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General relativity - Ep.22 - e-thinking
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Est-ce que vous vous êtes déjà demandé pourquoi la relativité restreinte
s'appelle la relativité... restreinte ?
Si la question se pose, c'est parce que le nom n'est pas tout à fait naturel.
La relativité restreinte est en fait plutôt une théorie...
universelle...
de l'espace et du temps - qui donne un cadre à l'espace-temps -
dans lequel, ensuite, on peut étudier
les interactions fondamentales de l'univers.
Mais la raison pour laquelle on l'appelle la relativité "restreinte"
est qu'elle "restreinte" uniquement au référentiel inertiel.
Donc je ne vais pas vous rebrancher sur la relativité restreinte,
si vous n'avez pas vu les épisodes concernés,
vous pouvez regarder d'abord cette vidéo et puis ensuite cette vidéo.
Voilà.
Mais ce qu'on appelle un référentiel inertiel, c'est un référentiel
- pour faire très simple - qui est soit immobile, soit qui se déplace de façon complètement uniforme.
Donc qui va dans une seule direction, en ligne droite,
à vitesse constante, sans accélération... Rien.
Et c'est en ça qu'elle est restreinte. La relativité restreinte...
c'est une théorie
sans accélération,
sans rotation, sans changement de direction.
Donc c'est un peu limité, quand même.
Enfin... C'est pas limité mais...
*bruit de charnière* c'est restreint.
Einstein, après 1905, va se poser une grande question qui est la question de la gravitation.
Pourquoi est-ce qu'il va faire ça ? Parce que la gravitation telle qu'expliquée par Newton...
fonctionne à peu près bien...
mais qu'elle ne fonctionne pas du tout dans le cadre de la relativité restreinte.
D'après Newton, en effet, la gravitation, c'est une force qui agit entre 2 corps distincts
et qui agit immédiatement.
Et ce, quelle que soit la distance...
qui sépare les deux corps.
Ce que ça signifie par exemple, c'est que voilà, donc, la Terre tourne autour du Soleil
à cause de la force gravitationnelle ;
si le Soleil disparaissait instantanément
*clac*
D'après Newton,
la Terre cesserait immédiatement
de ressentir les effets de la gravitation du Soleil,
et donc partirait en ligne droite, sur sa lancée.
Mais ce que ça signifie, c'est que l'information de la perte de gravitation
traverserait la distance Soleil-Terre instantanément.
Donc plus vite que la lumière.
Et ça, c'est interdit par la relativité restreinte.
Du coup Einstein décide de s'attaquer à ce problème-là,
voilà, parce qu'il n'avait pas suffisamment dézingué les...
les théories de Newton, donc il décide de...
*recharge*
*tir au fusil*
Voilà !
Et à vrai dire, la gravitation, ça lui pose...
plusieurs problèmes parce que la gravitation,
c'est pas une force tout à fait comme les autres.
D'abord, la gravitation, c'est une force qui est attractive.
C'est une force qui attire.
ça, déjà, en mécanique, c'est pas super classique.
Ensuite, c'est une force qui agit...
[...]
sur une distance infinie, voilà.
Dès lors que cette force existe,
vous pouvez prendre, voilà, vous avez 2 corps, un qui attire l'autre,
vous les éloignez, vous les mettez à 2 bouts de l'univers,
ils continuent de s'attirer - ils s'attirent beaucoup moins fort, mais ils continuent de s'attirer.
C'est bizarre.
Ensuite, c'est une force qu'on ne peut pas annuler, on ne peut pas la contraindre.
On ne peut pas créer une cage dans laquelle il y a la gravitation,
mais à l'extérieur de laquelle il n'y a pas la gravitation.
Non. Ce n'est pas possible.
Un jour, en mai 1907, alors qu'il est en train de travailler à l'office des brevets de Berne,
Albert Einstein rêvasse en regardant par la fenêtre
et il voit un ouvrier qui est en train de bosser sur le toit.
Et là, il se dit :
[...]
si cet ouvrier tombe
- ouais... Il était comme ça -
si cet ouvrier tombe...
[...]
pendant sa chute,
il ne sortira pas son propre poids.
*chute* +*splash*
Ce que ça dit - et là, y'a rien de révolutionnaire,
j'veux dire, ça, on le sait depuis Newton, on le sait depuis Galilée, voilà ! -
si vous avez des objets qui tombent, ils tombent tous à la même vitesse,
ça veut dire que l'ouvrier, s'il tombe,
et qu'il fait tomber en même temps 3 ou 4 tuiles à côté,
pour lui, il verra les tuiles
*chute* +*splash* flotter en impesanteur,
par rapport à lui.
Quand on est en chute libre, tous les objets qui sont en chute libre
flottent les uns par rapport aux autres.
Si on suit Newton...
[...]
la gravitation ne dépend pas de la masse de l'objet qui tombe.
Et ça, c'est pas intuitif, ça.
Ce qu'on sait par Newton, c'est quand on mesure la force qui s'exerce sur un objet,
eh bien cette force, elle est égale à la masse de cet objet
fois l'accélération que subit cet objet.
Et dans le cas du poids
- qui est une force, le poids -
donc le poids c'est "p" = "m" x "g".
"g" étant l'accélération de la gravitation sur Terre.
Mais par ailleurs, et je suis désolé de faire un petit peu de maths, mais...
- c'est très très parlant quand on le fait en maths -
mais par ailleurs ce poids,
il s'exprime, comme l'a dit Newton,
par une formule qui est proportionnelle
au produit des masses des deux objets en cause,
donc celui qui tombe et puis... disons la Terre,
et est inversement proportionnelle au carré de leurs distances.
Et donc c'est proportionnel, donc il y a une constante en jeu qui s'appelle "grand G",
voilà.
Et là on voit bien que si on s'intéresse à l'accélération de la gravitation, donc "g",
elle ne dépend pas de la masse de l'objet...
qui tombe.
Il faut bien comprendre ce que ça signifie :
vous avez la Terre qui tourne autour du Soleil.
Si vous décidez de remplacer la Terre par Pharrell Williams
mais à la même position que...
le centre de la Terre pour faire simple -
et qui se déplace à la même vitesse, dans la même direction,
[...]
vous lâchez le tout, vous regardez...
Ce qui va se passer, c'est que Pharrell Williams
va orbiter autour du Soleil en suivant la même orbite que la Terre.
[Musique : ♫ Happy ♫ de Pharrell Williams]
Alors qu'il est quand même carrément plus léger.
Parce que ça ne dépend pas de sa masse.
Maintenant ne me faites pas dire ce que je n'ai pas dit,
la gravitation, ça dépend quand même de la masse,
mais en l'occurrence, ça dépend de la masse de l'objet et vers lequel...
on tombe !
Ce qui fait que moi ou quelqu'un d'autre,
on est attirés de la même manière vers la Terre.
Comme si on était sur la Lune, on serait attirés de la même manière vers la Lune.
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