Introduction
La théorie de la relativité restreinte, publiée par Albert Einstein dans son article "Sur l'électrodynamique des corps en mouvement", révolutionne la physique en remettant en cause les notions absolues de temps et d'espace héritées de Newton. Elle résout les contradictions apparentes entre la mécanique classique et les lois de l'électromagnétisme de Maxwell, en particulier l'invariance de la vitesse de la lumière.
Description
La théorie repose sur deux postulats fondamentaux. Premièrement, le principe de relativité : les lois de la physique sont les mêmes dans tous les référentiels inertiels (en mouvement rectiligne uniforme). Deuxièmement, l'invariance de la vitesse de la lumière : la vitesse de la lumière dans le vide (c ≈ 299 792 458 m/s) est une constante universelle, identique pour tous les observateurs, quelle que soit la vitesse de la source ou de l'observateur. De ces postulats découlent des conséquences contre-intuitives : la dilatation du temps (le temps s'écoule plus lentement pour un observateur en mouvement rapide), la contraction des longueurs (les objets en mouvement se contractent dans la direction de leur mouvement), et la relativité de la simultanéité (deux événements simultanés pour un observateur peuvent ne pas l'être pour un autre en mouvement). La théorie unifie l'espace et le temps en un continuum espace-temps à quatre dimensions. Elle introduit également la fameuse équation E=mc², établissant l'équivalence entre masse et énergie.
Histoire
Les prémices de la théorie remontent aux travaux de Hendrik Lorentz et Henri Poincaré sur l'électrodynamique et les transformations des coordonnées. Cependant, c'est Albert Einstein qui, en 1905, en donne une formulation complète et cohérente, en interprétant les transformations de Lorentz de manière radicalement nouvelle, non comme un effet physique sur des corps en mouvement dans un éther, mais comme des propriétés fondamentales de l'espace et du temps. La théorie fut d'abord accueillie avec scepticisme, mais fut progressivement confirmée par des expériences comme celle de Michelson-Morley (qui cherchait à détecter l'éther) et par l'observation des muons cosmiques (dont la durée de vie est dilatée).
Caracteristiques
Les caractéristiques clés incluent : l'utilisation des référentiels inertiels ; les transformations de Lorentz (qui remplacent les transformations de Galilée pour les vitesses élevées) ; l'invariance de l'intervalle espace-temps ; la structure causale de l'univers divisée en cône de lumière passé, futur et régions non connectables causalement ; la masse relativiste (bien que ce concept soit aujourd'hui moins utilisé au profit de l'énergie totale) ; et l'impossibilité pour tout objet matériel d'atteindre ou de dépasser la vitesse de la lumière.
Importance
La relativité restreinte est un pilier de la physique moderne. Elle est indispensable au fonctionnement correct du système GPS, qui doit corriger les effets de dilatation du temps des satellites. Elle a ouvert la voie à la relativité générale (1915) et à la cosmologie moderne. Elle est fondamentale en physique des particules, où les accélérateurs comme le LHC reposent sur ses équations. La relation E=mc² explique l'origine de l'énergie des étoiles (fusion nucléaire) et a des implications en physique nucléaire. Elle a profondément changé notre conception philosophique de l'univers, en éliminant l'idée d'un temps universel et en montrant l'interdépendance de l'espace et du temps.
