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La relativité

Les zones d'ombre à éclairer.
Il semble que beaucoup de choses ont été oubliées

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Comment se calcule la déformation du champ électrique d'un électron ?

Ce champ, sphérique au repos, se transforme en ellipsoïde comprimé dans le sens du mouvement par la vitesse de l'électron. Le phénomène à été découvert par Heaviside, calculé par xxx et repris par Lorentz pour établir ses transformations qui a été étendue à la contraction de la matière jusqu'à ce qu'Einstein en face une déformation des mesures provoquée par la vitesse de la lumière pour étudier les dimensions des objets en déplacement rapide.
Nous ne trouvons aucune information sur cette question.


Au §1, Einstein explique que le référentiel dans lequel on se trouve est immobile par rapport à nous, les longueurs ne sont pas contractées ni les horloges désynchronisées. 
Au §2 il explique que dans un référentiel vu en mouvement, les longueurs paraissent contractés et les horloges désynchronisées.
La relativité  dit que le référentiel vu en mouvement ne l'est pas pour son passager qui se considère immobile. Pour lui, c'est nous qui sommes en mouvement.
L'espace courbe serait une illusion. Il valide nos observations mais n'est pas une réalité.
La relativité générale nous replace dans le référentiel immobile d'Aristote et confirme ce que nous voyons : c'est le Soleil qui tourne!


La relativité du mouvement, Article d'Albert Einstein de 1905
“De l'électrodynamique des corps en mouvement.”

Pour qu'il n'y ait aucun malentendu sur la qualité de la source, nous citons les extraits de l'article sur lesquels nous nous appuyons. Nous avons sauté des passages comme ceci : [.] Vous pouvez les retrouver dans la traduction française. Nous avons ajouté quelques schémas pour plus de clarté. Nos remarques sont en italiques. Vous pouvez les discuter et les contester.

Introduction

Il est connu que si nous appliquons l'électrodynamique de Maxwell, telle que nous la concevons aujourd'hui, aux corps en mouvement, nous sommes conduits à une asymétrie qui ne s'accorde pas avec les phénomènes observés. Analysons par exemple l'influence mutuelle d'un aimant et d'un conducteur. Le phénomène observé dans ce cas dépend uniquement du mouvement relatif du conducteur et de l'aimant, alors que selon les conceptions habituelles, une distinction doit être établie.
Maxwell utilise l'équation de Faraday lorsqu'on déplace un aimant devant un fil et le théorème d'Ampère lorsque qu'on déplace le fil devant l'aimant. La différence des résultats est inférieure au premier ordre, évidement, aimant ou fil se déplacent à quelques centaines de mètres par seconde quand les ondes électromagnétiques se déplacent à 300 millions de mètres par seconde.
[.] en mécanique, mais aussi en électrodynamique, aucune propriété des faits observés ne correspond au concept de repos absolu [.] Dans le texte qui suit, nous élevons cette conjecture au rang de postulat (que nous appellerons dorénavant « principe de relativité ») et introduisons un autre postulat — qui au premier regard est incompatible avec le premier — que la lumière se propage dans l'espace vide à une vitesse V indépendante de l'état de mouvement du corps émetteur.
Einstein fait de la vitesse des ondes électromagnétiques une constante, la même dans tous les référentiel. Mais lorsqu'elle est observée dans un autre référentiel, nous verrons qu'il l'applique l'additivité des vitesses de Galilée.
Ces deux postulats suffisent entièrement pour former une théorie simple et cohérente de l'électrodynamique des corps en mouvement [.] l'introduction d'un « éther luminifère » est superflu,  [.]

I. PARTIE CINÉMATIQUE

§ 1. Définition de la simultanéité

[.] Si nous voulons décrire le mouvement d'un point matériel, les valeurs de ses coordonnées doivent être exprimées en fonction du temps.[.] nos conceptions où le temps joue un rôle, portent toujours sur des évènements simultanés. Par exemple, si nous disons « qu'un train arrive ici à 7 heures », cela signifie « que la petite aiguille de ma montre qui pointe exactement le 7 et que l'arrivée du train sont des évènements simultanés » .
[.]
Cependant, pour estimer chronologiquement les évènements, nous pouvons obtenir satisfaction en supposant qu'un observateur, placé à l'origine du système de coordonnées avec l'horloge, associe un signal lumineux — témoignant de l'évènement à estimer et du rayon lumineux qui vient à lui à travers l'espace — à la position correspondante des aiguilles de l'horloge. Cependant, une telle association a un défaut : elle dépend de la position de l'observateur qui observe l'horloge, comme l'expérience nous le dicte. Nous pouvons obtenir un résultat beaucoup plus pratique de la façon suivante.

Si un observateur est placé en A avec une horloge, il peut assigner un temps aux évènements à proximité de A en observant la position des aiguilles de l'horloge, qui sont simultanées avec l'évènement. Si une horloge est aussi placée en B [.] un observateur en B peut chronologiquement estimer les évènements qui surviennent dans le voisinage de B. [.] Un temps commun peut être défini, si nous posons par définition que le « temps » requis par la lumière pour aller de A à B est équivalent au « temps » pris par la lumière pour aller de B à A. Par exemple, un rayon lumineux part de A au « temps A », tA, en direction de B, est réfléchi de B au « temps B », tB, et revient à A au « temps A », t'A. Par définition, les deux horloges sont synchronisées si


Nous supposons que cette définition du synchronisme est possible sans causer d'incohérence, peu importe le nombre de points. En conséquence les relations suivantes sont vraies :

1. Si l'horloge en B est synchronisée avec l'horloge en A, alors l'horloge en A est synchronisée avec l'horloge en B.

2. Si l'horloge en A est synchronisée à la fois avec l'horloge en B et avec l'horloge en C, alors les horloges en B et C sont synchronisées.

Donc, à l'aide de certaines expériences physiques (de pensée), nous avons établi ce que nous entendons lorsque nous parlons d'horloges au repos à différents endroits, et synchronisées les unes avec les autres ; et nous avons par conséquent établi une définition de la « simultanéité » et du « temps ». Le « temps » d'un évènement est l'indication simultanée d'une horloge au repos située à l'endroit de l'évènement, qui est synchronisée avec une certaine horloge au repos dans tous les cas de détermination du temps.

En accord avec l'expérience, nous ferons donc l'hypothèse que la grandeur

est une constante universelle (la vitesse de la lumière dans l'espace vide). Nous venons de définir le temps à l'aide d'une horloge au repos dans un système stationnaire. Puisqu'il existe en propre dans un système stationnaire, nous appelons le temps ainsi défini « temps du système stationnaire ».


§ 2. Sur la relativité des longueurs et des temps

Les réflexions suivantes s'appuient sur le principe de relativité et sur le principe de la constance de la vitesse de la lumière, les deux que nous définissons comme suit :

1. Les lois selon lesquelles l'état des systèmes physiques se transforme sont indépendantes de la façon que ces changements sont rapportés dans deux systèmes de coordonnées (systèmes qui sont en mouvement rectiligne uniforme l'un par rapport à l'autre).

Einstein nous dit que ce qui est mesuré (les changements rapportés dans un système de coordonnées différentes) ne rendent pas compte de la réalité observée

2. Chaque rayon lumineux se déplace dans un système de coordonnées « stationnaire » à la même vitesse V, la vitesse étant indépendante de la condition que ce rayon lumineux soit émis par un corps au repos ou en mouvement. Donc,

La lumière est une onde électromagnétique, la vitesse des ondes ne dépend pas de la vitesse de l'objet qui les produit mais des caractéristiques de leur support. Un avion peut rattraper le son qu'il produit. 

vitesse = Trajet de la lumière/ intervalle de temps

où « intervalle de temps » doit être compris tel que défini au § 1.

Soit une tige rigide au repos ; elle est d'une longueur L quand elle est mesurée par une règle au repos. Nous supposons que l'axe de la tige se confond avec l'axe des x du système stationnaire. Imprimons à la tige une vitesse uniforme v, parallèle à l'axe des x et dans la direction croissante des x. Quelle est la longueur de la longueur de la tige en mouvement ? Elle peut être obtenue de deux façons :

a) L'observateur pourvu de la règle à mesurer se déplace avec la tige à mesurer et mesure sa longueur en superposant la règle sur la tige, comme si l'observateur, la règle à mesurer et la tige sont au repos.
Ici nous sommes dans le cas du paragraphe 1

b) L'observateur détermine à quels points du système stationnaire se trouvent les extrémités de la tige à mesurer au temps t, se servant des horloges placées dans le système stationnaire [.]

Selon le principe de relativité, la longueur trouvée par l'opération a), [.] est égale à la longueur L de la tige dans le système stationnaire.
La longueur trouvée par l'opération b) peut être appelée la « longueur de la tige (en mouvement) dans le système stationnaire ». Cette longueur diffère de L.[.]
Nous comprenons : << la longueur trouvée par l'opération a), [.] est égale à la longueur L de la tige dans son système stationnaire. La longueur trouvée par l'opération b) est la longueur de la tige vue en mouvement depuis le référentiel de l'observateur qui est stationnaire pour lui. >>

Nous avons fait un schémas avec la tige dans le référentiel k. L'observateur est dans le référentiel K que nous avons décalé pour une meilleure lisibilité, il observe la tige dans le référentiel k qu'il voit se déplacer par rapport à lui à la vitesse v. Les référentiels k et K seront vus au paragraphe 3



Dans la cinématique généralement utilisée, il est implicitement supposé que les longueurs définies par ces deux opérations sont égales [.] Imaginons encore qu'il y a deux observateurs auprès des deux horloges qui se déplacent avec elles, et que ces observateurs appliquent le critère de synchronisme du § 1 aux deux horloges.
      Au temps tA, un rayon lumineux va de A, est réfléchi par B au temps tB et arrive à A au temps t'A. Prenant en compte le principe de la constance de la vitesse de la lumière, nous avons :

Einstein utilise V pour la vitesse de la lumière
         



A l'aller le point B s'éloigne à la vitesse v, il en résulte une vitesse = V -v (C'est Einstein qui l'écrit). Au retour le point A se rapproche et la vitesse est alors V + c. Pour Einstein la vitesse de la lumière dans un référentiel est V mais vue depuis un autre référentiel ayant une vitesse -v la lumière s'éloigne à une vitesse plus lente (V-v)et se rapproche à une vitesse plus élevée (V+v). A cette étape, l'additivité des vitesses de Galilée n'est pas remise en cause.
L'avis de physiciens spécialistes du domaine seraient les bienvenus. Le publique croyait que dans un référentiel vu en mouvement rapide le temps se dilate alors qu'Einstein explique que pour le voyageur qui au repos dans ce référentiel le temps est inchangé.

Nous avons une hypothèse au sujet de l'éther de l'article d'Einstein de 1921 intitulé "L'éther et la théorie de la relativité". En 1938 dans le livre "L'évolution des idées en physique" co-écrit avec Léopold Infeld Einstein a renoncé à l'éther et a demander de ne plus jamais prononcer ce mot. Mais s'est ressaisi et a écrit que "« l'omission d'un mot de notre vocabulaire n'est pas en remède nos troubles sont en fait trop profonds pour être apaisés de cette manière »". L'absence d'éther pose un problème. Il n'avait pu lui attribuer de mouvement pour qu'il soit immobile dans tous les référentiels. Tous les référentiels des corps célestes sont en chute libre et la matière chute à la même vitesse quelque soit sa masse, même une masse si faible qu'elle serait actuellement indétectable.



rAB est la longueur de la tige en mouvement, mesurée dans le système stationnaire. En conséquence, les observateurs qui se déplacent avec la tige en mouvement n'affirmeront pas que les horloges sont synchronisées, même si les observateurs dans le système stationnaire témoigneront que les horloges sont synchronisées.

La phrase "les observateurs qui se déplacent avec la tige en mouvement n'affirmeront pas que les horloges sont synchronisées" nous étonne. 

Nous en concluons que nous ne pouvons pas attacher une signification absolue au concept de simultanéité. Dès lors, deux évènements qui sont simultanés lorsque observés d'un système ne seront pas simultanés lorsque observés d'un système en mouvement relativement au premier.

A ce stade nous ne prétendons pas avoir tout compris. Le paragraphe 3 suivant  nous conforte dans notre compréhension du processus.


§ 3. Théorie de la transformation des coordonnées et du temps d'un système stationnaire à un autre en mouvement relatif uniforme comparativement au premier


Plaçons, dans le système « stationnaire », deux systèmes de coordonnées,[.]. Faisons coïncider l'axe des x de chacun des systèmes et mettons en parallèle les axes des y et des z. Soit une règle rigide et un certain nombre d'horloges dans chaque système, les tiges et les horloges dans chacun étant identiques.

Soit un point initial de l'un des systèmes (k) animé d'une vitesse (constante) v dans la direction croissante de l'axe des x de l'autre système, un système stationnaire (K), et la vitesse étant aussi communiquée aux axes, aux tiges et aux horloges dans le système. N'importe quel temps t du système stationnaire K correspond à une position certaine des axes du système en mouvement. Pour des raisons de symétrie, nous pouvons affirmer que le mouvement de k est tel que les axes du système en mouvement au temps t (par t, nous entendons le temps dans le système stationnaire) sont parallèles aux axes du système stationnaire.

Les choses se clarifient


Supposons que l'espace est mesuré par la règle immobile placée dans le système stationnaire K, tout comme par la règle en mouvement placée dans le système en mouvement k, nous avons donc les coordonnées x, y, z et ξ, η, ζ, respectivement. De plus, mesurons le temps t à chaque point du système stationnaire grâce aux horloges qui sont placées dans le système stationnaire, à l'aide de la méthode des signaux lumineux décrite au § 1. Soit aussi le temps τ dans le système en mouvement qui est connu pour chaque point du système en mouvement (dans lequel se trouvent des horloges qui sont au repos dans le système en mouvement) [.] Pour chacun des ensembles de valeurs x, y, z, t qui indique complètement la position et le temps de l'évènement dans le système stationnaire, il existe un ensemble de valeurs ξ, η, ζ, τ dans le système k. Maintenant, le problème est de trouver le système d'équations qui relie ces valeurs.

Premièrement, il est évident que, en s'appuyant sur la propriété d'homogénéité que nous attribuons au temps et à l'espace, les équations doivent être linéaires. Si nous posons x' = x - vt, 

Le point x' à la vitesse -v dans le référentiel k qui se déplace à + v par rapport à K est  immobile dans K et permet de transférer les données de k dans K

alors il est évident que pour un point au repos dans le système k, il y a un système de valeurs x', y, z indépendant du temps. Premièrement, trouvons τ comme fonction de x', y, z, t. À cet effet, nous devons exprimer en équations le fait que τ n'est nul autre que le temps donné par les horloges au repos dans le système k qui doivent être synchronisées selon la méthode décrite au § 1. Soit un rayon lumineux envoyé au temps τ0 de l'origine du système k selon l'axe des x dans la direction croissante de x' et qui est réfléchi de cet endroit au temps τ1 vers l'origine des coordonnées, où il arrive au temps τ2. Alors, nous avons

Si nous introduisons comme condition que τ est une fonction des coordonnées, et appliquons le principe de la constance de la vitesse de la lumière dans le système stationnaire, nous avons



Arrivé à ce point nous ne détaillerons pas les calculs d’Einsteins qui mènent aux transformations de Lorentz, ils sont dans l’article d’Einstein que vous pouvez consulter sur les site de l'université du Québec à Chicoutimi :
http://classiques.uqac.ca/classiques/einstein_albert/Electrodynamique/Electrodynamique.html
http://classiques.uqac.ca/classiques/einstein_albert/Electrodynamique/Electrodynamique.pdf


Cependant nous voulons attirer votre attention sur la raison pour laquelle Einstein trouve le même résultat, sa tige rigide en mouvement c’est le bras de l’interféromètre du Michelson et Morley qui se déplace à 30 km/s par rapport au référentiel de l’éther et qui ne détecte aucun mouvement. En décrétant que la vitesse de la lumière est la même dans tous les référentiels inertiels Einstein démontre que la contraction hypothétique de la matière n’existe pas et n’est qu’une illusion. C’est la façon dont nous observons le champ électrique d’un électron qu’on le voit se transformer de sphérique au repos en ellipsoïde contracté dans le sens du mouvement en fonction de la vitesse de l’électron.

En utilisant les transformations de Lorentz on maintien une ambiguïté. On devrait les appeler les transformations d'Einstein finalisées par Henry Poincaré à partir de celles de Lorentz identiques mais conçues sur une erreur d'interprétation des déformations observées. L'ambiguïté de la contraction de la matière serait levée et confirmerait qu'il s'agit d'une " illusion d'optique".

Attention dans le cas de la relativité générale, la courbure de l'espace est due à la présence des masses et l'écoulement du temps est ralenti lorsque la gravitation augment, et inversement lorsqu'elle diminue. Il serait intéressant de savoir si le métabolisme du vivant est influencer de la même façon et de définir les limites tolérables. Que nous disent les séjours en apesanteur ?




Le 23 septembre 2024, à suivre.


Albert Einstein
                  .

Isaac Newton


Galilée

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