Relativité restreinte et naissance de l'espace-temps

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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 ». Découvrez comment la relativité restreinte a révolutionné notre conception de l'espace et du temps.

  
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À son apparition, la relativité générale était une nouvelle théorie de la gravitation : la première qui soit cohérente et en accord avec les observations, depuis celle de Newton. Avant elle, il y eut la théorie de la relativité restreinte. Faites connaissance avec cette dernière.

Ce dossier, dont le thème principal est la théorie de la relativité restreinte, va vous présenter le principe de relativité, ses tenants et ses aboutissants (à l'exception de la relativité générale).

Afin d'essayer de rendre le propos 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.

Avec la relativité restreinte puis la relativité générale, Einstein a révolutionné notre conception de l'espace et du temps. © Johnson Martin, DP

Ainsi, la page 2, qui suit cette page d'introduction, concerne les premières réflexions grecques sur le mouvementet la physique pré-galiléenne, le but étant de mieux cerner la révolution que fut la première formulation du principe de relativité par Galilée, sujet de la page 3.

Ensuite, deux pages, l'une sur la physique newtonienne (page 4), l'autre sur la façon dont la lumière était considérée avant Einstein (page 5), précèdent la présentation de la relativité (pages 6) 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 le principe de relativité rénové (et celles qu'il continue d'avoir) concluront ce dossier (pages 7 et 8), illustrant l'apparente fiabilité du cadre relativiste. Une bibliographie est donnée en page 9.

Einstein. © DR

Néanmoins, cette approche « physico-historique » sera inévitablement biaisée de deux manières :

  • les théories scientifiques, et les concepts employés par celles-ci, étant en quelque sorte 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, évènement 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.

La gravitation relativiste est un sujet riche et complexe. Voilà pourquoi ce dossier se consacre uniquement à la relativité restreinte. Pour en savoir plus sur le sujet et sur Einstein, vous pouvez également lire d'autres sujets sur Futura :