Qu'est-ce que la relativité restreinte?
Il s'agit de la théorie proposée par Albert Einstein en 1905 dans son article Sur l'électrodynamique des corps en mouvement (Zur Elektrodynamik bewegter Körper en titre allemand original), qui corrige les lois de la mécanique newtonienne dans le cas de mouvements proches de la vitesse de la lumière.
Le problème qu'Einstein se propose de résoudre se résume de manière relativement simple: "Comment repère-t-on des évènements points de l'espace-temps depuis des référentiels en mouvement rectiligne uniforme les uns par rapport aux autres? ".
Einstein appuie sa théorie sur deux postulats fondamentaux:
- Le principe de relativité, qui stipule que les lois de la mécanique et de l'électromagnétisme restent identiques pour tous les référentiels inertiels
- Le principe de la constance de la vitesse de la lumière, énonçant que la vitesse de la lumière dans le vide c = 3 x 108 ms-1[1] reste la même pour tous ces observateurs inertiels, indépendamment de l'état de mouvement du corps qui l'émet [2].
La combinaison de ces deux principes fondamentaux, et en particulier celui de la constance de la vitesse de la lumière, produit des effets contre-intuitifs lorsque les vitesses relatives des observateurs s'approchent de la vitesse de la lumière. On peut citer en particulier:
- Interchangeabilité de l'espace et du temps en une entité commune appelée espace-temps
- Fin de la simultanéité
- Dilatation des durées
- Contraction des longueurs
- Équivalence masse-énergie (E = mc2)
Cette théorie est qualifiée de 'restreinte'[3] du fait qu'elle n'affirme l'interchangeabilité des lois de la Nature que dans le cadre de référentiels inertiels[4].
[1] La valeur exacte de la vitesse de la lumière dans le vide a été fixée en 1983 à 299 792 458 m/s par le Bureau International des poids et mesures.
[2] On verra dans un article ultérieur Transformation de Lorentz V - Dérivation moderne qu'une formulation plus moderne de la relativité restreinte n'insisterait pas sur l'invariance de c comme postulat; en effet, c apparait plutôt comme une conséquence des symétries fondamentales de l'espace-temps. D'autre part, c n'a a priori rien à voir avec l'électromagnétisme ou la lumière, mais constitue plutôt une vitesse limite fondamentale de l'espace-temps.
[3] En 1905, Einstein ne faisait pas mention de la "théorie de la relativité restreinte" mais seulement du "principe de relativité". L'expression "théorie de la relativité" est à porter au crédit du physicien A.H Bucherer. L'adjectif "restreint" fut quant à lui retrospectivement ajouté par Einstein en 1915, pour la différencier de sa nouvelle "théorie de la relativité générale".
[4] "C'est seulement pour ces corps de référence, animés les uns par rapport aux autres d'un mouvement rectiligne, uniforme et exempt de rotation que fut admise la validité du principe de relativité, mais non pas pour les autres (qui effectuent des mouvements différents). C'est dans ce sens que nous parlons du principe de relativité restreinte ou de la Théorie de la relativité restreinte." Einstein La relativité Chapitre 18 Les principes de relativité restreinte et générale Petite Bibilothèque Payot pp84-85