Qu’a découvert le vieillard qui tire la langue ? Bon, vous l’avez reconnu : Albert Einstein et sa découverte qui a changé notre vision du monde : la relativité. Beaucoup de gens le savent, mais tout le monde ne comprend pas ce dont il s’agit exactement… Je vais essayer d’expliquer.
Pour commencer, la relativité désigne deux concepts majeurs : la relativité restreinte et la relativité générale.
La relativité restreinte (1905)
Avant Einstein, on pensait que le temps est universel, or, comme le prouve la relativité restreinte, seule la vitesse de la lumière ne change jamais. Cette théorie établit que le temps et l’espace ne sont pas universels, ils sont liés à l’observateur (par exemple au fait de bouger, ou pas).
L’explication que donnerait Einstein
E = mc² : cette formule établit l’équivalence entre la masse et l’énergie.
E = énergie maximale que l’on peut extraire d’un corps qui a une masse m en le détruisant, c = vitesse de la lumière, soit 300 000 km/seconde, 2 désigne le carré de la vitesse de la lumière, soit 300 000 km/seconde × 300 000 km/seconde. Facile, non ?
Explication version James Bond
Quand James Bond court sur le toit d’un train qui fonce à 100 km/h, il ne court pas à 100 km/h, même si c’est un héros. Ceux assis dans le train entendent les pas de Bond au-dessus de leurs têtes, il court vers l’avant à 20 km/h.
Ludmilla, immobile dans un pré, voit le train passer. Elle voit Bond passer à 120 km/h. Normal, il court sur le toit, donc elle voit qu’il avance plus vite que le train. La vitesse du train et celle de Bond s’ajoutent. Pour les gens assis dans le train, Bond passe à 20 km/h, mais devant Ludmilla il passe à 120 km/h. Sa vitesse dépend d’où on le regarde.
Ludmilla saute dans sa Jaguar, rattrape le train et roule à côté exactement à la vitesse du train. Par rapport à elle, le train n’a pas de vitesse. Et si Ludmilla roule à la vitesse de 120 km/h, Bond n’avance plus par rapport à elle. Pour elle, il devient 0 km/h.
La vitesse dépend aussi de ce qu’on fait au moment où on la mesure, si l’on bouge ou pas.
Quand Ludmilla était dans le pré, Bond avait sorti de sa poche un rayon laser. Elle connaît la vitesse du rayon : 300 000 km/s. Ludmilla, immobile dans le pré, a vu le rayon lumineux que Bond envoyait vers l’avant du train.
Avant de sauter dans sa Jaguar, il fallait qu’elle calcule la vitesse du rayon pour l’intercepter : elle doit ajouter la vitesse du train, celle de Bond et celle du rayon. Heureusement, Ludmilla est une espionne d’élite, elle connaît la relativité : le calcul qui marche avec toutes les vitesses est faux avec la vitesse de la lumière. Même si le train roule à 100 km/h, même si Bond avance à 120 km/h, la vitesse du rayon est toujours 300 000 km/s. La vitesse de la lumière est toujours la même, qu’on la mesure d’un endroit ou d’un autre, qu’on bouge ou qu’on ne bouge pas, elle n’augmente et ne diminue jamais. La règle d’addition qui marche avec toutes les vitesses ne marche pas avec celle de la lumière.
Les jumeaux
Imaginons deux jumeaux, l’un s’appelle Michel-Ange et l’autre, Donatello. Michel-Ange va faire un voyage dans l’espace à la vitesse proche de celle de la lumière (300 000 km/s). Donatello vit tranquillement sa vie sur Terre, et tout à coup, son frère revient. Mais pourquoi Donatello a-t-il l’air plus vieux que Michel-Ange ? Ils sont jumeaux, non ? C’est aussi ça la relativité, le temps passe différemment pour les deux jumeaux. Plus on se déplace vite, plus le temps passe lentement pour nous.
La Relativité Générale (1915)
Rappelons-nous de Newton et de sa pomme. Vous vous demandez sans doute quel est le rapport entre la relativité et la gravitation. L’explication est simple : la Relativité Générale élabore la courbure de l’espace-temps.
L’espace-temps courbé
Prenons un trampoline pour l’espace-temps, une boule de bowling pour le Soleil, et une bille pour n’importe quoi d’autre (ex. : la Terre, la lumière, etcaetera). Si on dépose la boule de bowling sur le trampoline, ce dernier va se courber, c’est ce qui se passe avec l’espace-temps d’après Einstein. Cette courbure joue sur 2 choses : les trajectoires et le temps. Plus on est près d’une masse énorme (la boule de bowling), plus le temps s’écoule lentement. Et si maintenant, on déposait la bille sur le trampoline, elle va rouler vers la boule de bowling en suivant la courbure du trampoline, c’est ce qui se passe avec les planètes, les objets, la lumière, … C’est ça l’explication de la gravitation selon Albert Einstein.
GPS
Saviez-vous que sans la découverte d’Einstein, le système de positionnement par satellite se tromperait régulièrement de quelques kilomètres ? Et oui, car les satellites subissent moins la gravité terrestre que nous, le temps là-bas se décale d’environ 45 microsecondes par jour. Donc s’ils prenaient pas en compte les effets de la relativité, on aurait du mal à trouver le Panthéon de Rome et à visiter la tombe de Raphaël.
La manière d’expliquer d’Einstein
On peut dire aux enfants, comme Einstein l’a dit lui-même : « Une heure passée au parc avec un(e) ami(e) peut paraître une minute ; une minute passée à faire ses devoirs peut paraître une heure. »
Aux adultes, il affirmait : « La théorie de la relativité, c’est quand Zurich s’arrête sur ce train. » Dixit Einstein
Aux mathématiciens, il disait : « Depuis que les mathématiciens maîtrisent la théorie de la relativité, je n’y comprends plus rien moi-même. »
Et aux philosophes, il déclara sans ambages : « Le temps, c’est une heure ! » Personne n’a compris qu’il les avait tous remis à leur place…
Puis, sur une photo de lui tirant la langue, il écrivit : « Ce geste s’adresse à toute l’humanité. Albert Einstein ». Mais là encore, personne ne comprit.
Bref : le temps, c’est relatif. Surtout quand on comprend. Alors la prochaine fois que vos devoirs dureront une heure… pensez à Einstein.
U.A.
Sources :