Revoir la relativité restreinte, par Henri-François Defontaines

Billet invité. A-t-il raison ou a-t-il tort ? La constance de la vitesse de la lumière est-elle une observation ou un principe ? Où le déterminer sinon ici ? À vos plumes !

Pour n’avoir jamais réussi à me représenter concrètement comment la vitesse de la lumière pouvait être physiquement la même dans tous les référentiels, et ce que signifiait une rotation de l’espace dans le temps dont les effets de parallaxe permettraient d’expliquer la symétrie de point de vue des observateurs lors de l’observation des phénomènes de contraction des longueurs et de dilatation du temps, j’ai voulu repartir de la base, c’est-à-dire des travaux de Maxwell et de Galilée, pour essayer d’avoir une image claire de ce que cela pouvait signifier. Quelle ne fut pas ma surprise, quand je me suis rendu compte qu’en appliquant les lois de Galilée aux résultats de Maxwell, on pouvait déterminer de manière simple et parfaitement naturelle les différentes équations relativistes sans devoir recourir au moindre principe ou postula. C’est cette démarche que je vous expose ici.

Revoir la relativité restreinte, par Henri-François Defontaines

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217 réponses à “Revoir la relativité restreinte, par Henri-François Defontaines”

  1. Avatar de Pierre Giroud
    Pierre Giroud

    Bonjour,

    La question de l’existence d’un « ether fixe » ou pas est tranchée depuis la célèbre experience de Michelson et de son interféromètre. Il n’y a pas d’ether et la vitesse de la lumière est constante dans tous les référentiels, malgré les problèmes de représentation intuitive que nous pose ce résultat. J’avais au début les mêmes problèmes de représentation que vous mais quand on y réfléchit bien et en y revenant souvent, la notion de référentiel fixe dans le vide est absurde.

    Jusqu’à présent, Einstein a raison sur toute la ligne.

  2. Avatar de JBA
    JBA

    Je ne suis ni physicien ni mathématicien,mais la démonstration est belle,élégante et beauté doit rimer avec vérité.

  3. Avatar de Jean Louis Bars
    Jean Louis Bars

    @
    Dans l’absolu sans doute…
    Comme nous en sommes trés loin et,de surcroît,nous nous en éloignons à la vitesse grand V,
    les beautés de l’heure sont plus que factices d’une part ,et éphéméres d’autre part..
    La Verité,Elle,étant ,et donc immuable et définitivement belle.

  4. Avatar de Charles F
    Charles F

    @H. F. D.
    Votre point de vue semble se rapprocher de la défense de la relativité de Lorentz (cf http://www.glafreniere.com/relativite2.htm)

  5. Avatar de H.F.D.
    H.F.D.

    @ Pierre Giroud

    Si vous lisez attentivement le texte présenté, vous vous rendrez compte que l’expérience de Michelson et Morley n’interdit absolument pas l’existence de l’éther. L’appareil composé de règle, d’horloge de source lumineuse et de miroir donne précisément les mêmes résultats que l’interféromètre de Michelson. Ce qui interdit l’existence de l’éther est uniquement l’interprétation qu’en donne Einstein. Il est certain que si la lumière se déplace physiquement à la vitesse C dans tous les référentiels, et que la symétrie de l’observation est purement observationnelle, alors, tous les référentiels sont purement équivalents, ce qui signifie qu’ils seraient tous fixes par rapport à l’éther et que l’existence de l’éther serait alors absurde. Mais en lisant le texte vous vous rendez compte que si le point de vue de l’observateur est bien symétrique lors de l’observation, les phénomènes qui les créent ne le sont pas forcément, et dans ce cas là, bien que l’on retrouve toutes les équations de la relativité, l’interprétation qu’on doit leur donner n’est absolument pas incompatible avec l’existence de l’éther même si cet éther est vraisemblablement différent de celui de Maxwell.
    En bref, lisez attentivement le texte et si vous me montrez la moindre contradiction dans ce qui y est développé, je me rangerai à votre avis, mais le fait de me dire que ce n’est pas ce qu’Einstein pensait ne me suffira pas, ça fait plus de 25 ans que je le sais, de même si vous vous contentez de dire, comme certain que c’est parce que la lumière possède une célérité et non une vitesse.
    Il ne faut d’ailleurs pas oublier qu’Einstein est revenu sur la notion d’éther après avoir élaboré sa théorie de la relativité générale en disant que cette notion était finalement compatible avec sa nouvelle conception de l’espace temps. J’essayerai de vous retrouver le texte ou j’ai lu ça.

  6. Avatar de Np237

    La démarche que vous décrivez (appliquer les lois de Galilée aux résultats de Maxwell) est précisément celle qui a conduit Einstein aux résultats de la Relativité Restreinte. Cette percée scientifique n’était que la suite logique des travaux initiés par Maxwell et Lorentz.

  7. Avatar de H.F.D.
    H.F.D.

    @ Charles
    Pour Lorentz, la contraction des longueurs et la dilatation du temps était physique. Or si les contractions dilatations sont physiques, elles ne peuvent être symétriques. Je ne peux pas être physiquement plus petit que vous, si vous êtes physiquement plus petit que moi. De même je ne peux pas vieillir moins vite que vous si vous vieillissez moins vite que moi. Lorentz n’ayant pas trouvé d’interprétation satisfaisante à la symétrie, n’a pas cru à ses propres résultats en les prenant pour une curiosité mathématique sans réalité physique. C’est Einstein le premier à avoir trouvé une solution non absurde de ces symétries. Toutefois, le fait qu’une théorie ne soit pas absurde ne signifie pas qu’elle est vraie. C’est aussi vrai d’ailleurs pour la théorie présenté ici, et c’est pour cette raison que je vous la présente pour être certain (si la chose est possible) que rien ne m’ai échappé.

  8. Avatar de H.F.D.
    H.F.D.

    @Np237

    Ce n’est pas du tout cette démarche qu’a utilisée Einstein pour élaborer sa théorie, mais une démonstration utilisant le postula de la constance de la vitesse de la lumière et le principe de relativité appliqués aux équations:
    X = a1 X’ + a2 Y’ +a3 Z’ +a4 T’
    Y = b1 X’ + b2 Y’ + b3 Z’ +b4 T’
    Z = c1 X’ + c2 Y’ + c3 Z’ + c4 T’
    T = d1 X’ + c2 Y’ + c3 Z’ + c4 T’

    C’est mathématiquement parfaitement correct, mais cela ne suffit pas pour interpréter correctement les symétries.

  9. Avatar de H.F.D.
    H.F.D.

    @ JBA

    vu votre commentaire, il semble que vous avez lu le texte dans sa totalité. Peut être pourriez vous me faire part de modifications éventuelles à y apporter pour en faciliter la compréhension.

  10. Avatar de ybabel
    ybabel

    @Pierre Giroud
    Pas tout a fait : http://www.glafreniere.com/matiere.htm
    En fait l’expérience de Michelson n’invalide en rien la possibilité d’un éther fixe, comme le montre les travaux de Mr Lafrenière.
    Simplement, Michelson n’a pas considéré que son appareillage était lui même soumis à la déformation de l’accélération. (si je ne m’abuse).
    Je suis curieux d’avoir votre retour sur ces travaux !

  11. Avatar de jacques
    jacques

    Etant un béotien total, j’ai appris que tout mouvement d’un objet fut-il un photon peut etre ralenti ou accéléré par la rencontre d’un autre photon de trajectoire différente ou par la stimulation de radiations du type LASER.D’ou l’impossibilité de parler de constance en matière d’observation de la vitesse de la lumière mais plutot de postulat .Merci de rectifier mon avis.

  12. Avatar de Tos
    Tos

    Une question pour H.F.D:
    Je n’ai lu qu’en diagonale, mais si j’ai compris votre approche, on retrouve les memes lois de composition de position et de vitesse, donc on retrouve le meme groupe de Lorentz, les memes symetries etc etc, n’est ce pas ?

    Si les conclusions (observations predites) sont rigoureusement les memes, ce qu’il reste n’est qu’un debat de mot: on ne peut pas trancher par l’observation. Dans ce cas les deux points de vue sont aussi justes l’un que l’autre.

  13. Avatar de Pierre Giroud
    Pierre Giroud

    @H.F.D. et Ybabel
    En fait ces notions d’ether ou de vitesse de la lumière constante sont des représentations mentales d’une réalité qui nous échappe évidemment, car qui peut dire ce qu’est la réalité, décorrélée de l’interprétation d’un cerveau humain ? Question insoluble. Le fait est que la « représentation mentale » d’Einstein (vitesse de la lumière constante) est d’une cohérence qui n’a encore jamais été prise sérieusement en défaut. L’introduction d’un « éther » pour arriver à une cohérence équivalente dans notre représentation du monde me paraît in fine une complication, même si cela fonctionne. Chacun sait ce qu’est une vitesse et une onde, mais personne n’a jamais vu « l’ether » ni ses manifestations. L’ether se résume donc, au mieux, à un artifice de raisonnement plus conforme à l’intuition de tous les jours (analogie avec l’eau, l’air,…) , mais il n’améliore pas l’efficacité du modèle représentatif du monde physique. Les GPS et leurs corrections d’effets relativistes n’ont pas besoin de cette notion pour fonctionner parfaitement…

  14. Avatar de Tos
    Tos

    En fait je pense que toute cette histoire n’est qu’un quiproquo:

    Pour reference voici une traduction en anglais de l’article de 1905 d’Einstein sur la relativite « On the electrodynamics of moving bodies » (car en 1905 il y a aussi ceux sur le mouvement Brownien et sur l’effet photoelectrique)
    http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/

    Lisez le debut, mais Einstein ne part pas du tout du principe que la vitesse de la lumiere est la meme dans tt les referentiels, au contraire il arrive bien comme vous a cette conclusion.

    En fait il ne fais que souligner la nature tres ambigue de la definition du temps, et il part simplement d’une definition claire de « simultaneite », en expliquant qu’on ne peut mesurer le temps que par simultaneite d’evenements (=de points dans l’espace temps, 3D spatiales + 1D temporelle)

    En fait la version « moderne » de la relativite resteinte presente dans bon nombres de bouquin part directement de la conclusion (c constante), pour tout de suite introduire les notions de groupe de Lorentz et d’espace de Minkowsky, car ce sont les outils mathematiques qui servent ensuite en pratique.

  15. Avatar de HariS
    HariS

    Pourquoi ne pas poster sur un forum de physiciens/mathématiciens ?

    Je ne comprends pas la démarche.

  16. Avatar de Pierre Giroud
    Pierre Giroud

    @Haris, c’est un débat au sujet d’un article de ce blog. Et personne ne vous force à lire.

  17. Avatar de John Barleykorn
    John Barleykorn

    Je suis d’accord avec le point de vue de HariS et j’ai suivi la recommendation de de Pierre Giraud.

    Trop complique pour moi, mais cela ne veut pas dire que ce n’est interessant!

  18. Avatar de julien
    julien

    Albert Einstein fut un très grand physicien, mais ce qu’il a fait à Henri Poincaré avec la relativité restreinte c’est petit petit petit…

  19. Avatar de Ju²

    Avis purement personnel : la présence de cet article m’a étonné, intrigué puis intéressé (respectivement désintéressé).
    La « variété » est le fondement de la vie. Je suis, moi, content de trouver ici quelques sujet annexes de temps en temps.
    Sur le fond, même nous les béotiens pouvons nous enrichir de tels débats – ou les ignorer : ils sont loin de polluer.
    Amen.

  20. Avatar de Pierre Giroud
    Pierre Giroud

    @ybabel, je suis allé faire un tour sur le lien que vous avez indiqué, http://www.glafreniere.com/matiere.htm, il y a effectivement certains développements élégants et de plus répondant bien à l’intuition. Vision originale, merci pour l’info. A creuser…

  21. Avatar de ybabel
    ybabel

    En fait Charles F en a parlé avant moi, donc rendons lui les honneurs 😉 je n’avais pas vu son post et je ne m’attendais pas à ce que quelqu’un d’autre connaisse.

    L’élégance de la théorie de Lafrenière est d’unifier matière et onde, en postulant que la matière est une onde stationnaire en fait … Dans la pratique cela explique plusieurs choses restées en mystère au niveau des atomes et propose une autre explication a l’effet casimir et aussi la gravitation qui serait en fait similaire a l’effet de houle qui fait se rapprocher 2 bateaux, ou les niveaux atomiques.
    Mais il reste des gros points d’interrogations comme « comment expliquer qu’une onde puisse en stopper une autre » ou même simplement influencer. Reste aussi a savoir d’ou sortent les ondes ! lol
    Mais en tout cas, je pense que ca mérite d’être approfondi.
    Il mentionne notamment l’expérience de l’interféromètre de Michelson et donne l’explication (correcte de mon point de vue) de sa mauvaise interprétation quand à la question de l’éther.
    http://www.glafreniere.com/michelson.htm

  22. Avatar de JM
    JM

    Très intéressant si l’on continue de prendre en considération le postulat selon lequel la vitesse de la lumière reste constante. Mais il y a eu beaucoup de travaux sur ce point précis depuis non? Ne serait-ce que ceux de Maurice Allais:
    http://allais.maurice.free.fr/Science.htm
    Ou bien encore les fameuses expériences d’Alain Aspect et de son équipe. Ces questions ont l’air de perturber les médecins également:
    http://www.dailymotion.com/bookmarks/Complot_helleno_balayeur/video/x9cm30_gernez-vs-einstein_news

  23. Avatar de Mathieu
    Mathieu

    Je cale au dessin en haut de la page 3.

    Je pensais que X représentait la longueur de la règle dans le référentiel fixe (ce qui me semble cohérent avec une interprétation classique de l’équation du milieu de la page 2, X=(C-V_e)T_a ). Sur le dessin du haut de la page 3 vous appelez X la longueur de la règle + la distance parcourue pendant l’aller-retour. Puis vous utilisez la relation X’=gamma X qui était valable pour X la longueur de la règle dans le référentiel R.

    Pouvez-vous clarifier?

    Indépendamment de cette question, vous pouvez toujours tenter votre chance en envoyant votre texte à un journal de pédagogie scientifique en argumentant que c’est une bien meilleure manière d’expliquer la relativité restreinte que ce qui se fait d’habitude. Et voir ce qu’ils vous répondent…

  24. Avatar de H.F.D.
    H.F.D.

    @ tos et Haris
    Si on en croit Marie Curie, le but de la science est de décrire le monde et non de l’expliquer. Ainsi, pour un physicien, qui se contente de décrire les phénomènes relativistes, cette théorie n’apporte rien de plus que celle d’Einstein. Toutefois, si une forme d’éther existe, alors nier son existence interdit toutes études possibles débouchant éventuellement sur de nouvelles découvertes.
    Souvenez vous du système de Ptolémée qui s’il permettait de décrire parfaitement le système solaire de l’époque serait totalement insuffisant pour décrire l’univers tel qu’on le connait aujourd’hui.
    D’autre part, et cela répond en partie à la question de Haris, cette interprétation de la relativité intéressera beaucoup plus un philosophe cherchant à comprendre qu’un physicien n’ayant qu’a décrire les phénomènes observés.
    Enfin, les spécialistes se laissent facilement aveugler par ce qu’ils ont appris sur les bancs de l’université, n’ayant pas eu le temps de réellement comprendre les théories qu’ils utilisent pour résoudre les exercices tel l’exercice 22 de la page 33 ou le 8 de la page 12.
    Quand je compare les articles écrit par des économistes de renom tel qu’Alan Greenspan ou Ben Bernanke, je sens un aveuglement (ou une mauvaise foi) que je ne ressens pas dans les contributions que je lis sur ce blog depuis quelques mois et c’est la raison pour laquelle j’ai demandé à Paul Jorion la possibilité de publier ici. Je préfère m’adresser à des gens qui à priori ne savent pas et utilisent leur intelligence pour essayer de comprendre à partir des faits, plutôt que des gens qui savent et qui sachant cela n’hésitent pas à proférer les pires absurdités sachant être protégé par leur aura de sachant.
    On peut ainsi lire dans le livre « l’univers dans une coquille de noix » de Stephen Hawking :
    Si la lumière était une onde se propageant dans un matériau élastique appelé « éther », sa vitesse semblerait plus élevée au passager d’un vaisseau spatial se déplaçant vers elle, et plus basse à bord d’un vaisseau spatial voyageant dans la même direction que la lumière (page 6).
    On voit bien dans cette étude que c’est totalement faux, et pourtant, en raison de sa notoriété, S. Hawking n’a eu aucun mal à publier, et personne ne lui à fait part (au moins avant impression) de l’absurdité de ce qu’il a écrit.

  25. Avatar de H.F.D.
    H.F.D.

    @ Ybabel et à Charles L,

    Merci pour le liens que vous nous avez transmis. Je n’ai pas encore eu le temps de le lire en totalité, mais je l’ai mis en favori pour pouvoir le lire à tête reposée.

  26. Avatar de quentin

    Je n’ai pas encore lu le texte dans les détails (je le ferai plus tard) mais d’emblée je suis très méfiant devant ce type de démarche, qui revient grosso-modo à dire « la relativité n’est pas intuitive, donc elle doit être fausse ». Et au nom de quoi notre cerveau serait parfaitement calé pour percevoir intuitivement ce qu’est le monde ? Notre cerveau a été formé par l’évolution pour se faire une bonne idée du monde qui nous entoure à notre échelle, mais pas au delà : ça ne lui sert à rien. Aujourd’hui, nous sommes capable d’aller au delà. En quoi est-il surprenant que quand on s’éloigne de notre référentiel habituel les choses ne sont pas du tout comme nous le pensons intuitivement ? Il me semble que l’idée d’un référentiel fixe est une illusion cognitif, parce que nous autre humains vivons accroché à notre planète : il ne nous viendrait pas à l’esprit qu’il en soit autrement. Seulement le monde ne l’entend pas de la même manière…

    C’est un peu comme si je disais : « la terre ne peut pas être ronde, il y a le haut et le bas : c’est une évidence. Ou que nous allions c’est toujours le même haut et le même bas que nous voyons. Peut être peut-on interpréter différemment la théorie selon laquelle la terre est ronde, par une déformation du trajet de la lumière dans l’atmosphère. De cette manière on peut expliquer pourquoi le soleil est plus bas au nord qu’au sud, etc…  »

    D’autre part la relativité est plus que vérifiée. Quand on envoit une horloge faire le tour de la terre, elle revient avec un décalage temporel. Si on l’envoit dans un sens ou dans l’autre le décalage est différent.
    De deux choses l’une : soit ce texte produit exactement les mêmes prévisions, dans ce cas il n’a d’intérêt que didactique et propose simplement une « autre façon de voir ». Question : cette autre « façon de voir » permet-elle, comme le fait la relativité restreinte, d’aller encore plus loin dans les hypothèses jusqu’à la relativité générale ? Ou bien est-elle en échec lors de ce passage ? Car finalement c’est le passage a la relativité générale qui est vraiment génial chez Einstein.
    Soit ce texte produit des prévisions différentes, dans ce cas il est probablement faux… et en tout les cas il n’a pas a être discuté dans ce blog, il devrait l’être par des physiciens. Je ne comprend pas qu’on essaie encore de revoir quelque chose qui a plus d’un siècle et qui a été vu et analysé par des millions de scientifiques. Croit-on que les scientifiques sont tous dénués de créativités, des moutons incapable d’envisager des explications alternatives, pour qu’il faille attendre 100 ans pour découvrir de nouvelles choses ?

    Peut-être que j’ai tort, je lirai le texte plus tard et reviendrai commenter ici si besoin, mais c’est l’idée que j’en ai à priori.

  27. Avatar de H.F.D.
    H.F.D.

    @ tos

    Je ne maitrise pas suffisamment l’anglais pour ne pas risquer les fautes de traductions, mais il est vrai que j’ai souvent remarqué que les avis d’Einstein était beaucoup moins tranché que ce qu’on a l’habitude de lire dans les livres traitant de la relativité écrit par d’autre.
    Il est écrit par exemple dans: Comment je vois le monde d’Albert Einstein (page 151):
    L’espace physique et l’éther ne sont que deux expressions différentes d’une seule et même chose. Ou encore un peu plus loin: Seul le génie de Riemann déblaie le chemin pour aboutir à la conception d’une nouvelle notion d’espace. Elle dénie à l’espace la rigidité. L’espace peut participer aux événements physiques. Il le reconnait possible.

  28. Avatar de nadine
    nadine

    Les implications philosophiques de la relativité restreinte sont énormes pour celui qui comprend la théorie en profondeur.
    Einstein a démontré qu’il n’existe rien que l’on puisse appeler « état présent de l’univers ».
    La relativité de la simultanéité entraîne que ce qui est « maintenant » relativement à un référentiel inertiel diffère de ce qui est maintenant dans un autre référentiel en mouvement par rapport au premier. Il n’y a rien que l’on puisse nommer « état présent » de la totalité de l’univers. C’est cela la signification des équations de la relativité.

    Einstein lui-même a été très clair quand il a écrit: «  Le continuum à quatre dimensions ne se divise plus objectivement en coupes qui contiennent tous les événements simultanés; pour le monde qui s’étend dans l’espace, le « maintenant » perd sa signification objective. »

    La constance de la vitesse de la lumière est une conséquence de la structure de cet espace-temps et sa représentation mentale est impossible car la dimension temporelle est en réalité d’une nature un peu différente des dimensions spatiales.

  29. Avatar de H.F.D.
    H.F.D.

    @ Mathieu

    Peut être que des chiffres seraient plus parlants pour vous.

    Supposez une règle graduée de 1 mètre se déplaçant à la vitesse de 180 000 km/s.

    Dans R, les mesures des deux extrémités sont faites simultanément, on observe donc la contraction physique et la règle ne mesure plus que 80cm.

    Dans R’, à cette vitesse, les horloges des deux extrémités diffèrent à un temps T quelconque de 2 milliardièmes de seconde. En raison de la dilatation du temps, ces 2 milliardièmes de seconde représentent dans R 2,5 milliardièmes de seconde. A la vitesse de 180 000 km/s, la règle parcours 45 cm en 2,5 milliardièmes de seconde. Ainsi, avec sa règle de 1 mètre, l’observateur de R’ mesurera 80 cm, c’est à dire la longueur réelle de sa règle, plus les 45 cm dus au déplacement. Il aura donc mesuré 1,25 m avec sa règle de 1 mètre.

    Or, 1/0,8 = 1,25/1 ainsi, la contraction physique mesurée par l’observateur de R sera exactement équivalente à la contraction physico-observationnelle mesuré par l’observateur de R’.

    J’espère que ça répond à votre question, sinon, n’hésitez pas à m’en faire part.

  30. Avatar de H.F.D.
    H.F.D.

    @ Quentin

    Essayez de vous débarasser de vos idées à priori.

    Pour le reste, le système de Ptolémée a duré bien plus d’un siècle.

    Quant à la démarche, qui revient grosso-modo à dire “la relativité n’est pas intuitive, donc elle doit être fausse, si c’était vraiment la raison qui me poussait à écrire ce texte, je n’aurais pas attendu 25 ans pour le faire.

    Lisez le texte, et on en reparle.

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