de tel, il ne se voit pas contracté, il se voit lui‑même comme normal. Cette contraction aussi, comme les deux précédents phénomènes, dépend du point d’observation par rapport au sujet.

Détail supplémentaire : la variation de longueur dut à la contraction apparente perçue par la personne qui observe, et d’autant plus importante que la vitesse du sujet observé est grande, par rapport à celle de la personne qui observe. Notez que cette variation de longueur est également d’autant plus grande que l’objet est grand (la variation de longueur, pas la proportion). Ainsi, et à condition que cela ne soit pas annulé par une trop grande distance de la personne qui observe le sujet, par rapport au sujet, le phénomène est plus facilement observable, au moins en théorie, avec de grands objets.

L’énergie et E = mc² (sans peurs et sans remords)


Suit ensuite (pléonasme, lol), une explication du lien entre la vitesse et la masse. Ici encore, voir l’animation de la vidéo aide à comprendre. Prenons deux objets ayant la même quantité de matière. Mettons les dans une situation telle que l’un voit le temps de l’autre s’écouler plus lentement, en les mettant en mouvement, relativement l’un par rapport à l’autre (d’après les variations d’écoulement du temps expliquées précédemment). L’un des deux objets verra la vitesse de l’autre être aussi en apparence plus lente (comme il verra le temps de l’autre s’écouler plus lentement). Comme l’autre objet a une énergie en apparence identique à celle qu’il aurait à une vitesse plus grande, il en résulte que sa masse apparente est plus grande. Un augmentation de masse apparente, compense la réduction de vitesse apparente. Et devinez quoi… oui, comme vous le comprenez, là aussi, tout dépend du point de vue. Si les deux objets ont une vitesse relative nulle, alors dans ce cas, aucun des deux n’a l’impression de voir une augmentation de masse chez l’autre.

À côté de cela, il existe une relation entre masse et énergie, qui est facile à comprendre, si on considère que de deux objets allant à la même vitesse, si l’un des deux a une plus grande masse, alors il présente également plus d’énergie potentielle. Comme la masse apparente dépend de la vitesse apparente de l’écoulement du temps, il en va de même pour l’énergie potentielle apparente… qui elle aussi, maintenant vous savez, est relative (eh oui, absolument tout est relatif, même l’énergie peut l’être).

Comme rien ne peut avoir un vitesse de déplacement apparente plus rapide que celle de la lumière (car la vitesse apparente de son écoulement du temps devient alors nulle à ce moment là, ce qui l’empêche d’avoir la moindre accélération apparente), il en résulte que l’énergie potentielle d’une masse de matière, a une limite qui dépend de la vitesse de la lumière. D’où la fameuse relation E = mc² . C’est pas chouette ça ? Vous venez de comprendre au moins intuitivement cette relation Sourire doux .

Accélération = pesanteur = gravitation (comme le savez sûrement déjà)


La vidéo se poursuit sur l’explication de la relation entre l’accélération et la pesanteur (ce qui donne une sensation de poids, la force de gravitation). Il n’est pas nécessaire de la reformuler par écrit, car j’imagine que tout le monde connait ce phénomène et l’a ressenti en voiture ou dans un ascenseur, ou pire, dans un manège à sensations fortes. Voilà au moins un phénomène de la relativité, que tout le monde peut expérimenter sans avoir besoin de s’approcher de la vitesse de la lumière (chose qu’aucun humain n’a jamais connu, et actuellement, seuls des particules de la matière « vivent » cette expérience, par exemple dans les rayonnement cosmiques, qui contiennent des particules qui vont presqu’aussi vite que la lumière).

La courbure des rayons lumineux (la lumière part en vrille)


Et pour le bouquet final (presque final, la vidéo raconte encore une chose après) de ce feux d’artifice de découvertes et de compréhensions, la vidéo explique la courbure du trajet de la lumière, qui ne se déplace pas toujours en ligne droite (même si la courbure est le plus souvent très faible, elle est mesurable autour du Soleil et de la Terre). Comme l’accélération et la gravitation sont la même chose, et dépendent seulement du point de vue, et comme l’accélération est une variation de vitesse, il en résulte une déformation apparente (donc encore une fois relative) des trajectoires de sujets qui ont l’impression, de leur propres points de vue, de se déplacer en ligne droite, et cela affecte aussi la lumière (la forme de son trajet apparent, mais pas sa vitesse apparente, jamais).

Pour l’imaginez, avec une image partielle tout d’abord, imaginez que vous êtes dans un train. Il passe dans une grande prairie. Dans cette prairie, quelqu’un lance quelque chose vers le haut, assez haut, et tout droit vers le haut. Si vous regardez la scène en ne bougeant pas les yeux, le trajet apparent de l’objet lancé par rapport à la vitre du train (comme si c’était un écran), ne sera pas une ligne droite, mais une ligne se courbant en direction de l’arrière du train.

Avec cette image à l’esprit, et en oubliant pas que le vitesse de la lumière est constante quelque soit le point de vue, imaginer que pour la lumière, la courbure ne se produit que lorsque le train accélère. Vous avez à ce moment une image juste de la courbure des rayons lumineux, qui peuvent être courbés en apparence, par une accélération du point de vue, ou par une force de gravitation subie par le point de vue (car accélération et gravitation, sont deux phénomènes ayant des effets identiques).

Questions des esprits vraiment tatillons (ou tordus, lol)


Et la mécanique quantique dans tout ça ?


Il n’en est pas question ici, nous avons déjà appris assez de choses pour aujourd’hui, des choses qui prendront peut‑être un peu de temps pour être digérées. Mais disons tout de même que tout ce que nous avons vu, suppose que l’univers est continu, qu’une mesure peut toujours être divisée en unités de mesure plus petites. Ce n’est justement pas le cas en mécanique quantique. Pour simplifier, pour la physique quantique, l’univers est discontinu et ne peut pas être divisé en unité toujours plus petites, car quand elle sont assez petites, elles deviennent comme floues, et quand elles sont assez floues, elles ne peuvent plus être divisées (il existe égalment un autre phénomène que ce « flou », mais ce n’est pas le sujet ici).

Ce qu’il faut en conclure ici, c’est que les conséquences de la relativité sont applicables au monde à grande échelle (y compris notre échelle humaine, qui est une grande échelle comparée à celle des particules élémentaires). La relativité ne s’applique plus, ou alors différemment, dans l’univers de l’infiniment petit… et ceci est une difficile question qui tracasse encore la science contemporaine.

Mais alors, la gravitation, c’est une interaction ou une courbure de l’espace ?


Il peut sembler incohérent, que cette vidéo avance que la gravitation n’est pas une interaction, mais une courbure de l’espace‑temps. Mais comment se fait‑il alors que l’on entende parfois parler de la recherche du graviton, censé être justement la particule vecteur de l’interaction gravitationnelle ? L’une ou l’autre doivent se tromper ! Ou non ? La réponse est dans la précédente remarque à propos de la mécanique quantique : le graviton ou le boson de Higgs, pour parler d’une théorie plus récente, concerne le monde de l’infiniment petit (enfin, du très petit, pour être formel, car l’infini n’existe peut‑être pas, même dans l’univers, on ne le sait pas). Dans les grandes échelles, on peut considérer la gravitation comme une courbure de l’espace‑temps, et faire des calculs correctes sur cette base, et jusque maintenant, expliquer assez correctement les choses sur cette base; mais cette base n’est plus valable dans le monde des particules élémentaires.

La science contemporaine essai encore à ce jour, d’unifier les deux, et de trouver une explication des choses, qui soit cohérente avec les deux explications à la fois.

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Jeu 20 Déc 2012 12:10
Message Re: La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
Einstein fait le comique Hmmm!

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Image : source inconnue (capture d’écran d’une vidéo)

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Jeu 20 Déc 2012 22:39
Message Re: La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
(le premier message a été révisé, pour y corriger des fautes de langue et y reformuler quelques passages)

Une question intéressante… La relativité du mouvement est une chose assez évidente. Idem pour la correspondance entre gravitation et accélération. Mais ici, c’est le fait que nous ayons la relativité du mouvement, associée à une vitesse constante de la lumière quelques soit le point de vue (une vitesse non‑relative de la lumière), qui aboutie à toute ces conséquences. Commet Einstein a‑t‑il eu l’idée que la vitesse de la lumière est constante ? Quelle expérience ou quelle forme d’intuition a put le mener à cette idée de la constance de la vitesse de la lumière ? C’est une question intéressante.

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Mar 5 Nov 2013 19:56
Message Re: La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
Une vidéo brève (10 minutes), qui complétera la première, mais que je ne commenterai pas autant. Elle explique comment le temps « penche en arrière », dans la direction opposée au mouvement. Si on se réfère au sens du mouvement (défini relativement), si le mouvement va, disons de gauche à droite, le temps du côté gauche est en retard par rapport au temps du côté droit.

C’est à cette condition que la relativité du mouvement est préservée et que la théorie de la relativité restreinte, est cohérente avec la théorie de la relativité du mouvement de Newton, que la relativité d’Einstein qui s’en inspire, ne remet pas en cause.

La relativité restreinte expliquée en animation — Alain Bernard



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Mar 5 Nov 2013 21:41
Message Re: La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
Voila de quoi réfléchir et réviser quelques notions, passez moi l'aspirine, merci Enrhumé(e)

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Mer 26 Nov 2014 07:26
Message Re: La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
Une anecdote, en un chiffre…

C’est un exemple commun que de dire que les satellites du système GPS, sont concrètement sujets à l’accélération relative de l’écoulement du temps, par rapport à la surface de la Terre, parce que à la surface de la Terre, la force de gravitation est plus forte et le temps s’y écoule donc plus lentement qu’en orbite, et que les calcul fait par le système GPS, doivent tenir compte de cette différence.

Ce décalage est d’environ 38 millionièmes de seconde par jour. C’est‑à‑dire, chaque jour, l’horloge atomique d’un satellite GPS, avance de 38 micro secondes par jour par rapport à la même horloge qui serait à la surface de la Terre.

C’est peu, mais ce n’est pas rien.

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Mar 24 Mar 2015 16:43
Message Re: La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
Important : quand on parle de ralentissement du temps, c’est du point de vue de l’observateur, pas du point de vue l’objet ou de l’équipage qui se déplacerait à une vitesse proche de celle de la lumière — ce qui s’appel une vitesse relativiste.

De son point de vue, l’équipage ou l’objet qui file à une vitesse proche de celle de la lumière, a une vitesse très grande, voir même plus grande que celle de la lumière, ou encore, il voit les distances très raccourcies, ce qui revient au même, on peut le dire de le première manière ou de la seconde.

Dans le cas extrême d’une particule sans masse qui va à la vitesse de la lumière, de son point de vue (si on peut dire, parce qu’une telle particule n’est probablement pas consciente), sa vitesse est infinie, ou encore, toutes les distances sont nulles.

Quand on parle de vitesse limite, c’est seulement depuis un point d’observation extérieur, et ça ne signifie pas que pour l’objet ou l’équipage concerné il y a une limite…

Parler de vitesse limite, ça peut être trompeur, et en tout cas, on ne peut pas le faire en parlant pour tout le monde. Pour un objet qui ne fait que accélérer, sa vitesse, de son point de vue, ne fera que augmenter, sans limite.

Cette remarque va dans le sens d’un précédent ancien sujet : Les voyages interstellaires sont‑ils trop longs ? Une question mal posée….

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Mar 23 Juin 2015 21:00
Message Re: La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
D’après la relativité générale, la lumière exerce une force d’attraction très‑très faible. La gravitation n’est en effet pas produite par la masse, mais par l’énergie et la quantité de mouvement. Voir « Re: Ronald Mallett : “La lumière peut créer de la gravitation” ? », message du 23 Juin 2015.

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Lun 13 Juil 2015 20:54
Message Re: La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
1905 : l’année lumière
La lumière selon Albert Einstein

Ça raconte plutôt son histoire, et parle peu de sciences, mais c’est intéressant quand‑même.


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Lun 13 Juil 2015 22:22
Message Re: La relativité, aussi claire que l’eau et la poésie
Hibou a écrit : 
[Ça raconte plutôt son histoire, et parle peu de sciences, mais c’est intéressant quand‑même.

Dans le même esprit …


E = mc² — biographie d’une équation


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