Expérience de flash simultanés dans un train relativiste

[sunyata]

Supposons que je veuille réaliser une expérience de perception de 2 flash lumineux simultanés, à bord d'un train lancé à la vitesse de 20% de la vitesse de la lumière, autant dire, une vitesse relativiste.

Pour ce faire, je place un observateur dans le train en son milieu, et pour être sûr que les 2 flash lumineux soient bien émis en même temps, je place à chaque extrémité du train un interrupteur mécanique, qui interagit avec 2 bornes de déclenchement situées sur le quai, ayant exactement la longueur du train. Ainsi quand le train franchit les 2 bornes, cela déclenche les 2 interrupteurs simultanément...clic. Cela provoque également 2 flash à partir du quai, lors du déclenchement de mes 2 interrupteurs.
Il y a également un observateur sur le quai situé au milieu des 2 bornes, qui vérifie que les 2 flashs de lumière ont bien été déclenchés en même temps.

Selon vous que va-t-il se passer ? Le dispositif expérimental va-t-il fonctionner comme prévu ? Que va percevoir l'observateur situé dans le train, et qu'en est-il de celui qui est situé sur le quai ?

Cordialement,
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[phys4]

Il y a une petite anomalie dans votre énoncé : le déclenchement des flash par des interrupteurs placés à une distance égale à la longueur du train risque de ne pas fonctionner correctement, car la longueur du train, vue du quai, dépend de sa vitesse.
Comme le but est de déclencher les flash simultanément pour le quai, je supposerai que cette anomalie est corrigée en plaçant les flash sur le quai, ce qui ne change rien au problème, un événement déterminé (t,x,y,z) est commun à tout référentiel.
Les flash ne seront pas simultanés pour le le centre du train puisque le flash de l'avant du train sera vu aperçu avant celui de l'arrière.

[sunyata]

Oui mais il s'agit d'interrupteurs mécaniques, et donc logiquement cela devrait fonctionner, quand le train va déclencher les contacteurs,
les flashs de lumières ne devraient-ils pas atteindre le milieu du train en même temps, pour l'observateur du train?

[Amanuensis]

pour être sûr que les 2 flash lumineux soient bien émis en même temps, je place à chaque extrémité du train un interrupteur mécanique, qui interagit avec 2 bornes de déclenchement situées sur le quai, ayant exactement la longueur du train.

Même si cela marchait assurer la simultanéité dans le système de coordonnées du quai garantit la non simultanéité dans le système de coordonnées du train, ainsi que la non simultanéité de la perception des éclairs par un observateur dans le train au centre du train.

Le "pour être sûr" montre d'entrée une erreur de raisonnement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[sunyata]

Même si cela marchait assurer la simultanéité dans le système de coordonnées du quai garantit la non simultanéité dans le système de coordonnées du train, ainsi que la non simultanéité de la perception des éclairs par un observateur dans le train au centre du train.Le "pour être sûr" montre d'entrée une erreur de raisonnement.

Bonjour,Voulez vous dire que bien que les contacteurs soient liés mécaniquement au train et que les signaux lumineuxaient la même distance à parcourir jusqu'au milieudu train, l'observateur ne les percevra passimultanément ?

[invite8241b23e]

Salut !

Oui.

[sunyata]

Il me semble que la première question qui se pose est de savoir si mes contacteurs vontFonctionner ou pas n'est ce pas ?

[sunyata]

Qu'en pensez vous ?

[Amanuensis]

Il me semble que la première question qui se pose est de savoir si mes contacteurs vontFonctionner ou pas n'est ce pas ?

Pourquoi ne fonctionneraient-ils pas? Bizarre de proposer une expérience de l'esprit avec des dispositifs qui ne fonctionnent pas!!!

[sunyata]

Je reformule :L'expérience ainsi construite permet-elle de produire une expérience de simultanéïtéPour un des 2 observateurs ?

[curieuxdenature]

Il me semble que la première question qui se pose est de savoir si mes contacteurs vontFonctionner ou pas n'est ce pas ?

Bonjour

Ils fonctionneront mais le temps que les contacts se ferment et le train sera déjà passé.
On peut trouver mieux comme supposition mais dans ce genre d'expérience de pensée on fait abstraction de ce détail.

On se concentre sur la vitesse de la lumière et sur les temps de trajet, ce qui est simultané sur le quai ne le sera pas au centre du wagon puisqu'au temps de trajet des rayons lumineux correspond une distance d'avance du train.
Il suffit de faire un schéma pour chaque étape.

[mach3]

Supposons que je veuille réaliser une expérience de perception de 2 flash lumineux simultanés, à bord d'un train lancé à la vitesse de 20% de la vitesse de la lumière, autant dire, une vitesse relativiste.

S'agit-il vraiment de perception, au sens que des photons en provenance des deux flashs arrivent dans l'oeil d'un observateur simultanément (ou sur un capteur quelconque, peu importe), ou alors parle-t-on au sens que la date d'émission des photons (calculée dans un système de coordonnée donné) est la même?

Parce que c'est très différent.

m@ch3

[sunyata]

Ils fonctionneront mais le temps que les contacts se ferment et le train sera déjà passé.
On peut trouver mieux comme supposition mais dans ce genre d'expérience de pensée on fait abstraction de ce détail.

Remplaçons alors les contacts, par de simple plots conducteurs reliés au train, qui entrent en contact avec les 2 plots situés sur le quai, à chaque bout du train, et qui déclenchent les flashs respectivement dans le train, et sur le quai.

ce qui est simultané sur le quai ne le sera pas au centre du wagon puisqu'au temps de trajet des rayons lumineux correspond une distance d'avance du train.

Oui c'est ce que dit la théorie, mais dans l'exemple donné ici, je ne vois pas trop ce qui permet de choisir, le quai plutôt que le trait comme lieu où aura lieu l'expérience
de simultanéité.

Les lois de la nature étant les mêmes à bord du train, et sur le quai, pourquoi l'observateur du train dans son référentiel, ne pourrait-il pas faire ce type d'expérience ?

Du point de vue du train, on peut renverser la logique en affirmant que c'est le quai, avec ses 2 plots aux dimensions du train qui bouge. On se retrouve dans une situation analogue...

Cordialement,

[phys4]

Les lois de la nature étant les mêmes à bord du train, et sur le quai, pourquoi l'observateur du train dans son référentiel, ne pourrait-il pas faire ce type d'expérience ?

Du point de vue du train, on peut renverser la logique en affirmant que c'est le quai, avec ses 2 plots aux dimensions du train qui bouge. On se retrouve dans une situation analogue...

Cordialement,

Vous n'avez pas assimilé ma remarque sur les événements : l'important ce n'est pas sur quel support se trouvent les flashs, mais quel est le référentiel qui les déclenche, il sont donc simultanés pour celui qui les déclenche, par construction.

[sunyata]

Vous n'avez pas assimilé ma remarque sur les événements : l'important ce n'est pas sur quel support se trouvent les flashs, mais quel est le référentiel qui les déclenche, il sont donc simultanés pour celui qui les déclenche, par construction.

Quels critères utilisez-vous pour déterminer l'observateur qui aura une perception simultanée des 2 flash ?

Voici un plan du dispositif :


Cordialement,

[curieuxdenature]

Les lois de la nature étant les mêmes à bord du train, et sur le quai, pourquoi l'observateur du train dans son référentiel, ne pourrait-il pas faire ce type d'expérience ?

cela fait plus d'un siècle que tous les cas de figures ont été examinés en long en large et en travers.
Il faut faire l'analyse pour chaque cas de figure.
Les flash déclenchés par l'observateur du quai sont un des cas.
Les flash déclenchés par le gars dans le wagon en est un autre, si on veut les mêmes résultats alors il doit aussi transporter les lampes.
Dans ce cas, c'est lui qui se considère comme immobile et c'est le quai qui bouge.

Dans ton dernier post il n'y a qu'un seul schéma, ce n'est pas suffisant.
Il en faut au moins trois ou quatre, ensuite on les examine comme on déroule un film.
Ne pas 'oublier' que chaque nanoseconde c'est une avance de 30 cm pour le trait lumineux et nettement moins pour l'avance du wagon.

[mach3]

Vous n'avez pas répondu à ma question :

S'agit-il vraiment de perception, au sens que des photons en provenance des deux flashs arrivent dans l'oeil d'un observateur simultanément (ou sur un capteur quelconque, peu importe), ou alors parle-t-on au sens que la date d'émission des photons (calculée dans un système de coordonnée donné) est la même?

c'est très important.

m@ch3

[curieuxdenature]

Quels critères utilisez-vous pour déterminer l'observateur qui aura une perception simultanée des 2 flash ?

SI je comprends bien, il y a quatre flash.
La simultanéité de l'émission ET de la réception est pour celui qui la déclenche.
Ton schéma ne peut rendre compte de ça parce que le wagon en mouvement est plus court qu'à l'arrêt pour le gars sur le quai, d'une part, et les plots déclencheurs sont vus comme moins espacés par celui du wagon. Contraction des distances.
On ne peut pas se mettre à la place de l'un et de l'autre en même temps, il faut analyser les deux cas séparément.

[Amanuensis]

L'erreur semble être de penser que la distance sur le quai entre des événements simultanés "arrière du train" et "avant du train" est égale à la longueur du train, mesurée dans le train.

Confusion très usuelle entre longueur propre d'un objet et distances coordonnées entre événements concernant ses extrémités.

[sunyata]

Bonsoir,

S'agit-il vraiment de perception, au sens que des photons en provenance des deux flashs arrivent dans l'oeil d'un observateur simultanément (ou sur un capteur quelconque, peu importe), ou alors parle-t-on au sens que la date d'émission des photons (calculée dans un système de coordonnée donné) est la même?

Je ne vois pas trop la différence entre ces 2 aspects.

Mais dans le dispositif que j'ai proposé personne ne sera témoin d'une expérience de simultanéité.

---> Pour l'observateur du train, dans son référentiel, c'est le quai qui est en mouvement, donc la longueur séparant les plots du quai va être réduite (contraction des longueur), le quai paraitra donc plus petit que la longueur du train, donc il percevra le flash provenant de l'avant, avant celui de l'arrière.

---> Pour l'observateur du quai, dans son référentiel, c'est le train qui est en mouvement, et donc la longueur séparant les plots du train va être réduite par rapport à celle du quai, le train paraitra plus petit que le quai, donc il percevra le flash provenant de l'arrière, avant celui de l'avant.

Donc sauf erreur ni l'observateur du quai, ni l'observateur du train n'auront une perception simultanée des flash lumineux.
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C'est contre-intuitif,
On ne peut s'empêcher de se demander, si il y a eu un instant où les 4 plots étaient en contact "en même temps".
Il semble bien que non. Sans doute faut-il ici avoir le réflexe de se demander "en même temps"...dans quel référentiel ?

Cordialement,

[sunyata]

C'est lorsque que le train et le quai sont dans le même référentiel, que l'expérience de simultanéité peut avoir lieu.
Concrètement pour une vitesse du train très faible.

[mach3]

Je ne vois pas trop la différence entre ces 2 aspects.
,

Un exemple de physique classique non relativiste pour illustrer. On a un observateur et deux dispositifs immobiles par rapport à lui qui vont envoyer chacun un flash se déplaçant à une vitesse c. Le premier dispositif est à 300 000km, le second à 600 000km.
Cas 1, les dispositifs envoient leurs flashes tous deux à t=0s (temps absolu de Newton), l'observateur perçoit deux flashes, un à t=1s et un autre à t=2s. J'ai bien dit PERÇOIS, c'est une perception. Connaissant la vitesse des signaux et la position des dispositifs, l'observateur en déduira que l'émission était simultanée, bien que lui ait perçu deux signaux non simultanés.
Cas 2. Le flash du dispositif à 600 000 km est émis à t=0s, l'autre à t=1s. L'observateur perçoit deux flashes, simultanément, à t=2s. Connaissant la vitesse des signaux et la distance il déduit cependant que les deux émissions ne sont pas simultanées bien qu'il ait perçu deux signaux simultanés.

Vous voyez la différence? Cette différence change des aspect de votre énoncé. On en reparle demain.

m@ch3

[curieuxdenature]

C'est lorsque que le train et le quai sont dans le même référentiel, que l'expérience de simultanéité peut avoir lieu.
Concrètement pour une vitesse du train très faible.

Bonjour

c'est la bonne conclusion, on ne peut pas éliminer la contraction des distances dans l'équation sinon on fait de fausses déductions.

Quand Einstein utilisait des éclairs à la place des lampes, le problème ne se posait pas à ce niveau, la relativité de la simultanéité sautait clairement aux yeux.
Alors que sur le quai il y a simultanéité, forcément puisque c'est le but de la manoeuvre, il n'y en a pas pour le gars dans le wagon.

[sunyata]

Bonjour

c'est la bonne conclusion, on ne peut pas éliminer la contraction des distances dans l'équation sinon on fait de fausses déductions.

Quand Einstein utilisait des éclairs à la place des lampes, le problème ne se posait pas à ce niveau, la relativité de la simultanéité sautait clairement aux yeux.
Alors que sur le quai il y a simultanéité, forcément puisque c'est le but de la manoeuvre, il n'y en a pas pour le gars dans le wagon.

Oui en effet Einstein dans son exemple du train, définit les éclairs comme étant simultanés pour observateur du quai, et donc le déclenchement
des éclairs ne dépend pas de la longueur du train.

[sunyata]

Il reste un point à éclaircir :

Comment concilier les différents points de vue liés aux référentiels, avec une conception réaliste du monde.
Je m'explique :
- Pour l'observateur du train, la quai est plus court que le train.
- Pour l'observateur du quai, c'est le contraire.
- Lorsque le train et le quai, sont dans le même référentiel, le train et le quai ont même dimension ce qui fait que les 4 plots sont en contact.

Se pose alors la question suivante :

- Nous savons que la contraction des longueurs ne correspond pas à une contraction physique de la matière. Rien de tel.
De même nous savons bien que le quai, n'est pas contracté "physiquement".

Par conséquent on ne peut s'empêcher de considérer qu'au moment ou le train passe devant le quai, il devrait y avoir un moment
où les 4 plots seraient en contact, "simultanément", au sens : Que si l'information pouvaient transiter instantanément, nous constaterions qu'ils seraient en contact.

Cet aspect des choses n'est pas évident à appréhender, car la notion de réalisme semble affaiblie au cours de cette expérience.

[Amanuensis]

Comment concilier les différents points de vue liés aux référentiels, avec une conception réaliste du monde.

En refusant le temps absolu et en adoptant au contraire l'idée que la durée dépend du mouvement.

Je m'explique :
- Pour l'observateur du train, la quai est plus court que le train.
- Pour l'observateur du quai, c'est le contraire.

Travailler sur les longueurs, en termes de "contraction" ne permet pas de comprendre.

Il faut réfléchir un cran plus loin. Que veut dire mesurer la longueur du train en mouvement? Comment sur le quai peut-on mesurer cette longueur? En creusant cette question, on réalise que cela implique le temps. En effet la procédure consiste en gros à marquer au sol l'endroit où se trouve l'arrière du train à un certain instant, à marquer de même où se trouve l'avant du train au même instant, et à mesurer la distance du sol entre les deux marques.

Le point crucial est "au même instant". Il implique qu'on ne peut pas faire la mesure sans supposer quelque chose sur le temps à deux endroits éloignés l'un de l'autre. L'hypothèse classique est celle du temps absolu, qui dit qu'on peut définir "un même instant" avec des horloges idéales, et que les horloges idéales restent synchrones quel que soit leurs mouvements. Une conséquence est que la procédure de mesure de longueur donnera la même valeur dans le train et sur le quai.

- Lorsque le train et le quai, sont dans le même référentiel, le train et le quai ont même dimension ce qui fait que les 4 plots sont en contact.

"Dans le même référentiel" signifie simplement à vitesse nulle l'un par rapport à l'autre. Conseil: ne pas utiliser le terme "référentiel" quand c'est remplaçable par des notions plus simples. Cela évite pas mal de déboires.

- Nous savons que la contraction des longueurs ne correspond pas à une contraction physique de la matière. Rien de tel.
De même nous savons bien que le quai, n'est pas contracté "physiquement".

Oui. La contraction en question est un problème lié au processus de mesure. En tant que tel, c'est bien de la physique: celle de la mesure, pas celle de ce qui est mesuré.

Par conséquent on ne peut s'empêcher de considérer qu'au moment ou le train passe devant le quai, il devrait y avoir un moment
où les 4 plots seraient en contact

Non, ce n'est pas "par conséquent". Y voir une conséquence de la non-contraction physique c'est ignorer la problèmatique de la mesure de la longueur, en particulier la difficulté posée par "au même instant".

, "simultanément", au sens : Que si l'information pouvaient transiter instantanément, nous constaterions qu'ils seraient en contact.

Ce n'est pas une question de transit d'information. La question est la signification de "instantanément", qui veut dire en fait "simultanément", or c'est le point qui bloque: les observateurs sur le quai et dans le train ne sont pas capables de définir de manière cohérente la notion de "simultanément" (et une conséquence est qu'ils constateront des résultats différents d'une mesure de la "longueur du train", la différence venant de ce que l'un mesure la "longueur" d'un objet à l'arrêt (celui dans le train) et l'autre la "longueur" d'un objet en mouvement (celui sur le quai)).

Cet aspect des choses n'est pas évident à appréhender, car la notion de réalisme semble affaiblie au cours de cette expérience.

Absolument pas. Ce qui est "affaiblie" (litote) est une idée illusoire qui est le temps absolu, avec toutes ses conséquences.

La difficulté intellectuelle est qu'on a du mal à "débusquer" les conséquences du temps absolu (ici sur le processus de mesure de longueur d'un objet en mouvement) ; c'est une illusion très forte, un "irréalisme" difficile à combattre.

[sunyata]

Supposons que le train passe sous un tunnel, on suppose qu'il est possible de fermer et ouvrir les portes très rapidement.
Mon analyse est-elle correcte ?

Peut-on fermer les 2 portes simultanément alors que le train se trouve dans le tunnel ?

Pour bien fixer les idées : On considère un train au repos d'une longueur légèrement supérieure au tunnel sous lequel il passe à
80% de C.

-Du point de vue du quai, la taille du train est réduite de moitié, et donc, la fermeture/ouverture des 2 portes simultanément est possible.

-Du point de vue du train, le tunnel est plus court que le train, la fermeture des 2 portes (qui se fait simultanément du point de vue du quai), n'est pas simultanée du point de vue du train, ce qui permet au train de traverser le tunnel sachant que la porte avant, va se fermer et s'ouvrir avant le cycle fermeture/ouverture de la porte arrière.

C'est ce qui rend les 2 points de vue sont compatibles. Car ce qui est simultané du point de vue du quai, ne l'est pas du point de vue du train.

Cordialement,

[sunyata]

Ici il me semble important de préciser que la fermeture simultanée des 2 portes est possible du point de vue de l'observateur situé sur le quai, mais ne l'est pas pour l'observateur situé dans le train.

Finalement c'est parce que ce qui est synchrone pour l'un, ne l'est pas pour l'autre, que l'expérience est possible des 2 points de vue.

[Franc84]

Bonjour,

Il faut que tu tiennes compte du fait, si on admet la relativité de la simultanéité, que l'on peut tenir exactement le raisonnement inverse en prenant deux événements simultanés pour le train et pas simultanés pour la gare. Cette fois si on regarde le mouvement de la gare par rapport au train. La gare peut très bien cette fois ci être plus courte que le train.

On peut très bien du point de vue de la gare prendre simultanément les deux bouts de la gare, mais on peut aussi très bien du point de vue du train prendre simultanément les deux bouts du train. On peut donc très bien se trouver dans la situation où*: pour la gare le train est plus court que la gare, et pour le train la gare est plus courte que le train. L'observateur de la gare va dire à l'observateur du train*: le train est plus court que la gare, et l'observateur du train à l'observateur de la gare*: la gare est plus courte que le train. Bien sûr il ne pourront le dire qu'après la réception des rayons lumineux.

Cordialement

Philippe de Bellescize

[Lansberg]

Bonjour,

c'est quoi "un observateur" ?