Formulaire de relativité restreinte
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[modifier] Les transformations de Galilée
les vitesses et acccélérations et , et (du mobile par rapport à chacun des référentiels, respectivement) :
et
- ;
ce que l'on peut écrire vectoriellement :
[modifier] Les transformations de Lorentz
Dans le cadre des transformations spéciales, les hypothèses d'Einstein mènent aux transformations suivantes :
Les transformations de Lorentz
et
- où γ est un facteur scalaire sans dimension défini par
Et inversement:
- On a donc
Ces transformations forment un groupe
[modifier] La dilatation du temps
(ct'1,0,0,0) et (ct'2,0,0,0) sont les coordonnées de deux évènements qui se sont produits dans à l'origine :
t0 = t'1 − t'2 l'intervalle de temps (dit temps propre) séparant les deux évènements dans et t = t1 − t2 l'intervale observée dans le référentiel ,
Autre démarche pour un même résultat: (ct'1,x',y',z') et (ct'2,x',y',z') sont les coordonnées de deux évènements qui se sont produits dans au même point de coordonnées x',y',z', mais à des instants différents t'1,t'2
Les deux évènements sont séparés dans par un intervalle de temps γ fois plus grand que dans : c'est la dilatation du temps.
La deuxième ligne exprime que dans
[modifier] Le voyage dans le futur des autres
On considère R' le référentiel du voyageur A qui se déplace à 3/5 c ce qui donne une dilatation du temps de
- Si T0 est la durée du voyage dans R', dans R le voyage aller a duré T1 = γT0 = 5/4 années, en parcourant vγT0= 3/5 × 5/4 T0 année-lumière= 3/4 T0 a.l.
(a.l. signifie année lumière ou distance parcourue par la lumière en un an )
- Pour simplifier prenons un voyage de T0 = 1 an et pour moderniser le voyage, O et O' sont sous vidéo avec émission en continu.
- Par effet Doppler, les émissions sont reçues au ralenti avec un facteur (1+v/c) = 8/5 qui combiné avec la dilatation du temps 5/4 donne
Il faut donc à chacun, et la situation est symétrique pour B en O et A en O', le double de temps pour visionner en « direct » la vie de l'autre tant que ni l'un ni l'autre ne modifie son mouvement.
- Supposons que A s'arrète au bout d'un an, sans revenir.
-
- Point de vue de A : Il a reçu 6 mois de la vie de B au ralenti en un an de son trajet et recevra la suite de vie de B avec un retard de 3/4 d'an à un rythme normal. La dernière minute des six mois de la vie de B, visionnée au ralenti par A, a été émise 3/4 d'an plus tôt : A sait donc que B a vécu 5/4 d'année depuis son départ, ce qui est bien la durée T1 du voyage de A dans le référentiel de B.
-
- Point de vue de B : Après avoir reçu au ralenti le voyage aller de A en 2 ans, B reçoit la vie de A avec un retard de 3/4 d'an à un rythme normal. La dernière minute du voyage de A, visionnée au ralenti par B, a été émise 3/4 d'an plus tôt : B sait donc que le voyage de A a duré (dans le référentiel de B) 2 ans moins 3/4 année, soit 5/4 d'année, ce qui est bien la durée T1 du voyage de A dans le référentiel de B.
- Supposons maintenant que A en O' fasse demi tour au bout d'un an temps propre pour lui :
-
- Point de vue de A : Il n'a alors visionné que 6 mois de la vie de B situé en O et il lui reste à recevoir ce qui est sur les 3/4 a.l qui séparent O de O', soit 3/4 ans du vécu de B en O non visionné par A situé en O', auquel il faudra ajouter la durée de vie de B pendant le voyage retour de A, soit T1 = 5/4 ans de la vie de B. A recevra donc en accéléré, en un an de son voyage retour, 2 ans de vie de B en O, ce qui est bien conforme à une réception en accéléré due au fait que le voyage retour rapproche A et O. En effet :
- A a donc voyagé pendant 2 ans et se retrouve avec B en O qui a vécu 6 mois + 2 ans = 2 ans et demi = 2T1.
-
- C'est l'effet dilatation du temps.
-
- Noter que A a fait demi tour dans un espace contenant des ondes qui se propagent vers B en O.
-
- Point de vue de B : En O, il reçoit pendant 2 ans le voyage aller de A en O' et lorsque A fait demi-tour, il ne le sait pas encore. Lorsqu'il reçoit l'information que A en O' a fait demi tour il y a déjà 3/4 d'an que A voyage sur le retour et A sera dans 6 mois en O : B en O reçoit ce retour d'un an de la vie de A en accéléré en ces 6 mois. B aura mis 2 ans et 6 mois pour recevoir les « 2ans » de voyage de A.
Pour bien percevoir l'effet relativiste, il faut voir ce que donnerait le formalisme classique.
- En ce qui concerne les messages émis de B vers A, A les perçoit à l'aller en ralenti avec le facteur (1 − v / c), et au retour en accéléré avec le facteur (1 + v / c), sans le facteur spécifiquement relativiste de dilatation du temps . La longueur du trajet de A est 3cT0/5, soit 3/5 a.l. (nous gardons les mêmes unités même si elles ne sont plus vraisemblables pour faciliter la comparaison).
- En ce qui concerne les messages émis de A vers B, B les perçoit à l'aller de A en ralenti avec le facteur , et au retour de A en accéléré avec le facteur .
-
- Point de vue de A : Pendant le voyage aller d'un an pour B, A reçoit au ralenti la vie de B avec un facteur 1 - 3/5, soit 2/5 de la vie de B. Au retour, A reçoit en accéléré la vie de B avec un facteur 1 + 3/5, soit 8/5 de la vie de B. Au cours de ses deux ans de voyage, A a visionné 2/5 + 8/5 = 2 années de la vie de B.
-
- Point de vue de B : B reçoit au ralenti une année de voyage de A, avec un facteur 1/(1 + 3/5)) = 5/8. A cet instant, A fait demi-tour, mais B ne le sait pas encore. Il le saura lorsque le signal émis par A lui parviendra, c’est-à-dire dans 3/5 d'année. B verra donc s'écouler 1 + 3/5 = 8/5 d'années pour visionner la totalité du voyage de A avant de le voir faire demi-tour. Ces 8/5 d'années correspondent bien à un an de la vie de A visionnée au ralenti avec un facteur 5/8. Lorsque B voit A faire demi-tour, A est déjà sur le chemin du retour depuis 3/5 d'année. Il lui reste donc 2/5 d'année à voyager. B, quant à lui, visionnera en accéléré la totalité du voyage retour avec un facteur 1/(1 - 3/5)) = 5/2. Ce visionnage du retour durera donc également 2/5 d'année, et B aura visionné 8/5 + 2/5 = 2 années de voyage de A.
L'aller et le retour de A ont duré chacun 1 an, A a vécu 2 ans. Et B a vécu 2 ans pour visionner les 2 ans du voyage de A : classique quoi ! Le temps est le même pour A et B : universel.
[modifier] Articles connexes
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