Cours de tleS – Vitesse absolue temps relatif – Terminale
Introduction
- En physique relative, le temps est relatif au référentiel d’étude et non plus absolu comme en mécanique newtonienne.
- Le temps est au centre de toute l’étude des évolutions, qu’elles soient physiques ou chimiques.
- Sa mesure a donc fait l’objet de recherches pour le mesurer avec une précision extrême. Il est alors apparu que ce n’est pas une grandeur absolue, mais relative.
Observations des propriétés de la lumière
- Depuis près d’un siècle et demi, nous disposons de nombreux résultats permettant de confronter la théorie de la relativité restreinte.
- Il existe deux méthodes d’observation des propriétés de la lumière :
- Les expériences en laboratoire.
- L’observation astronomique.
Observations expérimentales de laboratoire (expérience d’Arago en 1810)
- Observation qu’un prisme disperse de la même façon la lumière d’une source proche et immobile, et celle d’une étoile lointaine.
- Du fait de la rotation de la Terre, F. Arago s’attendait à consacrer la modification de la vitesse de la lumière provenant de l’étoile et donc de l’indice de réfraction du prisme à longueur d’onde donnée. Or ce ne fut pas le cas.
- La vitesse de la lumière dans le vide n’obéit pas à la loi de décomposition des vitesses prévue par la mécanique newtonienne.
Observations astronomiques (exemple du pulsar de la nébuleuse du Crabe)
- Emissions d’impulsions électromagnétiques régulièrement espacées.
- Spectre du rayonnement émis large : des ondes radios aux rayons γ.
- Différentes, radiations sont reçues simultanément, donc la vitesse de la lumière dans le vide ne dépend pas de la fréquence.
Ether luminifère
- Afin d’expliquer que la lumière se propage à la même vitesse dans toutes les directions, les physiciens ont été amenés à imaginer que cela n’était vrai que dans un référentiel bien particulier : l’éther lumière.
- Entre 1880 et 1887, les nombreuses expériences réalisées par A. Michelson et E. W. Morley n’ont pu conformer l’existence de cet éther.
Relativité du temps, invariance de la vitesse de la lumière
Postulat d’Einstein
- En 1905, A. Einstein comprend le premier qu’il faut envisager le temps comme dépendant du référentiel.
- Il pose le postulat suivant : le temps n’est plus absolu, mais relatif au référentiel d’observation.
Conséquences du postulat d’Einstein
- Principe de relativité
Toutes les lois de la physique s’expriment de la même manière dans tous les référentiels galiléens.
- Principe de constante de la vitesse de la lumière c dans le vide
La vitesse de la lumière dans le vide est une constante universelle. Elle est indépendante du référentiel et du mouvement de la source émettrice.
- La relativité restreinte s’applique uniquement aux référentiels galiléens
Contrairement à la relativité générale qui prend en compte la gravitation.
Vitesse de la lumière
- La vitesse de la lumière dans le vide ne peut être dépassée : elle est physiquement la plus grande.
- La vitesse de la lumière va permettre d’établir un lien entre espace et temps : la distance entre deux points peut alors aussi s’exprimer par le temps que met la lumière pour parcourir ce trajet.
- La vitesse de la lumière est la même dans tous les référentiels.
