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Relativité restreinte et naissance de l'espace-temps

Il y a un siècle naissait en deux étapes la relativité selon Einstein : en 1905 la relativité dite restreinte, puis entre 1907 et 1915 la relativité générale. Bien que toutes deux aient révolutionné nos conceptions de l'espace et du temps, la relativité générale était également à son apparition une nouvelle théorie de la gravitation : la première qui soit cohérente et en accord avec les observations, depuis celle de Newton.

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Loïc Villain Enseignant-chercheur physique théorique

Il y a bientôt un siècle naissait en deux étapes la relativité selon Einstein : en 1905 la relativité dite "restreinte", puis entre 1907 et 1915 la relativité "générale". Bien que toutes deux aient révolutionné nos conceptions de l'espace et du temps, la relativité générale était également à son apparition une nouvelle théorie de la gravitation : la première qui soit cohérente et en accord avec les observations, depuis celle de Newton.

Pour cette raison, et parce que la gravitation relativiste est en soi un sujet riche et complexe, cet exposé introductif à la "relativité selon Einstein" est séparé en deux dossiers, le deuxième étant exclusivement consacré à la gravitation et à la relativité générale.

Mais avant que ne soit abordés ces sujets, le principe de relativité, ses tenants et ses aboutissants (à l'exception de la relativité générale) vont être présentés, le thème principal étant bien évidemment la théorie de la relativité restreinte.

Einstein

Einstein

Afin d'essayer de rendre ce premier dossier autosuffisant et de replacer dans les contextes "épistémologique" et historique la naissance de cette théorie, le choix a été fait de débuter par quelques chapitres historiques, qui pourront éventuellement être ignorés par qui souhaiterait lire uniquement ce qui traite explicitement de la relativité selon Einstein. Ainsi, le premier chapitre concerne les premières réflexions grecques sur le mouvement et la physique pré-galiléenne, le but étant de mieux cerner la révolution que fut la première formulation du principe de relativité par Galilée, sujet du deuxième chapitre.

Ensuite, deux chapitres, sur la physique newtonienne et sur la façon dont la lumière était considérée avant Einstein, précèdent la présentation de la relativité reformulée par ce dernier, parenthèses qui mettent en évidence combien semblaient solides les fondations dont il dut faire table rase.

Finalement, les implications et applications qu'eut et continue à avoir le principe de relativité rénové concluront ce premier dossier, illustrant l'apparente fiabilité du cadre relativiste. Néanmoins, cette approche "physico-historique" sera inévitablement biaisée de deux manières :

  • les théories scientifiques, et les concepts employés par celles-ci, étant en quelques sortes des êtres vivants qui naissent, évoluent et parfois meurent, la formulation adoptée utilisera plus volontiers les termes de la physique moderne et ne sera pas toujours parfaitement respectueuse des conceptions d'autrefois. Cependant, le but premier est de présenter ici des théories par leurs concepts et non de faire de l'histoire des sciences et/ou des idées ;
  • la narration étant toutefois en grande partie chronologique et portant quelquefois sur des faits assez anciens, l'histoire des sciences ne sera pas toujours très loin. Or, il n'existe pas une Histoire des sciences, mais bien diverses versions de celle-ci, même si une version "officielle" existe souvent. Comme le disait le physicien américain Richard Feynman "ce que je vous raconte là, c'est une espèce de saga conventionnelle que les physiciens racontent à leurs étudiants, lesquels à leur tour la racontent à leurs étudiants, et ainsi de suite. Ça n'a pas forcément grand-chose à voir avec le développement historique réel de la physique... que j'ignore évidemment !"

De fait, même en ce qui concerne la naissance de la "relativité selon Einstein", événement qui n'est pas si lointain de nous, de nombreuses controverses persistent. Les versions retenues ici seront donc le plus souvent les versions les plus communément admises, et lorsque ce sera possible, les versions vers lesquelles semblent converger les historiens des sciences actuels.

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