Qu'est-ce que la théorie de la relativité ? La vitesse de la lumière est une constante universelle

"ZS" n° 7-11/1939

Lev Landau

Cette année marque le 60e anniversaire du plus grand physicien de notre temps – Albert Einstein. Einstein est célèbre pour sa théorie de la relativité, qui a provoqué une véritable révolution scientifique. Dans nos idées sur le monde qui nous entoure, le principe de relativité, avancé par Einstein en 1905, a produit la même énorme révolution que les enseignements de Copernic ont produit à son époque.
Avant Copernic, les gens pensaient vivre dans un monde absolument calme, sur une Terre immobile – le centre de l’univers. Copernic a renversé ce préjugé séculaire en prouvant qu'en réalité la Terre n'est qu'un minuscule grain de sable dans un monde immense, en mouvement continu. C'était il y a quatre cents ans. Et maintenant, Einstein a montré qu'une chose aussi familière et apparemment tout à fait claire pour nous que le temps a aussi des propriétés complètement différentes de celles que nous lui attribuons habituellement...

Afin de comprendre pleinement cette théorie très complexe, il faut des connaissances approfondies en mathématiques et en physique. Cependant, toute personne cultivée peut et doit en avoir une idée générale. Nous essaierons de donner une idée générale du principe de relativité d’Einstein dans notre article, qui sera publié en partie dans trois numéros de « La connaissance, c’est le pouvoir ».

Les personnes suivantes ont participé au traitement de cet article destiné au jeune lecteur : E. Zelikovich, I. Nechaev et O. Pisarzhevsky.

La relativité à laquelle nous sommes habitués

Chaque affirmation a-t-elle un sens ?

Évidemment non. Par exemple, si vous dites « bi-ba-boo », personne ne trouvera de sens à cette exclamation. Mais même des mots tout à fait significatifs, combinés selon toutes les règles de la grammaire, peuvent aussi produire des absurdités totales. Il est donc difficile d’attribuer un quelconque sens à l’expression « le fromage lyrique rit ».

Cependant, toutes les absurdités ne sont pas aussi évidentes : très souvent, une affirmation, à première vue tout à fait raisonnable, s'avère fondamentalement absurde. Dites-moi, par exemple, de quel côté de la place Pouchkine à Moscou se trouve le monument à Pouchkine : à droite ou à gauche ?

Il est impossible de répondre à cette question. Si vous allez de la Place Rouge à la place Maïakovski, le monument sera à gauche, et si vous allez dans la direction opposée, il sera à droite. Il est clair que sans indiquer la direction par rapport à laquelle on considère « droite » et « gauche », ces concepts n'ont aucun sens.

De la même manière, on ne peut pas dire qu'il fait désormais jour ou nuit sur le globe ? La réponse dépend de l'endroit où la question est posée. Quand il fait jour à Moscou, il fait nuit à Chicago. Par conséquent, la déclaration « il fait jour ou nuit » n’a aucun sens à moins qu’on indique à quel endroit du globe elle se réfère. Nous appellerons de tels concepts « relatifs ».

Les deux images présentées ici montrent un berger et une vache. Sur une image, le berger est plus grand que la vache, et sur l’autre, la vache est plus grande que le berger. Mais il est clair pour tout le monde qu’il n’y a pas ici de contradiction. Les dessins ont été réalisés par des observateurs qui se trouvaient à différents endroits : le premier se tenait plus près de la vache, le second plus près du berger. Dans les peintures, ce n’est pas la taille des objets qui est importante, mais l’angle sous lequel on verrait ces objets dans la réalité.

Il est clair que la « grandeur angulaire » d’un objet est relative : elle dépend de la distance qui le sépare de l’objet. Plus l'objet est proche, plus sa valeur angulaire est grande et plus il apparaît grand, et plus l'objet est éloigné, plus sa valeur angulaire est petite et plus il apparaît petit.

L'absolu s'est avéré relatif

Cependant, la relativité de nos concepts n’est pas toujours aussi évidente que dans les exemples donnés.

On parle souvent de « dessus » et de « dessous ». S’agit-il de concepts absolus ou relatifs ? Autrefois, quand on ne savait pas encore que la Terre était sphérique et qu'on l'imaginait comme une crêpe plate, on considérait comme allant de soi que les directions du « haut » et du « bas » étaient les mêmes partout dans le monde.

Mais on a découvert que la Terre est sphérique, et il s’est avéré que les directions verticales en différents points de la surface terrestre sont différentes.

Tout cela ne nous fait plus aucun doute désormais. Pendant ce temps, l’histoire montre qu’il n’était pas si facile de comprendre la relativité entre le « haut » et le « bas ». Les gens sont très enclins à attribuer une signification absolue à des concepts dont la relativité ne ressort pas clairement de l’expérience quotidienne. Rappelons-nous l'« objection » ridicule à la sphéricité de la Terre, qui connut un grand succès au Moyen Âge : de « l'autre côté » de la Terre, disent-ils, les arbres devraient pousser vers le bas, les gouttes de pluie devraient tomber vers le haut et les gens devraient pousser vers le haut. marcher la tête en bas.

Et en effet, si l’on considère la direction verticale à Moscou comme absolue, il s’avère qu’à Chicago les gens marchent à l’envers. Et du point de vue absolu des habitants de Chicago, les Moscovites marchent à l’envers. Mais en fait, la direction verticale n’est pas absolue, mais relative. Et partout sur Terre, même si elle est sphérique, les gens ne marchent que la tête en bas.

Et le mouvement est relatif

Imaginons deux voyageurs voyageant sur l'express Moscou-Vladivostok. Elles conviennent de se retrouver tous les jours au même endroit dans le wagon-restaurant et d'écrire des lettres à leurs maris. Les voyageurs sont convaincus qu'ils remplissent la condition : qu'ils se trouvent chaque jour au même endroit où ils se trouvaient hier. Cependant, leurs maris ne seront pas d'accord avec cela : ils argumenteront avec force que les voyageurs se rencontraient chaque jour dans un nouveau lieu, à mille kilomètres du précédent.

Qui a raison : les voyageurs ou leurs maris ?

Nous n’avons aucune raison de privilégier l’un ou l’autre : la notion de « même lieu » est relative. Concernant le train, les voyageurs se rencontraient effectivement « au même endroit » tout le temps, mais par rapport à la surface terrestre, le lieu de leur rendez-vous changeait constamment.

La position dans l’espace est donc une notion relative. Lorsque nous parlons de la position d'un corps, nous entendons toujours sa position par rapport aux autres corps. Ainsi, si l’on nous demandait d’indiquer où se trouve tel ou tel organisme, sans mentionner d’autres organismes dans la réponse, nous devrions considérer une telle exigence comme totalement impossible.

Il s'ensuit que le mouvement, ou le mouvement, des corps est également relatif. Et quand nous disons « un corps bouge », cela signifie simplement qu’il change de position par rapport à d’autres corps.

Imaginons que nous observions le mouvement d'un corps à partir de différents points. Convenons d’appeler ces points des « laboratoires ». Nos laboratoires imaginaires peuvent être n'importe quoi dans le monde : des maisons, des villes, des trains, des avions, la Terre, d'autres planètes, le Soleil et même des étoiles.

Que nous semblera la trajectoire, c'est-à-dire le chemin d'un corps en mouvement ?

Tout dépend du laboratoire à partir duquel nous l'observons. Disons qu'un pilote jette une cargaison hors d'un avion. Du point de vue du pilote, la charge descend verticalement en ligne droite, et du point de vue d'un observateur au sol, la charge qui tombe décrit une ligne courbe - une parabole. Quelle trajectoire suit réellement la charge ?

Cette question a aussi peu de sens que la question de savoir quelle photographie d'une personne est « réelle » : celle sur laquelle elle est prise de face, ou celle sur laquelle elle est prise de dos ?

La forme géométrique de la courbe le long de laquelle se déplace un corps a le même caractère relatif qu'une photographie d'une personne. En photographiant une personne de face et de dos, nous obtiendrons des images différentes, et chacune d'elles sera tout à fait correcte. De la même manière, lorsqu’on observe le mouvement d’un corps depuis différents laboratoires, on voit différentes trajectoires, et toutes ces trajectoires sont « réelles ».

Mais auront-ils tous la même valeur pour nous ? Est-il encore possible de trouver un tel point d’observation, un tel laboratoire, d’où étudier au mieux les lois qui régissent le mouvement d’un corps ?

Nous venons de comparer les trajectoires d'un corps en mouvement avec des photographies d'une personne - les deux peuvent être très diverses, tout dépend de l'endroit où l'on observe le mouvement du corps ou prend la photo. Mais vous savez qu’en photographie tous les points de vue ne sont pas égaux. Par exemple, si vous avez besoin d’une photo pour vous identifier, vous souhaiterez naturellement être photographié de face plutôt que de dos. De même, en mécanique, c'est-à-dire lorsqu'on étudie les lois du mouvement des corps, il faut choisir celle qui convient le mieux parmi tous les points d'observation possibles.

À la recherche de la paix

Nous savons que le mouvement des corps est influencé par des influences extérieures, que nous appelons forces. Mais nous pouvons imaginer un corps libre de l’influence de toute force. Admettons une fois pour toutes qu'un corps sur lequel aucune force n'agit est au repos. Or, après avoir introduit le concept de repos, il semble que nous disposions déjà d'un appui solide dans l'étude du mouvement des corps. En fait, ce corps, sur lequel aucune force n’agit et que nous avons convenu de considérer comme au repos, peut nous servir de guide, d’« étoile directrice » dans l’étude du mouvement de tous les autres corps.

Imaginons que nous ayons tellement éloigné un corps de tous les autres corps qu'aucune force n'agira sur lui. Et nous pourrons alors établir comment les phénomènes physiques devraient se produire sur un tel corps au repos. Autrement dit, on retrouve les lois de la mécanique qui prévalent dans ce laboratoire imaginaire « au repos ». Et en les comparant avec ce que nous observons dans d’autres laboratoires réels, nous pourrons juger des véritables propriétés du mouvement dans tous les cas.

Il semblerait donc que tout se passe parfaitement : nous avons trouvé un bastion - la « paix », bien que conditionnelle, et maintenant le mouvement a perdu pour nous sa relativité.

Mais en réalité, cette « paix » illusoire obtenue avec tant de difficulté ne sera pas absolue.

Imaginez des observateurs vivant sur un globe solitaire, perdus dans les vastes étendues de l'univers. Ils ne ressentent l'influence d'aucune force étrangère et doivent donc être convaincus que le ballon sur lequel ils vivent est dans une immobilité totale, dans une paix absolue et immuable.

Soudain, ils remarquent au loin une autre boule similaire, sur laquelle se trouvent les mêmes observateurs. Cette seconde balle fonce à grande vitesse, droite et régulière, vers la première. Les observateurs sur la première balle n'ont aucun doute sur le fait qu'ils sont immobiles et que seule la deuxième balle bouge. Mais les habitants de cette deuxième boule croient aussi en leur immobilité et sont fermement convaincus que cette première boule « extraterrestre » se dirige vers eux.

Lequel a raison ? Le débat sur cette question n’a aucun sens, puisque l’état de mouvement rectiligne et uniforme est totalement impossible à distinguer de l’état de repos.

Pour en être convaincus, vous et moi n’avons même pas besoin de grimper dans les profondeurs infinies de l’univers. Montez à bord d'un bateau à vapeur situé à l'embarcadère, enfermez-vous dans la cabine et fermez soigneusement les fenêtres. Dans de telles conditions, vous ne saurez jamais si vous êtes immobile ou si vous vous déplacez droit et uniformément. Tous les corps dans la cabine se comporteront exactement de la même manière dans les deux cas : la surface de l'eau dans le verre restera tout le temps calme ; une balle lancée verticalement vers le haut tombera également verticalement vers le bas ; Le pendule de l'horloge oscillera de la même manière que sur le mur de votre appartement.

Votre bateau à vapeur peut voyager à n'importe quelle vitesse, mais les mêmes lois du mouvement y prévaudront comme sur un bateau à vapeur complètement immobile. Ce n'est qu'au moment du ralentissement ou de l'accélération que vous pouvez détecter son mouvement ; lorsqu'il se déplace droit et régulièrement, tout s'écoule dessus de la même manière que sur un navire à l'arrêt.

Ainsi, nous n'avons trouvé le repos absolu nulle part, mais avons découvert qu'il peut y avoir une infinité de « repos » dans le monde, se déplaçant les uns par rapport aux autres de manière uniforme et en ligne droite. Par conséquent, lorsque nous parlons du mouvement d’un corps, nous devons toujours indiquer par rapport à quel type de « repos » il se déplace. Cette position est appelée en mécanique la « loi de la relativité du mouvement ». Elle a été proposée il y a trois cents ans par Galilée.

Mais si le mouvement et le repos sont relatifs, alors la vitesse doit évidemment être relative. C’est vraiment comme ça. Disons, par exemple, que vous courez sur le pont d'un bateau à vapeur à une vitesse de 5 mètres par seconde. Si le navire passe dans la même direction à 10 mètres par seconde, alors par rapport au rivage, votre vitesse sera déjà de 15 mètres par seconde.

Par conséquent, l’affirmation : « un corps se déplace à telle ou telle vitesse », sans indiquer par rapport à quoi la vitesse est mesurée, n’a pas de sens. Lors de la détermination de la vitesse d’un corps en mouvement à partir de différents points, nous devrions obtenir des résultats différents.

Tout ce dont nous avons parlé jusqu’à présent était connu bien avant les travaux d’Einstein. La relativité du mouvement, du repos et de la vitesse a été établie par les grands créateurs de la mécanique - Galilée et Newton. Les lois du mouvement qu’il découvrit constituèrent la base de la physique et contribuèrent grandement, pendant près de trois siècles, au développement de toutes les sciences naturelles. D'innombrables nouveaux faits et lois ont été découverts par les chercheurs, et tous ont confirmé à maintes reprises l'exactitude des vues de Galilée et de Newton. Ces points de vue ont également été confirmés dans la mécanique pratique - dans la conception et le fonctionnement de toutes sortes de machines et d'appareils.

Cela s'est poursuivi jusqu'à la fin du XIXe siècle, lorsque de nouveaux phénomènes ont été découverts, qui se sont révélés en contradiction décisive avec les lois de la mécanique classique.

En 1881, le physicien américain Michaelson entreprend une série d’expériences pour mesurer la vitesse de la lumière. Le résultat inattendu de ces expériences a semé la confusion parmi les physiciens ; c'était si étonnant et mystérieux qu'il a dérouté les plus grands scientifiques du monde.

Propriétés remarquables de la lumière

Peut-être avez-vous observé un phénomène aussi intéressant.

Quelque part au loin, dans un champ, sur une voie ferrée ou sur un chantier de construction, un marteau frappe. Vous voyez avec quelle force il tombe sur l'enclume ou le rail en acier. Cependant, le bruit de l’impact est totalement inaudible. On dirait que le marteau a atterri sur quelque chose de très mou. Mais maintenant, il ressuscite. Et au moment où il est déjà assez haut dans les airs, vous entendez un coup sec et lointain.

Il n'est pas difficile de comprendre pourquoi cela se produit. Dans des conditions normales, le son se propage dans l'air à une vitesse d'environ 340 mètres par seconde, nous entendons donc le coup de marteau non pas au moment où il se produit, mais seulement après que le son qui en sort a eu le temps d'atteindre notre oreille.

Voici un autre exemple, plus frappant. La foudre et le tonnerre se produisent simultanément, mais il semble souvent que les éclairs éclatent silencieusement, puisque le grondement du tonnerre n'atteint nos oreilles qu'après quelques secondes. Si nous les entendons avec un retard, par exemple de 10 secondes, cela signifie que l'éclair est à 340 x 10 = 3 400 mètres de nous, soit 3,4 kilomètres.

Dans les deux cas, nous parlons de deux moments : le moment où un événement s'est réellement produit et le moment où l'écho de cet événement est parvenu à notre oreille. Mais comment savoir quand exactement l’événement s’est réellement produit ?

On le voit : on voit le marteau tomber, l'éclair clignoter. Dans ce cas, nous supposons que l’événement se produit réellement au moment même où nous le voyons. Mais est-ce vraiment le cas ?

Non, pas comme ça. Après tout, nous ne percevons pas directement les événements. La lumière intervient dans les phénomènes que nous observons à l'aide de la vision. Et la lumière ne voyage pas instantanément dans l’espace : comme le son, les rayons lumineux mettent du temps à parcourir la distance.

Dans le vide, la lumière se déplace à une vitesse d'environ 300 000 kilomètres par seconde. Cela signifie : si une lumière clignote à une distance de 300 000 kilomètres de vous, vous ne remarquerez peut-être pas son éclair immédiatement, mais seulement une seconde plus tard.

En une seconde, les rayons lumineux auraient le temps de faire sept fois le tour du globe le long de l’équateur. Comparées à une vitesse aussi colossale, les distances terrestres semblent insignifiantes, on peut donc pratiquement supposer que nous voyons tous les phénomènes se produire sur Terre au même moment où ils se produisent.

La vitesse incroyablement énorme de la lumière peut paraître surprenante. Mais ce qui est bien plus surprenant, c'est autre chose : le fait que la vitesse de la lumière soit étonnamment constante. Voyons quelle est cette cohérence.

On sait que le mouvement des corps peut être artificiellement ralenti et accéléré. Si, par exemple, vous placez une boîte de sable sur la trajectoire d’une balle, la balle dans la boîte perdra un peu de sa vitesse. La vitesse perdue ne sera pas restaurée : après avoir quitté la boîte, la balle volera plus loin non pas à la même vitesse, mais à une vitesse réduite.

Les rayons lumineux se comportent différemment. Dans l'air, ils se propagent plus lentement que dans le vide, dans l'eau - plus lentement que dans l'air et dans le verre - encore plus lentement. Cependant, après avoir laissé toute substance (transparente, bien sûr) dans le vide, la lumière continue de se propager à sa vitesse précédente - 300 000 kilomètres par seconde. Par ailleurs, la vitesse de la lumière ne dépend pas des propriétés de sa source : il en est absolument de même pour les rayons du Soleil, un spot et une bougie. De plus, peu importe que la source lumineuse elle-même bouge ou non - cela n'affecte en rien la vitesse de la lumière.

Pour bien comprendre le sens de ce fait, comparons encore une fois la propagation de la lumière avec le mouvement des corps ordinaires. Imaginez que vous libérez un jet d'eau d'une lance à incendie dans la rue à une vitesse de 5 mètres par seconde. Cela signifie que chaque particule d'eau passe par rapport à la rue à une vitesse de 5 mètres par seconde. Mais si vous placez une lance d'incendie sur une voiture passant dans la direction du jet à une vitesse de 10 mètres par seconde, alors la vitesse du jet par rapport à la rue sera déjà de 15 mètres par seconde : les particules d'eau reçoivent de la vitesse non seulement par la lance à incendie, mais aussi par la voiture en mouvement, qui transporte la lance à incendie avec le jet vers l'avant.

En comparant la source lumineuse avec une lance à incendie et ses rayons avec un jet d'eau, nous verrons une différence significative. Pour les rayons de lumière, peu importe la source avec laquelle ils sont entrés dans le vide et ce qui leur est arrivé avant d'entrer dans l'espace vide. Puisqu'ils s'y trouvent, la vitesse de leur propagation est égale à la même valeur - 300 000 kilomètres par seconde, et que la source lumineuse soit en mouvement ou non.

Voyons comment ces propriétés spéciales de la lumière sont cohérentes avec la loi de la relativité du mouvement, évoquée dans la première partie de l'article. Pour ce faire, essayons de résoudre le problème de l'addition et de la soustraction de vitesses, et par souci de simplicité, nous supposerons que tous les phénomènes que nous imaginons se produisent dans le vide, où la vitesse de la lumière est de 300 000 kilomètres.

Placer une source de lumière sur un bateau à vapeur en mouvement, au milieu même de celui-ci, et un observateur à chaque extrémité du bateau à vapeur. Ils mesurent tous deux la vitesse de la lumière. Quels seront les résultats de leurs travaux ?

Étant donné que les rayons se propagent dans toutes les directions et que les deux observateurs se déplacent avec le bateau à vapeur dans une direction, l'image suivante sera obtenue : l'observateur situé à l'extrémité arrière du bateau à vapeur se déplace vers les rayons, et celui de l'avant s'en éloigne. tout le temps.

Par conséquent, le premier observateur doit constater que la vitesse de la lumière est égale à 300 000 kilomètres plus la vitesse du bateau à vapeur, et le second à 300 000 kilomètres moins la vitesse du bateau à vapeur. Et si nous imaginons un instant que le navire parcourt une distance monstrueuse de 200 000 kilomètres par seconde, alors la vitesse de la lumière trouvée par le premier observateur sera de 500 000 kilomètres et par le second de 100 000 kilomètres par seconde. Sur un navire à l'arrêt, les deux observateurs obtiendraient le même résultat : 300 000 kilomètres par seconde.

Ainsi, du point de vue des observateurs, sur notre navire en mouvement, la lumière semble se propager dans une direction 1 2/3 fois plus vite et dans l'autre trois fois plus lentement que sur un navire stationnaire. En effectuant des opérations arithmétiques simples, ils pourront établir la vitesse absolue du navire.

De la même manière, on peut établir la vitesse absolue de tout autre corps en mouvement : pour ce faire, il suffit de placer dessus une source de lumière et de mesurer la vitesse de propagation des rayons lumineux depuis différents points du corps.

En d’autres termes, nous nous sommes retrouvés soudainement en mesure de déterminer la vitesse, et donc le mouvement d’un corps, indépendamment de tous les autres corps. Mais s'il y a une vitesse absolue, alors il y a aussi un seul repos absolu, à savoir : tout laboratoire dans lequel les observateurs, mesurant la vitesse de la lumière dans n'importe quelle direction, obtiennent la même valeur - 300 000 kilomètres par seconde, sera absolument au repos. .

Il n’est pas difficile de constater que tout cela contredit fortement les conclusions auxquelles nous étions parvenus dans le numéro précédent de la revue. En fait : nous avons parlé du fait que sur un corps se déplaçant uniformément en ligne droite, tout se déroule de la même manière que sur un corps immobile. Par conséquent, que l'on tire par exemple sur un navire dans le sens de son mouvement ou contre son mouvement, la vitesse de la balle par rapport au navire restera la même et sera égale à la vitesse sur un navire à l'arrêt. En même temps, nous sommes convaincus que le mouvement, la vitesse et le repos sont des concepts relatifs : le mouvement, la vitesse et le repos absolus n'existent pas. Et maintenant, il s'avère soudain que les observations des propriétés de la lumière renversent toutes ces conclusions et contredisent la loi de la nature découverte par Galilée - la loi de la relativité du mouvement.

Mais c’est là une de ses lois fondamentales : elle prévaut dans le monde entier ; sa justice a été confirmée par l'expérience d'innombrables fois, et elle est confirmée partout et à chaque minute jusqu'à ce jour ; s’il cessait soudainement d’être juste, des bouleversements inimaginables engloutiraient l’univers. Mais non seulement la lumière ne lui obéit pas, mais elle la réfute même !

L'expérience de Michaelson

Que faire de cette contradiction ? Avant d'exprimer des considérations à ce sujet, prêtons attention à la circonstance suivante : nous avons établi que les propriétés de la lumière contredisent la loi de relativité du mouvement uniquement par le raisonnement. Il est vrai que c’étaient des arguments très convaincants. Mais, en nous limitant au seul raisonnement, nous serions comme les philosophes anciens qui essayaient de découvrir les lois de la nature non pas à l’aide de l’expérience et de l’observation, mais uniquement sur la base de déductions. Dans ce cas, le danger surgit inévitablement que l'image du monde ainsi créée, malgré tous ses mérites, s'avère avoir très peu de ressemblance avec le monde réel qui nous entoure.

Le juge suprême de toute théorie physique est toujours l’expérience et, par conséquent, sans nous limiter à raisonner sur la façon dont la lumière devrait se propager sur un corps en mouvement, nous devrions nous tourner vers des expériences qui montreront comment elle se propage réellement dans ces conditions.

Il faut cependant garder à l’esprit que la mise en place de telles expériences est difficile pour une raison très simple : il est impossible de trouver en pratique un corps qui se déplacerait à une vitesse proportionnelle à la vitesse colossale de la lumière. Après tout, un navire tel que celui que nous avons utilisé dans notre discussion n’existe bien sûr pas et ne peut pas exister.

Afin de pouvoir déterminer un changement insignifiant de la vitesse de la lumière sur des corps en mouvement relativement lents accessibles à nous, il a été nécessaire de créer des instruments de mesure d'une précision extrêmement élevée. Et ce n’est que lorsque de tels dispositifs ont pu être fabriqués qu’il a été possible de commencer à clarifier la contradiction entre les propriétés de la lumière et la loi de la relativité du mouvement.

Une telle expérience fut entreprise en 1881 par l’un des plus grands expérimentateurs des temps modernes, le physicien américain Michaelson.

Michaelson a utilisé... le globe comme un corps en mouvement. En effet, la Terre est évidemment un corps en mouvement : elle tourne autour du Soleil et, de plus, à une vitesse assez « respectable » pour nos conditions - 30 kilomètres par seconde. Par conséquent, lorsque nous étudions la propagation de la lumière sur Terre, nous étudions en réalité la propagation de la lumière dans un laboratoire en mouvement.

Michaelson a mesuré la vitesse de la lumière sur Terre dans diverses directions avec une très grande précision, c'est-à-dire qu'il a pratiquement accompli ce que nous avons fait mentalement avec vous sur un bateau à vapeur imaginaire en mouvement. Pour capturer la petite différence de 30 kilomètres par rapport au nombre énorme de 300 000 kilomètres, Michaelson a dû utiliser des techniques expérimentales très complexes et montrer toute son énorme ingéniosité. La précision de l'expérience était si grande que Michaelson aurait pu détecter une différence de vitesse beaucoup plus petite que celle qu'il souhaitait détecter.

De la poêle à frire au feu

Le résultat de l’expérience semblait évident d’avance. Connaissant les propriétés de la lumière, il était possible de prévoir que la vitesse de la lumière mesurée dans différentes directions serait différente. Mais peut-être pensez-vous que le résultat de l’expérience s’est réellement avéré être celui-ci ?

Rien de tel ! L'expérience de Michaelson a donné des résultats complètement inattendus. Au fil des années, cette théorie a été répétée à maintes reprises dans diverses conditions, mais elle aboutit toujours à la même conclusion étonnante.

Sur une Terre manifestement en mouvement, la vitesse de la lumière mesurée dans n’importe quelle direction s’avère être exactement la même.

Cela signifie que la lumière ne fait pas exception. Il obéit à la même loi qu'une balle sur un navire en mouvement : la loi de la relativité de Galilée. Il n’a jamais été possible de détecter le mouvement « absolu » de la Terre. Cela n’existe pas, comme cela devrait être selon la loi de la relativité.

La contradiction désagréable à laquelle la science était confrontée a été résolue. Mais de nouvelles contradictions sont apparues ! Les physiciens sont tombés de la poêle dans le feu.

Pour comprendre les nouvelles contradictions auxquelles l’expérience de Michaelson a conduit, regardons nos recherches dans l’ordre.

Nous avons d’abord établi que le mouvement et le repos absolus n’existent pas ; La loi de la relativité de Galilée en parle. Il s’est ensuite avéré que les propriétés particulières de la lumière contredisent la loi de la relativité. Il s'ensuit que le mouvement et le repos absolus existent toujours. Pour tester cela, Michaelson a réalisé une expérience. L’expérience a montré le contraire : il n’y a pas de contradiction – et la lumière obéit à la loi de la relativité. Par conséquent, le mouvement et le repos absolus n’existent plus. D'un autre côté, les conclusions de l'expérience de Michaelson s'appliquent évidemment à tout corps en mouvement, pas seulement à la Terre ; par conséquent, la vitesse de la lumière est la même dans tous les laboratoires, quel que soit leur propre mouvement, et, par conséquent, la vitesse de la lumière n'est toujours pas une quantité relative, mais une quantité absolue.

Cela s’est avéré être un cercle vicieux. Les plus grands physiciens du monde s’y creusent la tête depuis des années. Diverses théories ont été proposées, dont les plus incroyables et les plus fantastiques. Mais rien n’y faisait : chaque nouvelle hypothèse provoquait immédiatement de nouvelles contradictions. Le monde scientifique était confronté à l’un des plus grands mystères.

Le plus mystérieux et le plus étrange dans tout cela était que la science avait affaire à des faits parfaitement clairs et fermement établis : la loi de la relativité, les propriétés connues de la lumière et l’expérience de Michaelson. Et ils semblaient conduire à une absurdité totale.

Contradiction des vérités... Mais les vérités ne peuvent pas se contredire, puisqu'il ne peut y avoir qu'une seule vérité. Il doit donc y avoir une erreur dans notre compréhension des faits. Mais où ? Qu'est-ce que c'est?

Pendant 24 années entières – de 1881 à 1905 – aucune réponse n’a été trouvée à ces questions. Mais en 1905, le plus grand physicien de notre époque, Albert Einstein, a donné une brillante explication au mystère. Venant d’une direction tout à fait inattendue, il a donné aux physiciens l’impression d’une bombe qui explose.

L'explication d'Einstein est si différente de tout concept auquel l'humanité est habituée depuis des millénaires qu'elle semble exceptionnellement incroyable. Cependant, malgré cela, cela s'est avéré sans aucun doute exact : depuis 34 ans maintenant, les expériences en laboratoire et les observations de divers phénomènes physiques dans le monde confirment de plus en plus sa validité.

Quand les portes s'ouvrent

Pour comprendre l'explication d'Einstein, il faut d'abord se familiariser avec une conséquence de l'expérience de Michaelson. Regardons cela tout de suite avec un exemple. Utilisons à nouveau le fantastique bateau à vapeur pour cela.

Imaginons un navire de 5 400 000 kilomètres de long. Laissez-le se déplacer droit et uniformément à une vitesse fabuleuse de 240 000 kilomètres par seconde. À un moment donné, une lumière s’allume au milieu du bateau à vapeur. Il y a des portes à la proue et à la poupe du navire. Ils sont conçus de telle manière que dès que la lumière d’une ampoule tombe dessus, ils s’ouvrent automatiquement. L'ampoule s'est allumée. Quand exactement les portes s’ouvriront-elles ?

Pour répondre à cette question, rappelons les résultats de l'expérience de Michaelson. L'expérience de Michaelson a montré que, par rapport aux observateurs sur une Terre en mouvement, la lumière se déplace dans toutes les directions à la même vitesse de 300 000 kilomètres par seconde. Naturellement, la même chose se produira sur un navire en mouvement. Mais la distance entre l'ampoule et chaque extrémité du navire est de 2 700 000 kilomètres, et 2 700 000 : 300 000 = 9. Cela signifie que la lumière de l'ampoule atteindra chaque porte en 9 secondes. De cette façon, les deux portes s'ouvriront en même temps.

C’est ainsi que la situation se présentera à l’observateur à bord du navire. Que verront les gens sur le quai devant lequel le navire passe ?

Étant donné que la vitesse de la lumière ne dépend pas du mouvement de la source lumineuse, elle est alors égale à 300 000 kilomètres par seconde par rapport à la jetée, malgré le fait que la source lumineuse se trouve sur un navire en mouvement. Mais, du point de vue d'un observateur sur le quai, la porte à l'arrière du navire se dirige vers le faisceau lumineux à la vitesse du navire. Quand la porte rencontrera-t-elle la poutre ?

Nous avons ici affaire à un problème similaire à celui de deux voyageurs voyageant l'un vers l'autre. Pour connaître l’heure du rendez-vous, il faut diviser la distance entre les voyageurs par la somme de leurs vitesses. Faisons la même chose ici. La distance entre l'ampoule et la porte est de 2 700 000 kilomètres, la vitesse de la porte (c'est-à-dire le bateau à vapeur) est de 240 000 kilomètres par seconde et la vitesse de la lumière est de 300 000 kilomètres par seconde.

Par conséquent, la porte arrière s'ouvrira par

2700.000/(300000 + 240000)=5 secondes

Après que la lumière s'allume. Et l'avant ?

La porte d'entrée, du point de vue d'un observateur sur la jetée, le faisceau lumineux doit rattraper son retard, car il se déplace avec le paquebot dans la même direction que le faisceau lumineux. Nous avons donc ici un problème avec les voyageurs, dont l'un rattrape l'autre. On divisera la distance par la différence de vitesse :

2700.000/(300000 - 240000)=45 secondes

Ainsi, la première porte s'ouvrira 5 secondes après l'allumage de la lumière, et la deuxième porte s'ouvrira 45 secondes plus tard. Les portes ne s’ouvriront donc pas en même temps. C'est ce que verront les gens sur la jetée ! L’image est la plus étonnante de tout ce qui a été dit jusqu’à présent.

Il s'avère que les mêmes événements - l'ouverture des portes avant et arrière - se révéleront simultanés pour les personnes à bord du navire, mais pas simultanés pour les personnes sur le quai, mais séparés par un intervalle de temps de 40 secondes.

Cela ne semble-t-il pas complètement absurde ? Cela ne ressemble-t-il pas à une déclaration absurde tirée d'une blague - selon laquelle la longueur d'un crocodile de la queue à la tête est de 2 mètres et de la tête à la queue de 1 mètre ?

Et attention, les gens sur le quai ne penseront pas que les portes ne se sont pas ouvertes en même temps : pour eux, cela se produira en même temps. Après tout, nous avons calculé l'heure à laquelle chacune des portes s'est ouverte. Dans le même temps, nous avons constaté que la deuxième porte s’ouvrait en réalité 40 secondes plus tard que la première.

Cependant, les passagers du navire ont également établi à juste titre que les deux portes s'ouvraient en même temps. Et cela a été montré arithmétiquement. Ce qui se produit? Arithmétique contre arithmétique ?!

Non, l’arithmétique n’est pas à blâmer ici. Toutes les contradictions auxquelles nous sommes confrontés ici résident dans nos idées erronées sur le temps : le temps s’est avéré n’être pas du tout ce que l’humanité croyait qu’il était jusqu’à présent.

Einstein a reconsidéré ces concepts millénaires. Dans le même temps, il fit une grande découverte grâce à laquelle son nom devint immortel.

Le temps est relatif

Dans le numéro précédent, nous avons montré quelles conclusions extraordinaires les physiciens devaient tirer de l'expérience de Michaelson. Nous avons regardé l'exemple d'un bateau à vapeur imaginaire sur lequel deux portes s'ouvrent à un signal lumineux, et nous avons établi un fait étonnant : du point de vue des observateurs à bord du navire, les portes s'ouvrent au même moment, mais du point de vue de vue des observateurs sur la jetée, elles s'ouvrent à différents moments.

Ce à quoi une personne n'est pas habituée lui semble incroyable. L'incident avec les portes du navire semble tout à fait incroyable, car nous ne nous sommes jamais déplacés à une vitesse approchant, même de loin, le nombre fabuleux de 240 000 kilomètres par seconde. Mais il faut tenir compte du fait que les phénomènes qui se produisent à de telles vitesses peuvent être très différents de ceux auxquels nous sommes habitués dans la vie de tous les jours.

Bien sûr, en réalité, il n’existe pas de bateaux à vapeur qui se déplacent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. Et en fait, personne n’a jamais observé un tel cas avec des portes telles que décrites dans notre exemple. Mais des phénomènes similaires peuvent certainement être détectés grâce à une technologie expérimentale moderne et hautement développée. Rappelons que l’exemple des portes qui s’ouvrent ne repose pas sur un raisonnement abstrait, mais uniquement sur des faits solidement établis et obtenus par l’expérience : l’expérience de Michaelson et de nombreuses années d’observations sur les propriétés de la lumière.

C'est donc l'expérience qui nous a conduit à la conclusion incontestable que la notion de simultanéité de deux événements n'est pas absolue. Auparavant, nous pensions que si deux événements se produisaient simultanément dans un laboratoire, alors dans tout autre laboratoire, ils seraient simultanés. Nous avons maintenant découvert que cela n'est vrai que pour les laboratoires au repos les uns par rapport aux autres. Dans le cas contraire, des événements simultanés pour un laboratoire se produiront à des moments différents pour un autre.

Il s’ensuit que la notion de simultanéité est une notion relative. Il n'acquiert de sens que lorsqu'il est indiqué comment se déplace le laboratoire, à partir duquel les événements sont observés.

Au début de l'article, nous parlions de deux voyageurs qui venaient chaque jour au wagon-restaurant express. Les voyageurs étaient sûrs de se rencontrer tout le temps au même endroit. Leurs maris affirmaient qu'ils se rencontraient chaque jour dans un nouvel endroit, à mille kilomètres du précédent.

Tous deux avaient raison : par rapport au train, les voyageurs se rencontraient en fait au même endroit, mais par rapport à la voie ferrée - à des endroits différents. Cet exemple nous a montré que le concept d’espace n’est pas un concept absolu, mais relatif.

Les deux exemples – sur la rencontre avec des voyageurs et l’ouverture des portes d’un navire – sont similaires. Dans les deux cas, nous parlons de relativité, et on retrouve même les mêmes mots : « dans le même » et « dans le différent ». Seul le premier exemple parle de lieux, c'est-à-dire d'espace, et le deuxième exemple parle de moments, c'est-à-dire de temps. Qu’est-ce qui en découle ?

Le fait que la notion de temps est aussi relative que la notion d’espace.

Pour enfin nous en assurer, modifions un peu l’exemple avec le bateau à vapeur. Supposons que le mécanisme d'une des portes soit défectueux. Que ce dysfonctionnement fasse que les personnes à bord du navire remarquent que la porte avant s'est ouverte 15 secondes avant la porte arrière. Que verront les gens sur la jetée ?

Si dans la première version de l'exemple, la porte d'entrée s'est ouverte pour eux 40 secondes plus tard que la porte arrière, alors dans la deuxième version, cela ne se produira que 40 - 15 = 25 secondes plus tard. Il s'avère donc que pour les personnes à bord du navire, la porte d'entrée s'est ouverte plus tôt que la porte arrière, et pour les personnes sur le quai - plus tard.

Ainsi, ce qui s’est produit plus tôt pour un laboratoire s’est produit plus tard pour un autre. Il ressort de là que le concept de temps lui-même est un concept relatif.

Cette découverte a été faite en 1905 par le physicien Albert Einstein, vingt-six ans. Avant cela, l’homme imaginait le temps comme absolu – le même partout dans le monde, indépendant de tout laboratoire. Ainsi, les gens considéraient autrefois que les directions du haut et du bas étaient les mêmes partout dans le monde.

Et maintenant, le temps a subi le sort de l’espace. Il s'est avéré que l'expression « en même temps » n'a pas plus de sens que l'expression « au même endroit » si l'on ne précise pas à quel laboratoire elles font référence.

Peut-être que quelqu'un a encore une question : eh bien, en fait, quel que soit le laboratoire, deux événements sont-ils simultanés ou non ? Penser à cette question est tout aussi absurde que réfléchir à la question de savoir où, en réalité, quels que soient les laboratoires, se situent les premiers et les derniers rangs dans le monde ?

La découverte de la relativité du temps a permis, comme vous le verrez dans ce qui suit, de résoudre toutes les contradictions auxquelles l’expérience de Michaelson a conduit la physique. Cette découverte fut l’une des plus grandes victoires de la raison sur les idées figées qui s’étaient développées au fil de milliers d’années. Après avoir étonné le monde scientifique par sa nature extraordinaire, elle a produit une profonde révolution dans la vision de l’humanité sur la nature. Par son caractère et sa signification, elle ne peut être comparée qu'à la révolution provoquée par la découverte de la sphéricité de la Terre ou la découverte de son mouvement autour du Soleil.

Ainsi, Einstein, avec Copernic et Newton, ont ouvert des voies complètement nouvelles pour la science. Et ce n’est pas sans raison que la découverte de ce scientifique alors encore jeune lui a rapidement valu la renommée du plus grand physicien de notre siècle.

La doctrine de la relativité du temps est généralement appelée « principe de relativité d’Einstein » ou simplement « principe de relativité ». Il ne faut pas le confondre avec la loi, ou principe, de la relativité du mouvement, dont nous avons parlé plus haut, c'est-à-dire avec le « principe classique de la relativité » ou le « principe de relativité de Galilée-Newton ».

La vitesse a une limite

Il est impossible de parler dans un article de journal de ces énormes changements et de toutes les nouveautés que le principe de relativité a apportées à la science. De plus, pour comprendre tout cela, il faut avoir une bonne connaissance de la physique et des mathématiques supérieures.

Le but de notre article est d’expliquer uniquement les fondements mêmes du principe d’Einstein et les conséquences les plus importantes qui découlent de la relativité du temps. Cela seul, comme vous l’avez vu, est loin d’être une tâche facile. Notons que le principe de relativité est l'une des questions scientifiques les plus difficiles, et qu'il est généralement impossible de l'approfondir suffisamment sans l'aide des mathématiques.

Examinons d’abord une conséquence très importante de la relativité du temps concernant la vitesse.

Comme vous le savez, la vitesse des locomotives à vapeur, des voitures et des avions n'a cessé d'augmenter depuis leur invention jusqu'à aujourd'hui. Elle a désormais atteint des niveaux qui auraient semblé incroyables il y a seulement quelques décennies. Cela va continuer à augmenter.

Des vitesses beaucoup plus élevées sont également connues en technologie. Il s’agit avant tout de la vitesse des balles et des obus d’artillerie. La vitesse de vol des balles et des obus, grâce aux améliorations techniques continues, a également augmenté d'année en année et continuera d'augmenter.

Mais la vitesse la plus élevée utilisée dans la technologie est la vitesse de transmission du signal utilisant les rayons lumineux, le courant électrique et les ondes radio. Dans les trois cas, elle est approximativement égale à la même valeur - 300 000 kilomètres par seconde.

On pourrait penser qu’avec le développement de la technologie, avec la découverte de nouveaux rayons, cette vitesse sera dépassée ; En augmentant toujours les vitesses dont nous disposons, nous pourrons éventuellement nous rapprocher autant que nous le souhaitons de l’idéal de transmission instantanée de signaux ou d’efforts sur n’importe quelle distance.

L'expérience de Michaelson montre cependant que cet idéal est inaccessible. En fait, avec une vitesse de transmission infiniment élevée, les signaux provenant de deux événements nous parviendraient instantanément dans toutes les conditions ; et si dans un laboratoire deux événements se produisaient simultanément, alors dans tous les autres laboratoires, ils seraient également observés simultanément - au même moment où ils se produisaient. Et cela signifierait que la « simultanéité » deviendrait absolue, totalement indépendante du mouvement des laboratoires. Mais le caractère absolu du temps, comme nous l'avons vu, est réfuté par l'expérience de Michaelson. La transmission des signaux ou des efforts ne peut donc pas être instantanée.

En d’autres termes, la vitesse de toute transmission ne peut pas être infiniment grande. Il existe une certaine limite de vitesse, une vitesse maximale qui ne peut en aucun cas être dépassée.

Il est facile de vérifier que la vitesse maximale coïncide avec la vitesse de la lumière. En effet, selon le principe de relativité de Galilée-Newton, les lois de la nature sont les mêmes dans tous les laboratoires se déplaçant les uns par rapport aux autres de manière rectiligne et uniforme. Cela signifie que pour tous ces laboratoires, la vitesse maximale doit être la même. Mais quelle vitesse reste constante dans tous les laboratoires ? Comme nous l’avons vu, c’est la vitesse de la lumière qui a une constance si étonnante, et elle seule ! Il s’ensuit que la vitesse de la lumière n’est pas seulement la vitesse de propagation d’une action (même très importante) dans le monde : c’est en même temps la vitesse maximale qui existe dans la nature.

La découverte de l’existence d’une vitesse maximale dans la nature fut aussi l’une des plus grandes victoires de la pensée humaine. Un physicien du siècle dernier n’aurait pas pu se rendre compte qu’il y avait une limite à la vitesse. Si, au cours de ses expériences, il était tombé sur l'existence d'une vitesse limite, il aurait décidé qu'il s'agissait d'un accident, que seules les limites de ses capacités expérimentales étaient à blâmer. Il aurait le droit de penser qu’avec le développement de la technologie, la vitesse maximale pourrait être dépassée.

Le contraire nous apparaît clairement : compter là-dessus serait aussi ridicule que de croire qu'avec le développement de la navigation, il sera possible d'atteindre un endroit de la surface terrestre situé à plus de 20 000 kilomètres du point de départ (c'est-à-dire plus de la moitié de la circonférence terrestre).

Quand une minute équivaut-elle à une heure ?

Pour expliquer de manière exhaustive la relativité du temps et les conséquences qui en découlent, qui semblent étranges par habitude, Einstein utilise des exemples avec un train. Faisons de même. Nous appellerons le train géant se déplaçant à une vitesse imaginaire fabuleuse « le train d’Einstein ».

Imaginons un très long chemin de fer. Il y a deux stations distantes de 864 millions de kilomètres l’une de l’autre. Pour parcourir la distance qui les sépare, le train d'Einstein, se déplaçant à une vitesse de, disons, 240 000 kilomètres par seconde, prendrait une heure. Les deux stations disposent d’horloges parfaitement précises.

A la première gare, le voyageur monte à bord du train. Tout d'abord, il règle son chronomètre de poche exactement en fonction de l'horloge de la gare. Arrivé dans une autre gare, il vérifie avec l'horloge de la gare et s'étonne de constater que le chronomètre est en retard...

Pourquoi est-ce arrivé ?

Supposons qu'il y ait une ampoule électrique au sol du wagon et un miroir au plafond. Un rayon de lumière provenant d’une ampoule tombant sur un miroir est réfléchi vers l’ampoule. La trajectoire du faisceau, vue par un voyageur dans le chariot, est représentée sur l'image du haut : le faisceau est dirigé verticalement vers le haut et tombe verticalement vers le bas.

Une image différente se présentera à l’observateur à la station. Pendant le temps pendant lequel le faisceau lumineux voyageait de l'ampoule au miroir, le miroir se déplaçait avec le train. Et lors de la chute du faisceau réfléchi, l’ampoule elle-même s’est déplacée de la même distance. Le chemin parcouru par le rayon du point de vue d'un observateur à la station est représenté sur la figure du bas : il constitue les deux côtés d'un triangle opposé. La base du triangle est formée par une ampoule transportée vers l'avant par le train.

On voit que du point de vue d'un observateur en gare, le rayon lumineux a parcouru une plus grande distance que du point de vue d'un observateur dans le train. En même temps, nous savons que la vitesse de la lumière est constante dans toutes les conditions : elle est exactement la même pour un observateur dans une gare et pour un voyageur dans un train. Qu’est-ce qui en découle ?

Il est clair que si les vitesses sont les mêmes et que les longueurs des chemins sont différentes, alors il faut moins de temps pour parcourir un chemin plus court et plus de temps pour en parcourir un plus grand. Il est facile de calculer le rapport des deux temps.

Supposons que, du point de vue de l'observateur à la station, 10 secondes se soient écoulées entre le départ du faisceau vers le miroir et son retour vers l'ampoule. Pendant ces 10 secondes la lumière est passée :

300 000 x 10 = 3 millions de kilomètres.

Par conséquent, les côtés AB et BC du triangle isocèle ABC sont égaux à 1,5 million de kilomètres chacun. Le côté AC 1, base du triangle, est égal à la distance parcourue en 10 secondes par le train, à savoir :

240 000 x 10 = 2,4 millions de kilomètres.

La moitié de la base, AD 1, équivaut à 1,2 million de kilomètres.

A partir de là, il n'est pas difficile de déterminer la hauteur de la voiture - la hauteur du triangle BD. Du triangle rectangle ABD on a :

BD 2 = AB 2 - AD 2 = 1,52 - 1,22

Donc BD = 0,9 million de kilomètres.

La hauteur est tout à fait respectable, ce qui n’est cependant pas surprenant compte tenu des dimensions astronomiques du train d’Einstein.

Le chemin parcouru par le rayon du point de vue d'un observateur à bord du train est évidemment égal à deux fois la hauteur du triangle :

2BD = 2 x 0,9 = 1,8 millions de kilomètres.

Pour parcourir ce chemin, la lumière aura besoin de :

1 800 000/300 000 = 6 secondes.

Ainsi, pendant que le faisceau de lumière allait de l'ampoule au miroir et vice-versa, 10 secondes s'écoulaient à la gare, et seulement 6 secondes dans le train. Le rapport temps passé dans le train/temps passé en gare est de 6/10.

D’où cette conséquence surprenante : selon l’heure des gares, le train mettait une heure à voyager entre les gares, mais selon le chronomètre du voyageur, seulement 6/10 d’heure, soit 36 ​​minutes. C'est pourquoi, lors des déplacements entre les gares, le chronomètre du voyageur était en retard sur l'horloge de la gare et, de plus, de 24 minutes.

Il faut bien réfléchir à ce fait : ce n’est pas pour cela que le chronomètre du voyageur a pris du retard ; qu'il marchait plus lentement ou travaillait mal. Non, cela fonctionnait de la même manière que les horloges des gares. Mais le temps passé dans un train en mouvement par rapport aux gares s'écoulait différemment que dans les gares.

D'après le diagramme avec le triangle, il est clair que plus la vitesse du train est élevée, plus le décalage du chronomètre entre le train et la vitesse de la lumière doit être grand, il est possible de garantir que toute courte période de temps s'écoule ; train en une heure de temps de gare. Par exemple, avec une vitesse de train égale à environ 0,9999 de la vitesse de la lumière, il ne s'écoulera qu'une minute dans une heure de gare du train (ou, à l'inverse, une heure s'écoulera dans une minute de gare du train si un un observateur d'une gare vérifie son heure à l'aide de deux chronomètres installés au début et à la fin du train).

Considérant le temps comme absolu, les gens l’imaginaient comme quelque chose s’écoulant uniformément et, de plus, partout et dans toutes les conditions du monde à la même vitesse. Mais le train d'Einstein montre que le rythme du temps est différent selon les laboratoires. Cette relativité du temps est l’une des propriétés les plus importantes du monde physique.

De tout ce qui a été dit, nous pouvons conclure que la « machine à voyager dans le temps » décrite par Wells dans son histoire de science-fiction n'est pas un fantasme si vide de sens. La relativité du temps ouvre la possibilité, du moins en théorie, de voyager dans le futur. Il n’est pas difficile de voir que le train d’Einstein est précisément une « machine à voyager dans le temps ».

Machine à voyager dans le temps

En fait, imaginons que le train d’Einstein ne se déplace pas en ligne droite, mais le long d’une voie ferrée circulaire. Ainsi, à chaque fois qu'il reviendra à sa gare d'origine, le voyageur découvrira que son horloge est derrière celle de la gare.

En rapprochant la vitesse du train de la vitesse de la lumière, vous pouvez, comme vous le savez déjà, garantir que tout petit laps de temps s'écoule dans le train en une heure selon l'horloge de la gare. Cela conduit à des résultats surprenants : alors que seules des années s'écouleront dans le train, des centaines et des milliers d'années s'écouleront en gare. En sortant de sa « machine à voyager dans le temps », notre voyageur se retrouvera dans un futur à part... Ses parents et amis sont morts depuis longtemps... Il ne retrouvera vivants que leurs lointains descendants.

Cependant, le train d'Einstein est encore très différent de la voiture de Wells. Après tout, selon le romancier, elle pouvait se déplacer dans le temps non pas grâce à sa vitesse élevée, mais grâce à un dispositif technique spécial. Mais en réalité, aucun dispositif de ce type ne peut être créé ; c'est complètement absurde. Il n'y a qu'une seule façon d'accéder au futur : donner au train une vitesse colossale - proche de la vitesse de la lumière.

Une autre propriété distingue le train d'Einstein de la machine à voyager dans le temps de Wells : il n'est pas capable de reculer dans le temps, c'est-à-dire qu'il est privé de la capacité d'aller dans le passé, et ainsi de revenir du futur au présent.

En général, l’idée même de​​revenir en arrière dans le temps n’a absolument aucun sens. Nous ne pouvons influencer que ce qui ne s’est pas encore produit, mais nous ne pouvons pas changer ce qui s’est déjà produit. Cela ressort clairement de cet exemple : s'il était possible de remonter le temps, il pourrait arriver qu'une personne remonte le temps et tue ses parents alors qu'ils étaient encore bébés. Et s’il revenait au présent, il se retrouverait dans la position absurde d’un homme dont les parents sont morts bien avant sa naissance !

Se déplacer à une vitesse proche de la vitesse de la lumière ouvre théoriquement une autre possibilité : parcourir n'importe quelle distance en même temps que le temps. Et ils peuvent être si grands dans l’espace mondial que même à vitesse maximale, une vie humaine ne suffirait pas pour la plupart des voyages.

Un exemple serait une étoile située, disons, à deux cents années-lumière de nous. La vitesse de la lumière étant la vitesse la plus élevée dans la nature, il est donc impossible d’atteindre cette étoile plus de deux cents ans après son lancement. Et comme la durée de la vie humaine est inférieure à deux cents ans, on peut affirmer sans se tromper que l’homme est fondamentalement privé de la possibilité d’atteindre des étoiles lointaines.

Pourtant, ce raisonnement est erroné. L’erreur est que nous parlons de deux cents ans comme de quelque chose d’absolu. Mais le temps est relatif, c’est-à-dire qu’il n’y a pas d’heure commune à tous les laboratoires. Dans les gares, il y avait un décompte du temps, mais dans le train d'Einstein, il y en avait un autre.

Imaginons un astronaute voyageant dans l'espace. Au moment où il atteint une étoile située à deux cents années-lumière de nous, selon le temps terrestre, deux cents ans s'écouleront en réalité. Dans une fusée, en fonction de sa vitesse par rapport à la Terre, comme nous le savons, n'importe quelle courte période de temps peut s'écouler.

Ainsi, l'astronaute atteindra l'étoile selon son calcul de temps non pas dans deux cents ans, mais, disons, dans un an. A une vitesse suffisamment élevée, il est théoriquement possible de « voler » vers une étoile et d'en revenir selon l'horloge de la fusée, même en une minute...

De plus : lorsque vous vous déplacez à la vitesse maximale au monde - 300 000 kilomètres par seconde - le temps devient extrêmement petit, c'est-à-dire égal à zéro. En d’autres termes, si une fusée pouvait se déplacer à la vitesse de la lumière, le temps s’arrêterait complètement pour l’observateur qui s’y trouve, et du point de vue de cet observateur, le moment du départ coïnciderait avec le moment de l’arrivée.

Nous répétons que tout cela n’est concevable que théoriquement. En pratique, voyager vers le futur et vers des étoiles lointaines est impossible, car le déplacement des voitures et des personnes à des vitesses proches de la vitesse de la lumière est impossible pour des raisons techniques.

Et les tailles des objets sont relatives

Les raisonnements et les exemples divertissants donnés dans les chapitres précédents semblent fantastiques. Mais leur objectif n'est pas de captiver le lecteur par la fantaisie, mais de montrer la profondeur et la gravité des conséquences découlant de la relativité du temps.

Il n’est pas difficile de voir que la relativité du temps implique aussi la relativité des tailles des corps.

Supposons que la longueur du quai sur lequel passe le train d'Einstein soit de 2,4 millions de kilomètres. À une vitesse de 240 000 kilomètres par seconde, le train franchira le quai en 10 secondes. Mais en 10 secondes de temps de gare, seules 6 secondes s'écouleront dans le train. De là, le voyageur conclura à juste titre que la longueur de la plate-forme est de 240 000 x 6 = 1,44 million de kilomètres, et non de 2,40 millions de kilomètres.

Cela signifie qu'un objet au repos par rapport à n'importe quel laboratoire est plus long qu'un objet en mouvement. Le quai bougeait par rapport au train, mais par rapport à la gare, il était au repos. Par conséquent, pour l’observateur à la gare, c’était plus long que pour le voyageur. Les wagons, au contraire, étaient 10/6 fois plus courts pour l'observateur en gare que pour le voyageur.

À mesure que la vitesse augmente, la longueur des objets diminue de plus en plus. Par conséquent, à la vitesse la plus élevée, elle devrait devenir la plus basse, c'est-à-dire égale à zéro.

Ainsi, tout corps en mouvement se contracte dans le sens de son mouvement. A cet égard, il faut modifier un des exemples que nous avons donnés dans le n°9 de la revue, à savoir : lors d'une expérience d'ouverture de portes sur un bateau à vapeur, nous avons constaté que pour un observateur sur le quai, la deuxième porte s'ouvrait 40 quelques secondes plus tard que le premier. Mais comme la longueur du bateau à vapeur, se déplaçant à une vitesse de 240 000 kilomètres par seconde, a été réduite de 10/6 fois par rapport à la jetée, l'intervalle de temps réel entre l'ouverture des portes sera égal à 40 secondes et non à 40 secondes, selon l'horloge du quai : 10/6 = 24 secondes . Bien entendu, cette correction numérique ne change rien aux conclusions fondamentales que nous avons tirées de l’expérience du paquebot.

La relativité des tailles des corps entraîne immédiatement une conséquence nouvelle, peut-être la plus frappante, du principe de relativité. « Le plus frappant » car il explique le résultat inattendu de l’expérience de Michaelson, qui a jadis semé la confusion dans les rangs des physiciens. Il s’agissait, comme vous vous en souvenez, de l’addition de vitesses qui, pour une raison inconnue, ne « voulaient » pas obéir à l’arithmétique ordinaire.

L'homme a toujours été habitué à additionner les vitesses dirigées en ligne droite et dans une direction, de manière purement arithmétique, c'est-à-dire aussi simplement que des tables ou des pommes. Par exemple, si un navire navigue dans une certaine direction à une vitesse de 20 kilomètres par heure et qu'un passager marche le long de son pont dans la même direction à une vitesse de 5 kilomètres par heure, alors la vitesse du passager par rapport à la jetée sera égale à 20 + 5 = 25 kilomètres par heure.

Jusqu'à récemment, les physiciens étaient convaincus que cette méthode d'addition était absolument correcte et adaptée pour trouver la somme de n'importe quelle vitesse. Mais le principe de relativité n’a pas laissé intacte cette règle de la mécanique.

Essayez, par exemple, d'additionner des vitesses de 230 et 270 000 kilomètres par seconde. Que va-t-il se passer ? 500 mille kilomètres par seconde. Mais une telle vitesse ne peut pas exister, puisque 300 000 kilomètres par seconde est la vitesse la plus élevée au monde. De là, il est au moins clair que la somme de n'importe quelle vitesse, quelle qu'elle soit, ne peut en aucun cas dépasser 300 000 kilomètres par seconde.

Mais peut-être est-il permis d'ajouter des vitesses arithmétiquement inférieures, par exemple 150 et 130 000 kilomètres par seconde ? Après tout, leur somme, 280 000 kilomètres par seconde, ne dépasse pas la vitesse maximale au monde.

Il est facile de voir que la somme arithmétique est ici aussi incorrecte. Supposons, par exemple, qu'un bateau à vapeur passe devant une jetée à une vitesse de 150 000 kilomètres par seconde et qu'une balle roule sur le pont d'un bateau à vapeur à une vitesse de 130 000 kilomètres par seconde. La somme de ces vitesses doit exprimer la vitesse de la balle par rapport au quai. Cependant, grâce au chapitre précédent, nous savons qu’un corps en mouvement se contracte en taille. Par conséquent, une distance de 130 000 kilomètres sur un navire n'est pas du tout égale à 130 000 kilomètres pour un observateur sur le quai, et 150 000 kilomètres le long du rivage ne sont pas du tout égales à 150 000 kilomètres pour un passager d'un navire.

Ensuite, pour déterminer la vitesse de la balle par rapport à la jetée, l'observateur utilise une horloge sur la jetée. Mais la vitesse de la balle sur un bateau à vapeur est déterminée par le temps du bateau à vapeur. Et le temps passé sur un navire en mouvement et sur le quai, comme nous le savons, n'est pas du tout le même.

Voilà à quoi se présente en pratique la question de l’addition des vitesses : il faut tenir compte de la relativité des distances et du temps. Comment faut-il ajouter les vitesses ?

Einstein a donné pour cela une formule spéciale, correspondant au principe de relativité. Jusqu'à présent, nous n'avons pas donné de formules de la théorie de la relativité, ne voulant pas encombrer cet article difficile. Cependant, le langage concis et clair des mathématiques rend beaucoup de choses immédiatement claires, remplaçant les longs arguments par beaucoup de mots. La formule pour additionner les vitesses est non seulement beaucoup plus simple que tous les arguments précédents, mais elle est en elle-même si simple et intéressante qu'elle mérite d'être citée :

Ici V 1 et V 2 sont les composantes de la vitesse, W est la vitesse totale, c est la vitesse la plus élevée au monde (la vitesse de la lumière), égale à 300 000 kilomètres par seconde.

Cette formule merveilleuse a juste la bonne propriété : quelles que soient les vitesses que nous additionnons, nous n'atteindrons jamais plus de 300 000 kilomètres par seconde. Essayez d'ajouter 230 000 et 270 000 kilomètres par seconde ou même 300 000 et 300 000 kilomètres par seconde en utilisant cette formule et voyez ce qui se passe.

En additionnant de petites vitesses - comme on en rencontre dans la plupart des cas dans la pratique - la formule donne le résultat auquel nous sommes habitués, qui diffère peu de la somme arithmétique. Prenons, par exemple, même les vitesses de déplacement modernes les plus élevées. Laissez deux avions se rapprocher l’un de l’autre, volant chacun à 650 kilomètres par heure. Quelle est la vitesse de leur approche ?

Arithmétiquement - (650 + 650) = 1300 kilomètres par heure. Selon la formule d'Einstein, c'est seulement 0,72 microns de moins par heure. Et dans l'exemple ci-dessus avec un navire se déplaçant lentement avec une personne marchant le long du pont, cette différence est même 340 000 fois moindre.

Il est impossible de détecter de telles quantités dans de tels cas par des mesures. Et leur valeur pratique est nulle. De là, il est clair pourquoi les gens n'ont pas remarqué pendant des milliers d'années que l'addition arithmétique des vitesses est fondamentalement incorrecte : l'imprécision d'une telle addition est bien moindre que les exigences les plus strictes de la pratique. Et donc, en technologie, tout concordait toujours avec les calculs, si seulement les calculs étaient corrects.

Mais il n'est plus possible d'additionner arithmétiquement des vitesses comparables à la vitesse de la lumière : on peut ici tomber dans des erreurs grossières. Par exemple, à une vitesse de 36 000 kilomètres par seconde, l'erreur dépassera 1 000 kilomètres, et à 100 000 kilomètres par seconde, elle atteindra déjà 20 000 kilomètres par seconde.

Le fait que l'addition arithmétique des vitesses soit incorrecte, mais que la formule d'Einstein soit correcte, est confirmé par l'expérience. Il ne pouvait en être autrement : après tout, c’est l’expérience qui a obligé les physiciens à reconsidérer les anciens concepts de la mécanique et les a conduits au principe de relativité.

Sachant comment additionner les vitesses, nous pouvons désormais comprendre les résultats « mystérieux » de l’expérience de Michaelson. En réalisant cette expérience alors que la Terre se dirigeait vers le faisceau lumineux à une vitesse de 30 kilomètres par seconde, Michaelson espérait obtenir un résultat de 300 000 + 30 = 300 030 kilomètres par seconde.

Mais on ne peut pas additionner les vitesses comme ça !

Remplacez V 1 = c (c est la vitesse de la lumière) et V 2 = 30 dans la formule d'addition des vitesses, et vous constaterez que la vitesse totale n'est égale qu'à c1, et pas plus. C'était exactement le résultat de l'expérience de Michaelson.

Le même résultat sera obtenu pour toutes les autres valeurs de V 2, si seulement V 1 est égal à la vitesse de la lumière. Laissez la Terre parcourir un nombre illimité de kilomètres par seconde : 30 autour du Soleil, 275 avec le système solaire et des milliers de kilomètres autour de la Galaxie entière. Cela ne change rien aux choses. Dans tous les cas où l'on ajoute la vitesse de la Terre à la vitesse de la lumière, la formule donnera la même valeur c.

Ainsi, les résultats de l'expérience de Michaelson nous ont surpris uniquement parce que nous ne savions pas comment additionner correctement les vitesses. Nous ne savions pas comment faire, car nous ne savions pas que les corps se contractent dans le sens de leur mouvement et que le temps s'écoule différemment selon les laboratoires.

Masse et énergie

Reste à considérer la dernière question.

L’une des propriétés les plus importantes de tout corps est sa masse. Nous avons l'habitude de penser qu'il reste toujours inchangé. Mais les calculs basés sur le principe de relativité montrent autre chose : lorsqu’un corps bouge, sa masse augmente. Il augmente autant de fois que la longueur du corps diminue. Ainsi, la masse du train d'Einstein, se déplaçant à une vitesse de 240 000 kilomètres par seconde, est 10/6 fois supérieure à la masse au repos.

À mesure que la vitesse approche de la limite, la masse augmente de plus en plus vite. À vitesse maximale, la masse de tout corps doit devenir infiniment grande. Les vitesses habituelles que l'on rencontre en pratique provoquent une augmentation de masse totalement insignifiante.

Cependant, il est encore possible de tester ce phénomène expérimentalement : la physique expérimentale moderne est capable de comparer la masse des électrons en mouvement rapide avec la masse des électrons au repos. Et l'expérience confirme pleinement la loi de dépendance de la masse à la vitesse.

Mais pour donner de la vitesse aux corps, il faut dépenser de l'énergie. Et il s’avère donc qu’en général tout travail effectué sur un corps, toute augmentation de l’énergie du corps entraîne une augmentation de masse proportionnelle à cette énergie dépensée. Par conséquent, la masse d'un corps chauffé est supérieure à celle d'un corps froid, la masse d'un ressort comprimé est supérieure à celle d'un ressort libre.

Des quantités insignifiantes d’unités de masse correspondent à d’énormes quantités d’unités d’énergie. Par exemple, pour augmenter la masse d’un corps de seulement 1 gramme, il faut y effectuer 25 millions de kilowattheures de travail. En d’autres termes, la masse de 25 millions de kilowattheures d’énergie électrique équivaut à 1 gramme. Pour obtenir ce gramme, il faut toute l'énergie générée par la centrale hydroélectrique du Dniepr en deux jours. En calculant un seul kopeck par kilowattheure, nous constatons qu'un gramme d'énergie électrique la moins chère coûte 250 000 roubles. Et si vous transformez l'électricité en lumière, 1 gramme de lumière coûtera environ 10 millions de roubles. C'est plusieurs fois plus cher que la substance la plus chère - le radium.

Si vous brûlez 1 tonne de charbon à l’intérieur, les produits de combustion pèseront, après refroidissement, seulement 1/3000ème de gramme de moins que le charbon et l’oxygène à partir desquels ils ont été formés. La fraction de masse manquante est perdue par rayonnement thermique. Et chauffer 1 tonne d'eau de 0 à 100 degrés entraînera une augmentation de sa masse de moins de 5/1 000 000 parties de gramme.

Il est tout à fait compréhensible que des changements aussi insignifiants dans la masse des corps lorsqu'ils perdent ou gagnent de l'énergie échappent aux mesures les plus précises. Cependant, la physique moderne connaît des phénomènes dans lesquels un changement de masse devient perceptible. Ce sont des processus qui se produisent lors de collisions de noyaux atomiques, lorsque les noyaux de certains éléments forment les noyaux d'autres éléments.

Par exemple, lorsque le noyau d’un atome de lithium entre en collision avec le noyau d’un atome d’hydrogène, deux noyaux d’un atome d’hélium se forment. La masse de ces deux noyaux est déjà considérablement inférieure – 1/4 de partie – à la masse totale des noyaux d’hydrogène et de lithium. Ainsi, lorsque 1 gramme d'un mélange de lithium et d'hydrogène est converti en hélium, 1/400ème de gramme d'énergie devrait être libéré, qui sera en kilowattheures :

25 000 000/ 400 = 62,5 mille kilowattheures.

Ainsi, si nous pouvions facilement réaliser des transformations nucléaires, nous deviendrions propriétaires d'une riche source d'énergie : pour obtenir la puissance de la centrale hydroélectrique du Dniepr, il suffirait de convertir seulement 4 grammes d'un mélange de lithium et d'hydrogène en hélium toutes les heures.

Physique nouvelle et ancienne

Ceci conclut notre brève introduction au principe de relativité.

Nous avons vu quels changements sérieux et profonds le principe de relativité a apporté à la vision du monde qui s’est développée au sein de l’humanité au cours de plusieurs siècles. Cela ne signifie-t-il pas que les vieilles idées sont complètement détruites ? Qu'ils devraient être complètement rejetés ? Que toute la physique créée avant la découverte du principe de relativité devrait être rayée comme incorrecte ?

Non, car l'écart entre la physique ancienne (dite « classique ») et la physique prenant en compte le principe de relativité (« relativiste », du mot latin « relatio », qui signifie « référence ») est trop insignifiant dans presque tous les domaines. de notre activité pratique.

Si, par exemple, un passager d’un train ordinaire, même le plus rapide (mais bien sûr pas celui d’Einstein) décidait d’introduire une correction du temps basée sur le principe de la relativité, on se moquerait de lui. Au cours d'une journée, une telle modification s'exprimerait en dix milliardièmes de seconde. Les secousses du train et le fonctionnement imprécis du meilleur mécanisme horloger ont un effet incomparablement plus important sur les lectures de la montre.

Un ingénieur qui introduireait dans les calculs l’augmentation de la masse de l’eau lorsqu’elle est chauffée pourrait être traité de fou. Mais un physicien qui étudie la collision des noyaux atomiques, mais ne prend pas en compte les éventuels changements de masse, devrait être expulsé du laboratoire pour ignorance.

Les concepteurs concevront toujours des voitures en utilisant les lois de la physique classique : les corrections apportées au principe de relativité auront moins d’impact sur les voitures qu’un microbe atterrissant sur un volant d’inertie. Mais un physicien observant des électrons rapides doit prendre en compte l'évolution de leur masse en fonction de la vitesse.

Ainsi, les lois de la nature, découvertes avant l'émergence du principe de relativité, ne sont pas annulées ; la théorie de la relativité ne réfute pas, mais ne fait qu'approfondir et affiner les connaissances acquises par l'ancienne science. Il fixe les limites dans lesquelles vous pouvez utiliser ces connaissances sans commettre d’erreurs.

En conclusion, il faut dire que la théorie de la relativité ne se limite pas aux questions que nous avons abordées dans cet article. Poursuivant le développement de son enseignement, Einstein donna plus tard une image complètement nouvelle d'un phénomène aussi important que la gravitation universelle. À cet égard, la doctrine de la relativité était divisée en deux parties. Le premier d’entre eux, sans rapport avec la gravitation, était appelé « principe de relativité » « particulier » ou « restreint » ; la deuxième partie, traitant des questions de gravitation, est appelée le « principe général de la relativité ». Ainsi, nous n'avons pris connaissance que d'un principe particulier (la considération du principe général n'était pas le but de cet article).

Il ne reste plus qu'à constater qu'avec une étude suffisamment approfondie de la physique, tous les labyrinthes de la construction complexe de la théorie de la relativité deviennent tout à fait clairs. Mais y accéder, comme nous le savons, était loin d’être facile. Cela nécessitait une brillante supposition : il fallait pouvoir tirer les bonnes conclusions de l'expérience de Michaelson - découvrir la relativité du temps avec toutes les conséquences qui en découlent.

Ainsi, l’humanité, dans sa quête éternelle pour comprendre le monde plus largement et plus profondément, a remporté l’une de ses plus grandes victoires.

Cela le doit au génie d'Albert Einstein.

Seuls les paresseux ne connaissent pas les enseignements d'Albert Einstein, qui témoignent de la relativité de tout ce qui se passe dans ce monde mortel. Depuis près de cent ans, des controverses éclatent non seulement dans le monde scientifique, mais aussi dans le monde des physiciens en exercice. La théorie de la relativité d'Einstein en mots simples C’est tout à fait accessible et ce n’est pas un secret pour les non-initiés.

Quelques questions générales

Compte tenu des particularités des enseignements théoriques du grand Albert, ses postulats peuvent être évalués de manière ambiguë par divers mouvements de physiciens théoriciens, d'écoles scientifiques assez élevées, ainsi que par les adeptes du courant irrationnel de l'école physico-mathématique.

Au début du siècle dernier, lors de l'essor de la pensée scientifique et dans le contexte des changements sociaux, certains mouvements scientifiques ont commencé à émerger, la théorie de la relativité de tout ce dans lequel vit une personne est apparue. Quelle que soit la façon dont nos contemporains évaluent cette situation, tout dans le monde réel n’est vraiment pas statique, La théorie de la relativité restreinte d'Einstein:

• Les temps changent, les points de vue et l'opinion mentale de la société sur certains problèmes sociaux changent ;
• Les fondements sociaux et les visions du monde concernant la doctrine des probabilités dans divers systèmes étatiques et dans des conditions particulières de développement social ont changé au fil du temps et sous l'influence d'autres mécanismes objectifs.
• Comment se sont formées les opinions de la société sur les problèmes de développement social, les attitudes et les opinions sur les problèmes de développement social se sont formées de la même manière. Les théories d'Einstein sur le temps.

Important! La théorie de la gravité d'Einstein a été à l'origine de conflits systémiques entre les scientifiques les plus réputés, tant au début de son développement que pendant son achèvement. On en parlait, les débats étaient nombreux, c'est devenu le sujet de conversation dans les salons les plus prestigieux de différents pays.

Les scientifiques en discutaient, c’était le sujet de conversation. Il y avait même une hypothèse selon laquelle l'enseignement n'était compréhensible que par trois personnes issues du monde scientifique. Le moment venu, les prêtres de la plus mystérieuse des sciences – les mathématiques euclidiennes – commencèrent à expliquer les postulats. Puis on a tenté de construire son modèle numérique et les mêmes conséquences mathématiquement vérifiées de son action sur l'espace mondial, l'auteur de l'hypothèse a admis qu'il était devenu très difficile de comprendre même ce qu'il avait créé. Alors, qu'est-ce que théorie générale de la relativité, Quoi explore et quelle application pratique a-t-il trouvé dans le monde moderne ?

Histoire et racines de la théorie

Aujourd’hui, dans la grande majorité des cas, les réalisations du grand Einstein sont brièvement décrites comme une négation complète de ce qui était à l’origine une constante inébranlable. C'est cette découverte qui a permis de réfuter ce qui est connu de tous les écoliers comme un binôme physique.

La majorité de la population de la planète, d'une manière ou d'une autre, avec soin et réflexion ou superficiellement, ne serait-ce qu'une seule fois, s'est tournée vers les pages du grand livre - la Bible.

C'est là que vous pouvez lire ce qui est devenu une véritable confirmation l'essence de l'enseignement- sur quoi a travaillé un jeune scientifique américain au début du siècle dernier. Les faits de lévitation et d’autres choses assez courantes dans l’histoire de l’Ancien Testament sont devenus des miracles dans les temps modernes. L'éther est un espace dans lequel une personne a vécu une vie complètement différente. Les particularités de la vie à l'antenne ont été étudiées par de nombreuses célébrités mondiales dans le domaine des sciences naturelles. ET La théorie de la gravité d'Einstein a confirmé que ce qui était décrit dans le livre ancien est vrai.

Les travaux d'Hendrik Lorentz et d'Henri Poincaré ont permis de découvrir expérimentalement certaines caractéristiques de l'éther. Tout d’abord, il s’agit d’un travail de création de modèles mathématiques du monde. La base était la confirmation pratique que lorsque des particules matérielles se déplacent dans l'espace éthéré, elles se contractent par rapport à la direction du mouvement.

Les travaux de ces grands scientifiques ont permis de jeter les bases des principaux postulats de la doctrine. C'est ce fait qui fournit une matière constante à l'affirmation selon laquelle les travaux du prix Nobel et La théorie relativiste d'Albertétaient et restent du plagiat. De nombreux scientifiques affirment aujourd'hui que de nombreux postulats ont été acceptés bien plus tôt, par exemple :

• Le concept de simultanéité conditionnelle des événements ;
• Principes de l'hypothèse binomiale constante et critères de la vitesse de la lumière.

Que faire pour comprendre la théorie de la relativité? Le problème réside dans le passé. C'est dans les travaux de Poincaré qu'a été émise l'hypothèse selon laquelle les vitesses élevées dans les lois de la mécanique devraient être repensées. Grâce aux déclarations du physicien français, le monde scientifique a appris à quel point le mouvement en projection est relatif à la théorie de l'espace éthéré.

En science statique, un grand nombre de processus physiques ont été pris en compte pour divers objets matériels se déplaçant avec . Les postulats du concept général décrivent les processus se produisant avec des objets en accélération, expliquent l'existence des particules de graviton et la gravité elle-même. L'essence de la théorie de la relativité en expliquant ces faits qui étaient auparavant absurdes pour les scientifiques. S'il est nécessaire de décrire les caractéristiques du mouvement et les lois de la mécanique, les relations entre l'espace et le continuum temporel dans des conditions proches de la vitesse de la lumière, les postulats de la doctrine de la relativité doivent être appliqués exclusivement.

À propos de la théorie brièvement et clairement

Pourquoi l’enseignement du grand Albert est-il si différent de ce que les physiciens ont fait avant lui ? Auparavant, la physique était une science plutôt statique qui considérait les principes du développement de tous les processus de la nature dans le cadre du système « ici, aujourd'hui et maintenant ». Einstein a permis de voir tout ce qui se passait non seulement dans un espace tridimensionnel, mais également par rapport à divers objets et points dans le temps.

Attention! En 1905, quand Einstein a publié sa théorie de la relativité, il a permis d'expliquer et d'interpréter de manière accessible le mouvement entre différents systèmes de calcul inertiel.

Ses principales dispositions sont le rapport des vitesses constantes de deux objets se déplaçant l'un par rapport à l'autre au lieu de prendre l'un des objets, qui peut être considéré comme l'un des facteurs de référence absolus.

Caractéristique de l'enseignement c’est qu’elle peut être considérée par rapport à un cas exceptionnel. Principaux facteurs :

1. Rectitude de la direction du mouvement ;
2. Uniformité du mouvement d'un corps matériel.

Lors d'un changement de direction ou d'autres paramètres simples, lorsqu'un corps matériel peut accélérer ou se tourner sur les côtés, les lois de la doctrine statique de la relativité ne sont pas valables. Dans ce cas, les lois de la relativité générale entrent en vigueur, ce qui peut expliquer le mouvement des corps matériels dans une situation générale. Ainsi, Einstein a trouvé une explication à tous les principes d'interaction des corps physiques entre eux dans l'espace.

Principes de relativité

Principes d'enseignement

La déclaration sur la relativité a fait l’objet des discussions les plus animées depuis cent ans. La plupart des scientifiques considèrent diverses applications de ces postulats comme des applications de deux principes de physique. Et cette voie est la plus populaire parmi la physique appliquée. Postulats de base théories de la relativité, faits intéressants, qui ont trouvé aujourd'hui une confirmation irréfutable :

• Le principe de relativité. Préservation de la relation des corps sous toutes les lois de la physique. Les accepter comme des référentiels inertiels qui se déplacent à des vitesses constantes les uns par rapport aux autres.
• Postulez sur la vitesse de la lumière. Elle reste une constante immuable dans toutes les situations, quelles que soient la vitesse et la relation avec les sources lumineuses.

Malgré les contradictions entre le nouvel enseignement et les postulats fondamentaux de l'une des sciences les plus exactes, basées sur des indicateurs statiques constants, la nouvelle hypothèse a attiré l'attention avec un nouveau regard sur le monde qui nous entoure. Le succès du scientifique a été assuré, ce qui a été confirmé par l'attribution du prix Nobel dans le domaine des sciences exactes.

Qu'est-ce qui a causé une telle popularité étonnante, et comment Einstein a découvert sa théorie de la relativité? Tactiques d'un jeune scientifique.

1. Jusqu'à présent, des scientifiques de renommée mondiale ont présenté une thèse et ont ensuite mené une série d'études pratiques. Si à un moment donné des données obtenues ne correspondaient pas au concept général, elles étaient reconnues comme erronées et des raisons étaient données.
2. Le jeune génie a utilisé des tactiques radicalement différentes, a mené des expériences pratiques, elles étaient en série. Les résultats obtenus, même s'ils ne s'inscrivent pas dans la série conceptuelle, ont été intégrés dans une théorie cohérente. Et pas d'"erreurs" ni d'"inexactitudes", tous les instants hypothèses de relativité, exemples et les résultats des observations s'inscrivent clairement dans l'enseignement théorique révolutionnaire.
3. Le futur lauréat du prix Nobel a nié la nécessité d'étudier le mystérieux éther, où se propagent les ondes lumineuses. La croyance selon laquelle l’éther existe a conduit à un certain nombre d’idées fausses importantes. Le postulat principal est le changement de la vitesse du faisceau lumineux par rapport à l'observateur observant le processus dans le milieu éthéré.

La relativité pour les nuls

La relativité est l'explication la plus simple

Conclusion

La principale réalisation du scientifique est la preuve de l'harmonie et de l'unité de quantités telles que l'espace et le temps. Le caractère fondamental du lien entre ces deux continuums au sein des trois dimensions, combiné à la dimension temporelle, a permis de comprendre de nombreux secrets de la nature du monde matériel. Grâce à La théorie de la gravité d'Einstein L'étude des profondeurs et d'autres réalisations de la science moderne est devenue accessible parce que les possibilités d'enseignement n'ont pas été pleinement utilisées à ce jour.

Grand secret de polichinelle

Alexander Grishaev, fragment de l'article « Déversements et mèches de gravité universelle»

"Les Britanniques ne nettoient pas leurs armes avec des briques : qu'ils ne nettoient pas les nôtres non plus, sinon, Dieu nous préserve de la guerre, ils ne sont pas bons pour tirer..." - N. Leskov.

8 miroirs paraboliques du complexe d'antennes de réception et d'émission ADU-1000 font partie du complexe de réception Pluton du Center for Deep Space Communications...

Au cours des premières années de l’exploration de l’espace lointain, un certain nombre de stations interplanétaires soviétiques et américaines ont malheureusement été perdues. Même si le lancement s'est déroulé sans échec, comme le disent les experts, "en mode normal", tous les systèmes ont fonctionné normalement, tous les ajustements d'orbite pré-approvisionnés se sont déroulés normalement, la communication avec les appareils a été interrompue de manière inattendue.

Au point que, lors de la prochaine « fenêtre » favorable au lancement, des appareils identiques avec le même programme ont été lancés par lots, les uns après les autres, dans l'espoir qu'au moins un puisse aboutir victorieusement. Mais - où est-il ! Il y avait une certaine raison qui coupait la connexion à l'approche des planètes, qui ne faisaient pas de concessions.

Bien sûr, ils ont gardé le silence à ce sujet. Le public insensé a été informé que la station passait à une distance de, disons, 120 000 kilomètres de la planète. Le ton de ces messages était si joyeux qu'on ne pouvait s'empêcher de penser : « Les gars tirent ! Cent vingt mille, ce n’est pas mal. J'aurais pu le faire à trois cent mille ! Vous effectuez de nouveaux lancements plus précis ! » Personne n'avait la moindre idée de l'intensité du drame - que les experts préparaient quelque chose je n'ai pas compris à bout portant.

En fin de compte, nous avons décidé d'essayer ceci. Le signal utilisé pour communiquer, qu’on le sache, a longtemps été représenté sous forme d’ondes – les ondes radio. La façon la plus simple d’imaginer ce que sont ces vagues est « l’effet domino ». Le signal de communication se propage dans l’espace comme une vague de dominos tombant.

La vitesse de propagation des vagues dépend de la vitesse à laquelle chaque domino tombe, et comme tous les dominos sont identiques et tombent au même moment, la vitesse de la vague est une valeur constante. La distance entre les dominos est appelée par les physiciens "longueur d'onde".

Exemple de vague - « effet domino »

Supposons maintenant que nous ayons un corps céleste (appelons-le Vénus), marqué sur cette figure par un gribouillage rouge. Disons que si nous poussons le domino initial, alors chaque domino suivant tombera sur le suivant en une seconde. Si exactement 100 dominos sont placés entre nous et Vénus, la vague l'atteindra une fois que les 100 dominos tomberont en séquence, pendant une seconde chacun. Au total, notre vague atteindra Vénus en 100 secondes.

C'est le cas si Vénus reste immobile. Et si Vénus ne restait pas immobile ? Disons que pendant que 100 dominos tombent, notre Vénus parvient à « ramper » jusqu'à une distance égale à la distance entre plusieurs dominos (plusieurs longueurs d'onde), que se passera-t-il alors ?

Les académiciens ont décidé que se passerait-il si la vague rattrapait Vénus selon la loi même que les élèves du primaire utilisent dans des problèmes tels que : « Du point UN le train part à grande vitesse UN km/heure, et du point B au même moment un piéton sort à une vitesse b dans le même sens, combien de temps faudra-t-il au train pour rattraper le piéton ?

Lorsque les universitaires ont réalisé qu’ils devaient résoudre un problème aussi simple pour les jeunes écoliers, les choses ont commencé à s’améliorer. Sans cette ingéniosité, nous n’aurions pas vu les réalisations exceptionnelles de l’astronautique interplanétaire.

Et qu'y a-t-il de si rusé ici, que le inexpérimenté en sciences lèvera les mains ?! Et au contraire, Znayka, expérimentée en sciences, criera : garde, arrêtez le voyou, c'est de la pseudoscience ! Selon la science réelle et correcte, ce problème devrait être résolu complètement différemment ! Après tout, nous n'avons pas affaire à des vaisseaux renards-pédistes lents, mais à un signal se précipitant après Vénus à la vitesse de la lumière, qui, quelle que soit la vitesse à laquelle vous ou Vénus courez, vous rattrape toujours à la vitesse de lumière! De plus, si vous vous précipitez vers lui, vous ne le rencontrerez pas plus vite !

Principes de relativité

"C'est comme ça", s'exclamera Dunno, "il s'avère que si du point de vue B pour moi, qui suis dans le vaisseau spatial au moment UN Ils vous feront savoir qu'ils ont à bord une dangereuse épidémie, contre laquelle j'ai un remède ; il est inutile que je me retourne pour les rencontrer, car... Nous ne nous reverrons toujours pas plus tôt si le vaisseau spatial qui m'a été envoyé se déplace à la vitesse de la lumière ? Et cela signifie que je peux, la conscience tranquille, continuer mon chemin jusqu'au point C livrer un chargement de couches pour les singes qui doivent naître le mois prochain ?

"Exactement", vous répondra Znayka, "si vous étiez à vélo, vous devrez alors rouler comme le montre la flèche en pointillé - vers la voiture qui part pour vous." Mais si un véhicule à vitesse légère se dirige vers vous, alors que vous vous y dirigiez, que vous vous en éloigniez ou que vous restiez en place, cela n'a pas d'importance - L'heure du rendez-vous ne peut pas être modifiée.

"Comment est-il possible", Je ne sais pas revenir à nos dominos, "les dominos commenceront-ils à tomber plus vite ?" Cela n'aidera pas - ce sera juste un problème pour qu'Achille rattrape une tortue, quelle que soit la vitesse à laquelle Achille court, il lui faudra encore un certain temps pour parcourir la distance supplémentaire parcourue par la tortue.

Non, tout est plus frais ici - si un rayon de lumière vous rattrape, alors vous, en vous déplaçant, étirez l'espace. Placez les mêmes dominos sur un élastique et tirez-le - la croix rouge dessus bougera, mais les dominos bougeront également, la distance entre les dominos augmente, c'est-à-dire La longueur d’onde augmente, et il y aura donc à tout moment le même nombre de dominos entre vous et le point de départ de la vague. Ouah!

C'est moi qui ai généralement exposé les fondements de l'idée d'Einstein. Théories de la relativité, la seule théorie scientifique correcte, selon laquelle le passage d'un signal sublumineux doit être pris en compte, y compris lors du calcul des modes de communication avec des sondes interplanétaires.

Affinons un point : dans les théories relativistes (et il y en a deux) : CENT– théorie spéciale de la relativité et GTO– théorie de la relativité générale) la vitesse de la lumière est absolue et ne peut en aucun cas être dépassée. Et un terme utile pour décrire l'effet d'augmentation de la distance entre les jointures est appelé " Effet Doppler» – l'effet d'augmenter la longueur d'onde si l'onde suit un objet en mouvement, et l'effet de raccourcir la longueur d'onde si l'objet se déplace vers l'onde.

Ainsi, les académiciens croyaient que selon la seule théorie correcte, il ne restait que des sondes pour le lait. Pendant ce temps, dans les années 60 du 20e siècle, un certain nombre de pays produisaient Radar de Vénus. Avec la détection radar de Vénus, ce postulat d'addition relativiste des vitesses peut être vérifié.

Américain B.J. Wallace en 1969, dans l'article « Vérification radar de la vitesse relative de la lumière dans l'espace », il analyse huit observations radar de Vénus publiées en 1961. L'analyse le convainc que la vitesse du faisceau radio ( contrairement à la théorie de la relativité) s'ajoute algébriquement à la vitesse de rotation de la Terre. Par la suite, il a eu du mal à publier des documents sur ce sujet.

Listons les articles consacrés aux expériences évoquées :

1. VIRGINIE. Kotelnikov et al. « Installation radar utilisée dans le radar de Vénus en 1961. » Ingénierie radio et électronique, 7, 11 (1962) 1851.

2. VIRGINIE. Kotelnikov et al. « Résultats radar de Vénus en 1961 » Ibid., page 1860.

3. VIRGINIE. Morozov, Z.G. Trunova « Analyseur de signaux faibles utilisé dans le radar de Vénus en 1961. » Ibid., page 1880.

Conclusions, qui ont été formulés dans le troisième article, sont compréhensibles même pour Dunno, qui a compris la théorie de la chute des dominos, qui est énoncée ici au début.

Dans le dernier article, dans la partie où ils décrivaient les conditions de détection d'un signal réfléchi par Vénus, il y avait la phrase suivante : « La composante bande étroite s'entend comme la composante du signal d'écho correspondant à la réflexion d'un réflecteur ponctuel fixe...»

Ici, la « composante à bande étroite » est la composante détectée du signal revenant de Vénus, et elle est détectée si Vénus est considérée... immobile! Ceux. les gars n'ont pas écrit ça directement L'effet Doppler n'est pas détecté, ils ont plutôt écrit que le signal n'est reconnu par le récepteur que si le mouvement de Vénus dans la même direction que le signal n'est pas pris en compte, c'est-à-dire lorsque l'effet Doppler est nul selon n'importe quelle théorie, mais comme Vénus se déplaçait, alors l'effet d'allongement des ondes ne s'est pas produit, ce qui était prescrit par la théorie de la relativité.

Au grand malheur de la théorie de la relativité, Vénus n’a pas étiré l’espace, et les « dominos » étaient bien plus empilés au moment où le signal est arrivé sur Vénus qu’au moment de son lancement depuis la Terre. Vénus, comme la tortue d'Achille, a réussi à s'éloigner des marches des vagues et à la rattraper à la vitesse de la lumière.

Évidemment, les chercheurs américains ont fait de même, comme en témoigne le cas mentionné ci-dessus avec Wallace, qui n'a pas été autorisé à publier un article sur l'interprétation des résultats obtenus lors du scan de Vénus. Ainsi, les commissions de lutte contre la pseudoscience fonctionnaient régulièrement non seulement dans l’Union soviétique totalitaire.

À propos, comme nous l'avons découvert, l'allongement des ondes, selon la théorie, devrait indiquer la distance entre l'objet spatial et l'observateur, et cela s'appelle décalage vers le rouge, et ce redshift, découvert par Hubble en 1929, est à la base de la théorie cosmogonique du Big Bang.

Localisation de Vénus montrée absence ceci très compensations, et désormais, à partir du moment des résultats réussis de la localisation de Vénus, cette théorie - la théorie du Big Bang - ainsi que les hypothèses des « trous noirs » et autres absurdités relativistes, passent dans la catégorie de la science fiction. La science-fiction, pour laquelle ils donnent des prix Nobel non pas en littérature, mais en physique !!! Merveilleuses sont tes œuvres, Seigneur !

P.S. A l'occasion du 100ème anniversaire de la SRT et du 90ème anniversaire de la Relativité Générale, on a découvert que ni l'une ni l'autre théorie n'était confirmée expérimentalement ! A l’occasion de l’anniversaire, le projet «Sonde gravitationnelle B (GP-B) " d'une valeur de 760 millions de dollars, ce qui était censé apporter au moins une confirmation de ces théories ridicules, mais tout s'est terminé dans un grand embarras. Le prochain article est justement consacré à cela...

L'OTO d'Einstein : « et le roi est nu ! »

« En juin 2004, l'Assemblée générale des Nations Unies a décidé de proclamer 2005 Année internationale de la physique. L'Assemblée a invité l'UNESCO (Organisation des Nations Unies pour l'éducation, la science et la culture) à organiser des activités pour la célébration de l'Année en coopération avec les sociétés de physique et d'autres groupes intéressés du monde entier... »– Message du Bulletin de l’ONU

Bien sûr! – L’année prochaine marque le 100e anniversaire de la théorie restreinte de la relativité ( CENT), 90 ans – Théorie générale de la relativité ( GTO) - cent ans de triomphe continu de la nouvelle physique, qui a renversé la physique newtonienne archaïque de son piédestal, croyaient les responsables de l'ONU, anticipant les célébrations de l'année prochaine et honorant le plus grand génie de tous les temps et de tous les peuples, ainsi que ses disciples .

Mais les adeptes savaient mieux que d'autres que les théories « brillantes » ne s'étaient en aucune façon manifestées depuis près de cent ans : aucune prédiction de phénomènes nouveaux n'était faite sur leur base et aucune explication n'était donnée pour ceux déjà découverts, mais non expliqués par physique newtonienne classique. Rien du tout, RIEN !

La Relativité Générale n'a pas eu une seule confirmation expérimentale !

Tout ce que l’on savait, c’est que la théorie était brillante, mais personne ne savait à quoi elle servait. Eh bien, oui, elle la nourrissait régulièrement de promesses et de petits-déjeuners, pour lesquels d'énormes sommes d'argent étaient payées, et en fin de compte - des romans de science-fiction sur les trous noirs, pour lesquels les prix Nobel n'étaient pas décernés en littérature, mais en physique. , les collisionneurs furent construits les uns après les autres, les uns plus grands que les autres. Partout dans le monde se multipliaient les interféromètres gravitationnels, dans lesquels, pour paraphraser Confucius, dans la « matière noire » ils cherchaient un chat noir, qui d'ailleurs était pas là, et personne n’avait même vu la « matière noire » elle-même.

Ainsi, en avril 2004, un projet des plus ambitieux a été lancé, soigneusement préparé pendant une quarantaine d'années et pour la phase finale duquel 760 millions de dollars ont été alloués - "Sonde gravitationnelle B (GP-B)". Test de gravité Bétait censé enrouler, ni plus ni moins, l'espace-temps einsteinien, à raison de 6,6 secondes d'arc, sur des gyroscopes de précision (c'est-à-dire des sommets), en environ un an de vol - exactement pour le grand anniversaire.

Immédiatement après le lancement, nous attendions les rapports victorieux, dans l'esprit de «l'adjudant de Son Excellence» - la «lettre» suivait le Nième kilomètre: «La première seconde d'arc de l'espace-temps a été enroulée avec succès». Mais les rapports victorieux pour lesquels les croyants aux plus grandioses arnaque du 20ème siècle, d’une manière ou d’une autre, tout n’a pas suivi.

Et sans rapports victorieux, qu'est-ce qu'un anniversaire - des foules d'ennemis de l'enseignement le plus progressiste, stylos et calculatrices à la main, n'attendent que de cracher sur le grand enseignement d'Einstein. Alors ils m'ont laissé tomber "Année internationale de la physique" sur les freins - il est passé tranquillement et inaperçu.

Il n'y a pas eu de rapports victorieux immédiatement après l'achèvement de la mission, en août de l'année anniversaire : il y a seulement eu un message selon lequel tout allait bien, la brillante théorie a été confirmée, mais nous traiterons un peu les résultats, et dans exactement un année, il y aura une réponse exacte. Il n’y avait aucune réponse même après un an ou deux. Finalement, ils ont promis de finaliser les résultats d’ici mars 2010.

Et où est ce résultat ?! Après avoir cherché sur Internet, j'ai trouvé cette note intéressante dans le LiveJournal d'un blogueur :

Sonde gravitationnelle B (GP-B) – partraces760 millions de dollars. $

Alors - la physique moderne ne doute pas du GTR, semble-t-il, pourquoi alors est-il nécessaire de mener une expérience d'une valeur de 760 millions de dollars visant à confirmer les effets du GTR ?

Après tout, cela n’a aucun sens – cela équivaut à dépenser près d’un milliard, par exemple, pour confirmer la loi d’Archimède. Cependant, à en juger par les résultats de l'expérience, cet argent n'était pas destiné à l'expérience, l'argent a été dépensé en relations publiques.

L'expérience a été réalisée à l'aide d'un satellite lancé le 20 avril 2004, équipé d'équipements permettant de mesurer l'effet Lense-Thirring (conséquence directe de la relativité générale). Satellite Sonde gravitationnelle B emportaient à bord les gyroscopes les plus précis au monde à l’époque. Le plan expérimental est assez bien décrit sur Wikipédia.

Déjà pendant la période de collecte des données, des questions ont commencé à se poser concernant la conception expérimentale et la précision de l'équipement. Après tout, malgré le budget énorme, les équipements conçus pour mesurer les effets ultrafins n’ont jamais été testés dans l’espace. Au cours de la collecte de données, des vibrations ont été révélées en raison de l'ébullition de l'hélium dans le dewar, il y a eu des arrêts inattendus des gyroscopes suivis de rotations dues à des pannes de l'électronique sous l'influence de particules cosmiques énergétiques ; Il y a eu des pannes informatiques et des pertes de tableaux de « données scientifiques », et le problème le plus important s'est avéré être l'effet « polhode ».

Concept "polhode" Ses racines remontent au XVIIIe siècle, lorsque l'éminent mathématicien et astronome Leonhard Euler a obtenu un système d'équations pour le libre mouvement des corps solides. En particulier, Euler et ses contemporains (D'Alembert, Lagrange) ont étudié les fluctuations (très faibles) des mesures de la latitude terrestre, qui se produisaient apparemment en raison des fluctuations de la Terre par rapport à l'axe de rotation (axe polaire)...

Gyroscopes GP-B, inclus dans le livre Guinness comme les objets les plus sphériques jamais fabriqués par des mains humaines. La sphère est en verre de quartz et recouverte d'une fine pellicule de niobium supraconducteur. Les surfaces de quartz sont polies au niveau atomique.

Suite à la discussion sur la précession axiale, vous avez le droit de poser une question directe : pourquoi les gyroscopes GP-B, répertoriés dans le Livre Guinness des records comme les objets les plus sphériques, présentent-ils également une précession axiale ? En effet, dans un corps complètement sphérique et homogène, dans lequel les trois axes principaux d'inertie sont identiques, la période de polhode autour de l'un de ces axes serait infiniment grande et, à toutes fins pratiques, elle n'existerait pas.

Cependant, les rotors GP-B ne sont pas des sphères « parfaites ». La forme sphérique et l'homogénéité du substrat en quartz fondu permettent d'équilibrer les moments d'inertie par rapport aux axes à une partie sur un million - cela suffit déjà pour nécessiter la prise en compte de la période de maintien du rotor et la fixation de la piste le long laquelle l'extrémité de l'axe du rotor se déplacera.

Tout cela était attendu. Avant le lancement du satellite, le comportement des rotors du GP-B a été simulé. Mais le consensus dominant était que, puisque les rotors étaient presque idéaux et presque uniformes, ils donneraient une très petite amplitude de la piste polhode et une période si longue que la rotation polhode de l'axe ne changerait pas de manière significative tout au long de l'expérience.

Cependant, contrairement aux bonnes prévisions, les rotors GP-B ont permis dans la réalité de constater une précession axiale importante. Compte tenu de la géométrie presque parfaitement sphérique et de la composition homogène des rotors, deux possibilités se présentent :

– décomposition interne de l'énergie ;

– influence extérieure à fréquence constante.

Il s’avère qu’une combinaison des deux fonctionne. Bien que le rotor soit symétrique, comme la Terre décrite ci-dessus, le gyroscope est toujours élastique et dépasse d'environ 10 nm à l'équateur. Puisque l’axe de rotation dérive, la convexité de la surface du corps dérive également. En raison de petits défauts dans la structure du rotor et de défauts de limite locaux entre le matériau du noyau du rotor et son revêtement en niobium, l'énergie de rotation peut être dissipée en interne. Cela provoque un changement de trajectoire de dérive sans modifier le moment cinétique global (un peu comme lorsqu'un œuf cru tourne).

Si les effets prédits par la relativité générale se manifestent réellement, alors pour chaque année Sonde gravitationnelle B en orbite, les axes de rotation de ses gyroscopes devraient s'écarter respectivement de 6,6 secondes d'arc et 42 secondes d'arc

Deux gyroscopes en 11 mois à cause de cet effet tourné de plusieurs dizaines de degrés, parce que tournaient le long de l’axe d’inertie minimale.

En conséquence, les gyroscopes conçus pour mesurer millisecondes arc angulaire, étaient exposés à des effets imprévus et à des erreurs pouvant atteindre plusieurs dizaines de degrés ! En fait c'était échec de la mission Cependant, les résultats ont été simplement étouffés. Si les résultats définitifs de la mission devaient initialement être annoncés fin 2007, ils ont ensuite été reportés à septembre 2008, puis totalement à mars 2010.

Comme le rapportait joyeusement Francis Everitt : « En raison de l'interaction des charges électriques « gelées » dans les gyroscopes et les parois de leurs chambres, (l'effet patch), et les effets inédits des lectures de lecture, qui n'ont pas encore été totalement exclus des données obtenues, la précision des mesures à ce stade est limitée à 0,1 seconde d'arc, ce qui permet de confirmer l'effet de précession géodésique (6,606 secondes d'arc par an) avec une précision meilleure que 1% (6,606 secondes d'arc par an), mais ne permet pas encore d'isoler et de vérifier le phénomène de traînage du référentiel inertiel (0,039 seconde d'arc par an). Un travail intensif est en cours pour calculer et extraire le bruit de mesure..."

Je veux dire, comment j'ai commenté cette déclaration ZZCW : « des dizaines de degrés, on soustrait des dizaines de degrés et il reste des millisecondes angulaires, avec une précision d'un pour cent (et alors la précision déclarée sera encore plus élevée, car pour un communisme complet il faudrait confirmer l'effet Lense-Thirring) correspondant au effet clé de la Relativité Générale… »

Pas étonnant que La NASA a refusé accorder des millions supplémentaires de subventions à Stanford pour un programme de 18 mois visant à « améliorer davantage l'analyse des données » prévu pour la période d'octobre 2008 à mars 2010.

Les scientifiques qui veulent obtenir BRUT(données brutes) pour une confirmation indépendante, ont été surpris de constater qu'à la place BRUT et sources NSSDC ils ne reçoivent que des « données de deuxième niveau ». "Niveau deux" signifie que "les données ont été légèrement traitées..."

En conséquence, l’équipe de Stanford, privée de financement, a publié le 5 février un rapport final qui se lit ainsi :

Après soustraction des corrections pour l'effet géodésique solaire (+7 marc-s/an) et le mouvement propre de l'étoile guide (+28 ± 1 marc-s/an), le résultat est −6,673 ± 97 marc-s/an, à comparer avec les −6 606 marc-s/an prévus par la Relativité Générale

C’est l’opinion d’un blogueur que je ne connais pas, dont nous considérerons l’opinion comme la voix du garçon qui a crié : « Et le roi est nu !»

Et maintenant nous citerons les déclarations de spécialistes très compétents, dont les qualifications sont difficiles à contester.

Nikolaï Levachov « La théorie de la relativité est un faux fondement de la physique »

Nikolay Levashov « La théorie d’Einstein, l’astrophysique, les expériences feutrées »

Plus de détails et diverses informations sur les événements qui se déroulent en Russie, en Ukraine et dans d'autres pays de notre belle planète peuvent être obtenues sur Conférences Internet, tenu en permanence sur le site « Clés du Savoir ». Toutes les conférences sont ouvertes et entièrement gratuit. Nous invitons tous ceux qui se réveillent et sont intéressés...

Théorie générale de la relativité(GTR) est une théorie géométrique de la gravité publiée par Albert Einstein en 1915-1916. Dans le cadre de cette théorie, qui constitue un développement ultérieur de la théorie de la relativité restreinte, il est postulé que les effets gravitationnels ne sont pas provoqués par l'interaction de forces de corps et de champs situés dans l'espace-temps, mais par la déformation de l'espace-temps. elle-même, qui est associée notamment à la présence de masse-énergie. Ainsi, en relativité générale, comme dans d’autres théories métriques, la gravité n’est pas une interaction de force. La relativité générale diffère des autres théories métriques de la gravité en utilisant les équations d'Einstein pour relier la courbure de l'espace-temps à la matière présente dans l'espace.

La relativité générale est actuellement la théorie gravitationnelle la plus aboutie, bien confirmée par les observations. Le premier succès de la relativité générale fut d'expliquer la précession anormale du périhélie de Mercure. Puis, en 1919, Arthur Eddington rapporta l’observation d’une déviation de la lumière près du Soleil lors d’une éclipse totale, confirmant ainsi les prédictions de la relativité générale.

Depuis lors, de nombreuses autres observations et expériences ont confirmé un nombre important de prédictions de la théorie, notamment la dilatation gravitationnelle du temps, le redshift gravitationnel, le retard du signal dans le champ gravitationnel et, jusqu'à présent seulement indirectement, le rayonnement gravitationnel. De plus, de nombreuses observations sont interprétées comme la confirmation de l'une des prédictions les plus mystérieuses et exotiques de la théorie de la relativité générale : l'existence de trous noirs.

Malgré le succès retentissant de la théorie de la relativité générale, il existe un malaise dans la communauté scientifique du fait qu'elle ne peut être reformulée comme la limite classique de la théorie quantique en raison de l'apparition de divergences mathématiques inamovibles lorsqu'on considère les trous noirs et l'espace-temps. singularités en général. Un certain nombre de théories alternatives ont été proposées pour résoudre ce problème. Les données expérimentales modernes indiquent que tout type d’écart par rapport à la relativité générale devrait être très faible, voire inexistant.

Principes de base de la relativité générale

La théorie de la gravité de Newton est basée sur le concept de gravité, qui est une force à longue portée : elle agit instantanément à n'importe quelle distance. Ce caractère instantané de l'action est incompatible avec le paradigme de champ de la physique moderne et, en particulier, avec la théorie de la relativité restreinte, créée en 1905 par Einstein, inspirée des travaux de Poincaré et Lorentz. Selon la théorie d’Einstein, aucune information ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide.

Mathématiquement, la force gravitationnelle de Newton dérive de l’énergie potentielle d’un corps dans un champ gravitationnel. Le potentiel gravitationnel correspondant à cette énergie potentielle obéit à l'équation de Poisson, qui n'est pas invariante sous les transformations de Lorentz. La raison de la non-invariance est que l'énergie dans la théorie de la relativité restreinte n'est pas une quantité scalaire, mais entre dans la composante temporelle du vecteur 4. La théorie vectorielle de la gravité s'avère similaire à la théorie du champ électromagnétique de Maxwell et conduit à une énergie négative des ondes gravitationnelles, qui est associée à la nature de l'interaction : comme les charges (masse) dans la gravité s'attirent et ne se repoussent pas, comme en électromagnétisme. Ainsi, la théorie de la gravité de Newton est incompatible avec le principe fondamental de la théorie de la relativité restreinte - l'invariance des lois de la nature dans tout référentiel inertiel et la généralisation vectorielle directe de la théorie de Newton, proposée pour la première fois par Poincaré en 1905 dans son Les travaux « Sur la dynamique de l'électron » conduisent à des résultats physiquement insatisfaisants.

Einstein a commencé à rechercher une théorie de la gravité qui serait compatible avec le principe d'invariance des lois de la nature par rapport à n'importe quel cadre de référence. Le résultat de cette recherche fut la théorie générale de la relativité, basée sur le principe de l'identité de la masse gravitationnelle et inertielle.

Le principe d'égalité des masses gravitationnelles et inertielles

Dans la mécanique newtonienne classique, il existe deux concepts de masse : le premier fait référence à la deuxième loi de Newton et le second à la loi de la gravitation universelle. La première masse - inertielle (ou inertielle) - est le rapport entre la force non gravitationnelle agissant sur le corps et son accélération. La deuxième masse - gravitationnelle (ou, comme on l'appelle parfois, lourde) - détermine la force d'attraction d'un corps par d'autres corps et sa propre force d'attraction. D'une manière générale, comme le montre la description, ces deux masses sont mesurées dans diverses expériences et ne doivent donc pas du tout être proportionnelles l'une à l'autre. Leur stricte proportionnalité permet de parler d’une masse corporelle unique dans les interactions non gravitationnelles et gravitationnelles. Grâce à un choix approprié d'unités, ces masses peuvent être rendues égales les unes aux autres. Le principe lui-même a été avancé par Isaac Newton, et l'égalité des masses a été vérifiée expérimentalement par lui avec une précision relative de 10 ?3. À la fin du XIXe siècle, Eötvös réalise des expériences plus subtiles, portant la précision des tests du principe à 10?9. Au cours du XXe siècle, la technologie expérimentale a permis de confirmer l'égalité des masses avec une précision relative de 10?12-10?13 (Braginsky, Dicke, etc.). Parfois, le principe d'égalité des masses gravitationnelles et inertielles est appelé principe d'équivalence faible. Albert Einstein l'a basé sur la théorie de la relativité générale.

Le principe du mouvement le long des lignes géodésiques

Si la masse gravitationnelle est exactement égale à la masse inertielle, alors dans l'expression de l'accélération d'un corps sur lequel seules les forces gravitationnelles agissent, les deux masses s'annulent. Ainsi, l’accélération d’un corps, et donc sa trajectoire, ne dépend pas de la masse et de la structure interne du corps. Si tous les corps au même point de l'espace reçoivent la même accélération, alors cette accélération peut être associée non pas aux propriétés des corps, mais aux propriétés de l'espace lui-même en ce point.

Ainsi, la description de l’interaction gravitationnelle entre corps peut se réduire à une description de l’espace-temps dans lequel les corps se déplacent. Il est naturel de supposer, comme l’a fait Einstein, que les corps se déplacent par inertie, c’est-à-dire de telle manière que leur accélération dans leur propre référentiel soit nulle. Les trajectoires des corps seront alors des lignes géodésiques dont la théorie a été développée par les mathématiciens dès le XIXe siècle.

Les lignes géodésiques elles-mêmes peuvent être trouvées en spécifiant dans l'espace-temps un analogue de la distance entre deux événements, traditionnellement appelé intervalle ou fonction mondiale. Un intervalle dans l'espace tridimensionnel et le temps unidimensionnel (en d'autres termes, dans l'espace-temps à quatre dimensions) est donné par 10 composantes indépendantes du tenseur métrique. Ces 10 nombres forment la métrique de l’espace. Il définit la « distance » entre deux points infiniment proches de l’espace-temps dans des directions différentes. Les lignes géodésiques correspondant aux lignes du monde des corps physiques dont la vitesse est inférieure à la vitesse de la lumière s'avèrent être des lignes du plus grand temps propre, c'est-à-dire le temps mesuré par une horloge rigidement fixée au corps suivant cette trajectoire. Les expériences modernes confirment le mouvement des corps le long de lignes géodésiques avec la même précision que l'égalité des masses gravitationnelles et inertielles.

Courbure de l'espace-temps

Si vous lancez deux corps parallèles l'un à l'autre à partir de deux points proches, alors dans le champ gravitationnel, ils commenceront progressivement à se rapprocher ou à s'éloigner l'un de l'autre. Cet effet est appelé déviation de ligne géodésique. Un effet similaire peut être observé directement si deux balles sont lancées parallèlement l'une à l'autre le long d'une membrane en caoutchouc sur laquelle un objet massif est placé au centre. Les boules se disperseront : celle qui était la plus proche de l'objet poussant à travers la membrane tendra plus fortement vers le centre que la boule la plus éloignée. Cet écart (déviation) est dû à la courbure de la membrane. De même, dans l'espace-temps, la déviation des géodésiques (la divergence des trajectoires des corps) est associée à sa courbure. La courbure de l’espace-temps est uniquement déterminée par sa métrique – le tenseur métrique. La différence entre la théorie générale de la relativité et les théories alternatives de la gravité est déterminée dans la plupart des cas précisément dans la méthode de connexion entre la matière (corps et champs de nature non gravitationnelle qui créent le champ gravitationnel) et les propriétés métriques de l'espace-temps.

Relativité générale espace-temps et principe d'équivalence forte

On croit souvent à tort que la base de la théorie de la relativité générale est le principe d'équivalence des champs gravitationnels et inertiels, qui peut être formulé comme suit :
Un système physique local, suffisamment petit en taille, situé dans un champ gravitationnel, ne se distingue pas par son comportement du même système situé dans un système de référence accéléré (par rapport au référentiel inertiel), immergé dans l'espace-temps plat de la théorie spéciale de la relativité.

Parfois, le même principe est postulé sous le nom de « validité locale de la relativité restreinte » ou appelé « principe d'équivalence forte ».

Historiquement, ce principe a joué un rôle important dans le développement de la théorie de la relativité générale et a été utilisé par Einstein dans son développement. Cependant, dans la forme la plus finale de la théorie, elle n'est en fait pas contenue, puisque l'espace-temps, à la fois dans le cadre de référence accéléré et dans le cadre de référence original de la théorie de la relativité restreinte, est non courbé - plat, et dans la théorie de la relativité générale, il est courbé par n'importe quel corps et précisément sa courbure provoque l'attraction gravitationnelle des corps.

Il est important de noter que la principale différence entre l'espace-temps de la théorie de la relativité générale et l'espace-temps de la théorie de la relativité restreinte est sa courbure, qui est exprimée par une quantité tensorielle - le tenseur de courbure. Dans l’espace-temps de la relativité restreinte, ce tenseur est identiquement égal à zéro et l’espace-temps est plat.

Pour cette raison, le nom de « théorie de la relativité générale » n’est pas tout à fait correct. Cette théorie n'est qu'une des nombreuses théories de la gravité actuellement envisagées par les physiciens, tandis que la théorie de la relativité restreinte (plus précisément, son principe de métrique de l'espace-temps) est généralement acceptée par la communauté scientifique et constitue la pierre angulaire de la base de la physique moderne. Il convient toutefois de noter qu’aucune des autres théories développées sur la gravité, à l’exception de la relativité générale, n’a résisté à l’épreuve du temps et de l’expérience.

Principales conséquences de la relativité générale

Selon le principe de correspondance, dans les champs gravitationnels faibles, les prédictions de la relativité générale coïncident avec les résultats de l'application de la loi de la gravitation universelle de Newton avec de petites corrections qui augmentent à mesure que l'intensité du champ augmente.

Les premières conséquences prédites et testées expérimentalement de la relativité générale étaient trois effets classiques, répertoriés ci-dessous dans l'ordre chronologique de leur premier test :
1. Déplacement supplémentaire du périhélie de l'orbite de Mercure par rapport aux prédictions de la mécanique newtonienne.
2. Déviation d'un faisceau lumineux dans le champ gravitationnel du Soleil.
3. Redshift gravitationnel, ou dilatation du temps dans un champ gravitationnel.

Il existe un certain nombre d’autres effets qui peuvent être vérifiés expérimentalement. Parmi eux, on peut citer la déviation et le retard (effet Shapiro) des ondes électromagnétiques dans le champ gravitationnel du Soleil et de Jupiter, l'effet Lense-Thirring (précession d'un gyroscope près d'un corps en rotation), la preuve astrophysique de l'existence de trous noirs. , preuve de l'émission d'ondes gravitationnelles par des systèmes proches d'étoiles doubles et de l'expansion de l'Univers.

Jusqu’à présent, aucune preuve expérimentale fiable réfutant la relativité générale n’a été trouvée. Les écarts entre les tailles d'effet mesurées et celles prédites par la relativité générale ne dépassent pas 0,1 % (pour les trois phénomènes classiques ci-dessus). Malgré cela, pour diverses raisons, les théoriciens ont développé au moins 30 théories alternatives de la gravité, et certaines d'entre elles permettent d'obtenir des résultats arbitrairement proches de la relativité générale avec des valeurs appropriées des paramètres inclus dans la théorie.